基于“五要素”的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

林丹 徐懿

摘要：以2008年北京奧運(yùn)會(huì)的祥云火炬為主題情境，設(shè)計(jì)了“識(shí)火炬材料”“探火焰奧秘”“揭云紋制作”三個(gè)環(huán)節(jié)，帶領(lǐng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)金屬的性質(zhì)和利用。探索基于學(xué)習(xí)內(nèi)容情境化、學(xué)習(xí)板塊結(jié)構(gòu)化、學(xué)習(xí)過程問題化、學(xué)習(xí)活動(dòng)探究化、學(xué)習(xí)語言藝術(shù)化等“五要素”的化學(xué)教學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生在生本課堂中潤(rùn)物無聲地提升核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：金屬的性質(zhì)和利用；五要素；教學(xué)設(shè)計(jì)；生本課堂；核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2021）10-0052-04中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.10.012

在倡導(dǎo)素養(yǎng)為本的課堂中，一節(jié)精彩的化學(xué)課，不僅能讓學(xué)生掌握學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)與技能，更重要的是能讓學(xué)生將化學(xué)與社會(huì)、科技、人文等聯(lián)系起來，感受化學(xué)的學(xué)科化價(jià)值、生活化價(jià)值、生命化價(jià)值。筆者以“金屬的性質(zhì)和利用”的教學(xué)為例，探索追尋融合“情境”“結(jié)構(gòu)”“問題”“探究”“藝術(shù)”等五要素的化學(xué)教學(xué)實(shí)踐。

一、基于“五要素”的初中化學(xué)教學(xué)流程框架

在生產(chǎn)、生活及新材料的應(yīng)用中，金屬占有舉足輕重的地位，學(xué)生對(duì)金屬也有直觀的認(rèn)識(shí)。如果直奔主題，學(xué)生找不到學(xué)習(xí)的意義，將喪失學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，課堂也毫無美感可言。筆者以“祥云火炬”為情境，設(shè)計(jì)了“識(shí)火炬材料”“探火焰奧秘”“揭云紋制作”三個(gè)核心展開的課堂學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。通過奧運(yùn)火炬中金屬材料的對(duì)比產(chǎn)生問題，促進(jìn)學(xué)生開展探究，從而了解金屬的物理特征，強(qiáng)化性質(zhì)決定用途的基本觀念；通過奧運(yùn)火炬的燃燒與制作的討論產(chǎn)生問題，學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究，從而了解金屬的化學(xué)性質(zhì)，感受化學(xué)與科技的緊密聯(lián)系，感悟科技是推動(dòng)文明發(fā)展的不竭動(dòng)力。具體教學(xué)設(shè)計(jì)框架見圖1。

二、基于“五要素”的初中化學(xué)教學(xué)課例分享

環(huán)節(jié)一：識(shí)火炬材料

【引入課題】2022年北京將舉辦冬奧會(huì)，屆時(shí)北京將成為首個(gè)同時(shí)舉辦過夏季和冬季奧運(yùn)會(huì)的城市。

【學(xué)生活動(dòng)】觀看視頻，回顧2008奧運(yùn)開幕式點(diǎn)火瞬間。

【教師活動(dòng)】展示奧運(yùn)會(huì)火炬材料[1]（圖2）。

【提問】奧運(yùn)火炬用到了哪些金屬？

【學(xué)生活動(dòng)】觀察實(shí)驗(yàn)盒中的鎂、鋁、鐵、銅，比較物理性質(zhì)的異同點(diǎn)。

【連線生活】以下用途利用了何種金屬的何種性質(zhì)？

導(dǎo)線溫度計(jì)白熾燈絲鍋干電池負(fù)極

設(shè)計(jì)意圖：從火炬所使用的金屬材料引入，學(xué)生通過觀察，歸納金屬物理性質(zhì)中的共性和個(gè)性，如大多數(shù)金屬具有銀白色金屬光澤，銅是亮紅色的金屬。連線生活，將生活中常見的物品與金屬建立關(guān)聯(lián)，通過用途推測(cè)性質(zhì)，建立性質(zhì)決定用途的化學(xué)觀，同時(shí)感受到化學(xué)與生活息息相關(guān)，無論是高大上的奧運(yùn)火炬，還是平凡的身邊物質(zhì)，都用到了金屬材料，都伴隨有化學(xué)的身影。

環(huán)節(jié)二：探火焰奧秘

【過渡】1948年倫敦奧運(yùn)會(huì)使用了一種金屬作為火炬燃料。

【學(xué)生活動(dòng)】觀看視頻，感受1948年的奧運(yùn)圣火。

【提問】火炬燃燒有什么現(xiàn)象？其中可能含什么金屬？

【資料】1948年倫敦奧運(yùn)會(huì)圣火以鎂為燃料，燃燒效果好，陽光明媚時(shí)也能看清。

【提問】除了鎂，其他金屬能作為火炬燃料嗎？

【學(xué)生活動(dòng)】回憶鐵、銅與氧氣反應(yīng)的現(xiàn)象，書寫反應(yīng)方程式。

【過渡】作為祥云火炬主材料的鋁，加熱情況下能否與氧氣反應(yīng)呢？

【演示】用噴槍加熱鋁片。

【提問】為什么熔而不滴？資料：噴槍火焰：1300℃，鋁的熔點(diǎn)：660℃，氧化鋁熔點(diǎn)：2054℃。

【學(xué)生討論】加熱后鋁片外表形成了氧化鋁膜，其結(jié)構(gòu)致密，包裹住內(nèi)部的液態(tài)鋁。

設(shè)計(jì)意圖：從1948年倫敦火炬的燃燒，自然引出鎂條的燃燒，系統(tǒng)認(rèn)識(shí)金屬與氧氣的反應(yīng)。對(duì)于已學(xué)的內(nèi)容，采用聯(lián)想、回憶的方式。鋁與氧氣的反應(yīng)，是本節(jié)課的一個(gè)重點(diǎn)。以往用酒精燈加熱鋁片熔而不滴的現(xiàn)象不明顯，需要搖晃鋁片才看得出，而且加熱的時(shí)間較長(zhǎng)。改用丁烷噴槍效果很好，點(diǎn)燃方便，且火焰溫度能達(dá)到1300℃，對(duì)著鋁片一加熱，熔而不滴的現(xiàn)象非常直觀明顯。

環(huán)節(jié)三：揭云紋制作

【資料】照相蝕刻技術(shù)：在金屬表面覆蓋一層材料，通過曝光顯影，將云紋圖案固化在火炬表面。然后再以酸液或堿液，對(duì)露出部位產(chǎn)生化學(xué)侵蝕，溶解金屬，實(shí)現(xiàn)立體的祥云效果。

【提問】其他金屬能用蝕刻的方法制作圖案嗎？

【學(xué)生活動(dòng)】利用礦泉水瓶作為容器，進(jìn)行Mg、Al、Fe、Cu與HCl溶液的反應(yīng)。

【歸納小結(jié)】Mg、Al、Fe能與HCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，反應(yīng)的快慢為Mg>Al>Fe，Cu不與HCl溶液反應(yīng)。

【資料】鐵與稀鹽酸反應(yīng)，溶液呈現(xiàn)淺綠色，這是由于生成了+2價(jià)的亞鐵離子。

【講解】其他變量一致時(shí)，金屬與酸反應(yīng)的速率與活動(dòng)性相關(guān)。

【思考討論】金屬活動(dòng)性順序：鎂>鋁>鐵>銅。

【繼續(xù)探究】將鎂絲置于輸液袋中，注入稀鹽酸。

【觀察思考】輸液袋體積先明顯膨脹，后略微變癟。體積膨脹的原因：產(chǎn)生氣體且放熱。

【提問】產(chǎn)生的氣體可能是什么呢？

【猜測(cè)】鹽酸溶質(zhì)為HCl，氣體可能為氫氣或氯氣。

【資料】氯氣呈黃綠色。

【實(shí)驗(yàn)】打開輸液袋開關(guān)，點(diǎn)燃?xì)怏w。針頭處產(chǎn)生火焰，說明產(chǎn)生氫氣。

【學(xué)生活動(dòng)】書寫金屬與酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，從反應(yīng)物和生成物的類別角度尋找共同點(diǎn)。

【過渡】祥云火炬選擇漢代漆紅作為承載中國(guó)千年印象的色彩[2]，除了直接給火炬涂色，還有其他化學(xué)方法能讓火炬呈現(xiàn)紅色嗎？

【資料】《淮南萬畢術(shù)》“曾青得鐵則化為銅”。

【學(xué)生活動(dòng)】用毛筆蘸取CuSO4溶液，在鐵片上繪制圖案，觀察現(xiàn)象，思考原理。

【結(jié)束語】回望奧運(yùn)火炬的變遷，我們能感受到化學(xué)的發(fā)展帶來的金屬材料的演變，人們能根據(jù)需要合成更優(yōu)良的材料，滿足需求。確定了材料后，制作環(huán)節(jié)的精心雕刻更離不開匠人的匠心，這是化平凡為神奇的力量！同學(xué)們也是一塊塊金屬，暢游在知識(shí)的海洋中，只要你們握緊光陰這把刻刀，一定能描畫出美好的未來，綻放最耀眼的光芒。

設(shè)計(jì)意圖：金屬與酸的反應(yīng)是本節(jié)課的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)了兩個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來突破。學(xué)生實(shí)驗(yàn)，利用廢棄的礦泉水瓶作為反應(yīng)容器，克服了試管實(shí)驗(yàn)中不能同時(shí)添加液體、較難比較反應(yīng)速率的缺陷。演示實(shí)驗(yàn)，利用輸液袋作為反應(yīng)容器，通過前后輸液袋體積的變化，讓學(xué)生多角度感受金屬與酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且便于檢驗(yàn)氣體。由祥云火炬的中國(guó)紅色彩過渡，是否有化學(xué)方法能讓火炬呈現(xiàn)紅色？學(xué)生設(shè)計(jì)方案并動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，以硫酸銅溶液為刻刀，在鐵片上描繪出了祥云圖案。借火炬的選材、制作激勵(lì)學(xué)生珍惜時(shí)間，為偉大的中國(guó)夢(mèng)奮發(fā)圖強(qiáng)！

三、基于“五要素”的初中化學(xué)教學(xué)思考

1.學(xué)習(xí)內(nèi)容情境化

情境之于知識(shí)，猶如湯之于鹽，情境是教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行的載體，核心素養(yǎng)的培育也必須在一定的情境中才能實(shí)現(xiàn)。有價(jià)值的情境具有全程性、真實(shí)性、開放性，使學(xué)習(xí)的內(nèi)容變得生活化、具體化、形象化，凸顯化學(xué)的學(xué)科價(jià)值[3]。情境選擇和應(yīng)用時(shí)要注意三個(gè)方面：源于生產(chǎn)生活，凸顯學(xué)科價(jià)值；情境衍生問題，引導(dǎo)知識(shí)建構(gòu)；全程發(fā)揮作用，推動(dòng)教學(xué)活動(dòng)。本節(jié)課以祥云火炬作為素材，素材真實(shí)，學(xué)生覺得親近，但祥云火炬之于學(xué)生，又是“熟悉的陌生人”，學(xué)生只知道它是北京奧運(yùn)會(huì)的火炬，但對(duì)于火炬的材料、火焰的燃燒、云紋的雕刻等，是很陌生的，因此這一情境還能誘發(fā)學(xué)生探究的欲望。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下認(rèn)識(shí)了火炬使用的材料、探究了火焰燃燒的奧秘、揭示了云紋制作的原理，不知不覺中，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了金屬的性質(zhì)和應(yīng)用，感受到了勞動(dòng)人民的智慧，體會(huì)化學(xué)對(duì)于推動(dòng)人類文明發(fā)展具有舉足輕重的作用。

2.學(xué)習(xí)板塊結(jié)構(gòu)化

一節(jié)45分鐘的課，學(xué)生要完成若干學(xué)習(xí)任務(wù)，即一節(jié)課可以被分為若干板塊。每個(gè)板塊都要包含“情境、任務(wù)、活動(dòng)、評(píng)價(jià)”等要素[4]，而且板塊之間應(yīng)該有機(jī)整合在一起。本節(jié)課設(shè)計(jì)了三個(gè)板塊“識(shí)火炬材料”“探火焰奧秘”“揭云紋制作”，圍繞火炬三個(gè)板塊渾然一體。本節(jié)課的明線是對(duì)于奧運(yùn)火炬的探究，暗線是金屬的性質(zhì)及用途。通過奧運(yùn)火炬中金屬材料的對(duì)比，歸納金屬物理特征的異同點(diǎn)，聯(lián)系金屬的應(yīng)用場(chǎng)景，加深物質(zhì)的性質(zhì)決定用途的基本觀念。通過1948年倫敦奧運(yùn)圣火以鎂為燃料，引出金屬與氧氣的作用，回顧Mg、Fe、Cu與O2的反應(yīng)現(xiàn)象及方程式，重點(diǎn)探究了祥云火炬主材料——鋁與氧氣的反應(yīng)。通過揭示火炬上立體的祥云效果的緣由——照相蝕刻技術(shù)，自然過渡出金屬與酸的反應(yīng)這一化學(xué)性質(zhì)。最后聚焦火炬上的“中國(guó)紅”，能否利用化學(xué)方法給火炬“涂”上紅色，引出鐵與硫酸銅的反應(yīng)。明線和暗線呼應(yīng)，整節(jié)課邏輯清晰，過渡銜接自然。

3.學(xué)習(xí)過程問題化

一節(jié)課應(yīng)該是由問題統(tǒng)領(lǐng)和串聯(lián)起來的，設(shè)計(jì)好一節(jié)課的問題線索，就形成了教學(xué)的基本框架，學(xué)生能在思考的過程中拾階而上，不斷突破思維的邊界，攀登思維的高峰，獲得心靈體驗(yàn)。設(shè)計(jì)問題時(shí)，教師先結(jié)合課標(biāo)，明確本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)，在主題情境和核心知識(shí)間建立橋梁，思考如何將核心知識(shí)轉(zhuǎn)化為問題。問題的設(shè)計(jì)要有深度和廣度，要注意層次性。根據(jù)主題情境設(shè)置本節(jié)課的大問題，在大問題的框架下每一環(huán)節(jié)設(shè)置一個(gè)核心問題，在這個(gè)核心問題下開展若干具體問題。本節(jié)課的問題設(shè)計(jì)如圖3所示：板塊一“識(shí)火炬材料”中，問題1和2意在訓(xùn)練學(xué)生提取、比較、歸納信息的能力，問題3意在讓學(xué)生聯(lián)系生活，建立性質(zhì)決定用途的基本觀念。板塊二“探火焰奧秘”中，問題4-6從回憶已知到通過實(shí)驗(yàn)探究未知，學(xué)生的思維經(jīng)歷了從記憶到應(yīng)用再到分析的過程，鍛煉了高階思維。板塊三“揭云紋制作”中，問題7-9都需要學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、得出結(jié)論的探究過程，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的素養(yǎng)。

4.學(xué)習(xí)活動(dòng)探究化

實(shí)驗(yàn)探究是化學(xué)課堂中最重要的活動(dòng)形式，教師在課堂中要讓學(xué)生充分體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，發(fā)展創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。本節(jié)課在學(xué)生實(shí)驗(yàn)和教師實(shí)驗(yàn)方面均進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。學(xué)生進(jìn)行金屬與酸的反應(yīng)時(shí)，利用礦泉水瓶作為反應(yīng)容器（如圖4所示），將鎂鋁鐵銅分別置于礦泉水瓶底的凹槽內(nèi)，將礦泉水瓶的上半部分倒置作為漏斗。這一創(chuàng)新基本實(shí)現(xiàn)了金屬與酸同時(shí)接觸，更好地比較反應(yīng)速率。在驗(yàn)證金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生何種氣體時(shí)，教師一般是在試管中進(jìn)行鎂條與酸的反應(yīng)，通過點(diǎn)燃聽爆鳴聲證明氫氣的存在。該操作有一定的危險(xiǎn)性，并且現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝。在本節(jié)課的設(shè)計(jì)中，教師先在輸液袋中裝入鎂條，向輸液袋中注入稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體儲(chǔ)存在輸液袋中。在輸液袋的塑料導(dǎo)管處安裝一個(gè)針頭，打開活塞，在酒精燈上點(diǎn)燃，后移開酒精燈，慢慢擠壓輸液袋中的氣體，氫氣能安靜地燃燒，學(xué)生能持續(xù)觀察到針頭處有火焰產(chǎn)生（如圖5所示），直觀地體現(xiàn)了氫氣的可燃性。

5.學(xué)習(xí)語言藝術(shù)化

教學(xué)語言包括口頭、文字和符號(hào)等，教師在課堂教學(xué)中要深入挖掘?qū)W科的育人價(jià)值，讓學(xué)生在融洽的課堂氣氛中實(shí)現(xiàn)世界觀、人生觀、價(jià)值觀的自我塑造?；鹁娴摹跋樵啤眻D案象征著“淵源共生，和諧共融”的寓意，疫情當(dāng)前，更能體現(xiàn)世界各國(guó)是休戚與共的命運(yùn)共同體，學(xué)生體悟合作共贏的智慧。在熊熊火焰的照耀下（板書設(shè)計(jì)如圖6所示），學(xué)生體悟到奧運(yùn)會(huì)不僅是體育的盛會(huì)，也是科技的盛宴，我們能依照科學(xué)方法，探索更廣闊的未知世界。在中國(guó)紅的映照下，鮮紅的血液在學(xué)生血脈里奔流，仿佛點(diǎn)燃了拳拳的愛國(guó)心，為中國(guó)千年的悠久歷史和傳統(tǒng)文化而心醉。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中內(nèi)心始終涌動(dòng)著濃濃的愛國(guó)情意和強(qiáng)烈民族自豪感，產(chǎn)生情感的共鳴，主動(dòng)、愉悅地投入學(xué)習(xí)中。

化學(xué)教學(xué)關(guān)乎學(xué)生未來生活所需的基本科學(xué)觀念和科學(xué)素養(yǎng)，學(xué)科之于學(xué)生成長(zhǎng)不應(yīng)僅僅只有知識(shí)、技能，還應(yīng)包括人性的塑造和開發(fā)。不管課堂如何變革，學(xué)生是課堂的主體這一樸素的理念應(yīng)該深植于教師心中，讓學(xué)生樂于學(xué)習(xí)、善于學(xué)習(xí)、勇于學(xué)習(xí)，是教師們不懈的追求。

參考文獻(xiàn)

[1]閆蒙鋼，圣永剛，張劍鋒.奧運(yùn)火炬中的化學(xué)[J].化學(xué)教育，2008（7）：1-2，17

[2]鐘煒.“祥云”火炬的中國(guó)元素[J].對(duì)外傳播，2008（5）：51

[3]馬娟娟.基于真實(shí)情境下實(shí)際問題解決的化學(xué)課例分析——以“鹽類的水解”復(fù)習(xí)課為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2020（9）：44-47

[4]溫旭.基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)板塊式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D].南昌：江西師范大學(xué)，2020：19