“基于問題學(xué)習(xí)”模式下的《鋁的重要化合物》教學(xué)設(shè)計(jì)

李志新 蒲金鳳 馬秀平

[摘? ?要]教學(xué)中教師通過實(shí)施“基于問題學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式，讓學(xué)生在問題情境中認(rèn)識Al2O3和Al（OH）3的性質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)探究中了解鋁的重要化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，建立認(rèn)識物質(zhì)世界的思考模式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題的能力，加強(qiáng)學(xué)生對知識的應(yīng)用，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]鋁的重要化合物;基于問題學(xué)習(xí);教學(xué)設(shè)計(jì)

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）20-0063-04

一、“基于問題學(xué)習(xí)”模式及其特點(diǎn)

“基于問題學(xué)習(xí)”模式是通過將學(xué)習(xí)者置于積極的問題角色，并讓他們對現(xiàn)實(shí)世界中所映像的劣構(gòu)型問題進(jìn)行深入探究，同時(shí)發(fā)展問題解決策略和學(xué)科知識技能的一種教學(xué)模式[1]。該模式強(qiáng)調(diào)把學(xué)生置于真實(shí)、有意義的實(shí)際情境中，讓學(xué)生在師生交流、小組合作、實(shí)驗(yàn)探究等形式下學(xué)習(xí)科學(xué)知識，解決實(shí)際問題，提升學(xué)習(xí)能力。教學(xué)中教師可根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，分析學(xué)科內(nèi)容，設(shè)計(jì)問題，讓學(xué)生在多情境下去搜集資料，深入分析問題，小組合作交流，從而解決問題并發(fā)展化學(xué)思維。

化學(xué)教學(xué)應(yīng)將化學(xué)知識與技能學(xué)習(xí)、化學(xué)觀念建構(gòu)、科學(xué)探究等融為一體，幫助學(xué)生形成正確的學(xué)科價(jià)值觀念。如“鋁的重要化合物”教學(xué)中教師可應(yīng)用“基于問題學(xué)習(xí)”模式，引入大量活動(dòng)素材，通過一系列生活性、挑戰(zhàn)性和可操作性的問題，使學(xué)生通過活動(dòng)的交互與協(xié)作參與到課堂教學(xué)中來，從而改變學(xué)習(xí)模式，提高學(xué)習(xí)興趣和參與度。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)基本思想

鋁作為一種典型的金屬，既有金屬的共性，也有其特性，通過認(rèn)識鋁的重要化合物，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中學(xué)習(xí)物質(zhì)的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，認(rèn)識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、自然資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)中的重要價(jià)值[2]。

以“問題”為線索，讓學(xué)生在探究中認(rèn)識鋁及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，建立鋁及其化合物之間的“物質(zhì)—化合價(jià)”轉(zhuǎn)化二維圖（如圖1）。教學(xué)中可以讓學(xué)生用類比、推理的方法去探索問題，形成認(rèn)識物質(zhì)世界的思維模式。

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)為Al2O3和Al（OH）3的兩性以及氫氧化鋁的制備。教師應(yīng)基于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)探究的好奇心理開展教學(xué)，讓學(xué)生在探究中體會(huì)Al2O3和Al（OH）3性質(zhì)的特殊性，建立個(gè)性與共性之間的辯證關(guān)系，豐富學(xué)生的認(rèn)知，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)情況分析

1.教材分析

鋁作為生活中應(yīng)用廣泛的金屬，學(xué)習(xí)其化合物的性質(zhì)對學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)世界具有重要作用。教材中主要通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)探究、六個(gè)化學(xué)反應(yīng)、一個(gè)“學(xué)與問”、一個(gè)資料卡片來介紹鋁的幾種重要化合物[3]。

Al2O3和Al（OH）3能夠與NaOH溶液反應(yīng)，學(xué)生對這部分知識的學(xué)習(xí)具有認(rèn)知和思維上的沖突，因此該部分知識為實(shí)驗(yàn)探究和理論知識學(xué)習(xí)提供了豐富的感性材料，能更好地幫助學(xué)生從化學(xué)事實(shí)的角度去探索物質(zhì)的性質(zhì)，然后回歸到氧化鋁和氫氧化鋁的“兩性”概念上來，由表及里地深化學(xué)生對物質(zhì)性質(zhì)的理解。

同時(shí)，學(xué)生掌握這種學(xué)習(xí)方法后就可以駕輕就熟地學(xué)習(xí)非金屬及其化合物的內(nèi)容。此外，明礬凈水、Al（OH）3治療胃病等知識的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生真正認(rèn)識化學(xué)在促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展、改善人類生活環(huán)境等方面所起到的重要作用。

2.學(xué)情分析

高一學(xué)生對化學(xué)具有強(qiáng)烈的好奇心，特別對實(shí)驗(yàn)探究充滿期待和向往，因此充分利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，顯得尤為重要。通過第一章和第二章的知識學(xué)習(xí)，學(xué)生建立了從實(shí)驗(yàn)學(xué)化學(xué)的思想，掌握了實(shí)驗(yàn)探究的基本方法和步驟，能夠從實(shí)驗(yàn)中收集信息，并對信息進(jìn)行加工。

在學(xué)習(xí)了分類法后，學(xué)生初步形成了“單質(zhì)→氧化物→氫氧化物→鹽”的認(rèn)知主線，同時(shí)氧化還原、離子反應(yīng)、物質(zhì)的量等知識，是本節(jié)課的知識、技能和認(rèn)知的基礎(chǔ)，而學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的綜合分析能力、思維能力、探究能力仍有待進(jìn)一步培養(yǎng)和提高。

四、教學(xué)及評價(jià)目標(biāo)

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過Al2O3和Al（OH）3的化學(xué)性質(zhì)，掌握兩性氧化物和兩性氫氧化物的概念。

（2）會(huì)用離子方程式表示Al2O3和Al（OH）3的重要化學(xué)反應(yīng)。

（3）基于Al（OH）3的兩性，掌握其制備方法。

2.評價(jià)目標(biāo)

（1）通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識Al2O3和Al（OH）3的兩性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，診斷學(xué)生科學(xué)探究的水平。

（2）通過選擇Al（OH）3的實(shí)驗(yàn)室制備方法，完善學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，診斷學(xué)生用對比的方法認(rèn)識事物和全面分析事物的邏輯思維能力。

（3）通過明礬凈水、Al（OH）3治療胃病等知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角關(guān)注生活的習(xí)慣，體會(huì)化學(xué)對人類生活的重要影響。

五、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：（1）Al2O3和Al（OH）3與強(qiáng)堿的反應(yīng);（2）Al（OH）3的制備。

教學(xué)難點(diǎn)：兩性氧化物和兩性氫氧化物的概念。

六、教學(xué)過程

1.多情境引入——明確學(xué)習(xí)任務(wù)

【信息引入】出示生活中常見的兩種含鋁化合物：（1）食品膨松劑——泡打粉，泡打粉是一種復(fù)合膨松劑，又稱為發(fā)泡粉和發(fā)酵粉，主要用作面制食品的快速疏松劑，其中一種配方為：鉀明礬、碳酸氫鈉、碳酸鈣、淀粉、糖精鈉、香蘭素;（2）治療胃酸的藥物——復(fù)方氫氧化鋁片，用于緩解胃酸過多引起的胃痛、胃灼熱感、反酸，也可用于慢性胃炎。每片含氫氧化鋁0.245克、三硅酸鎂0.105克、顛茄流浸膏0.0026毫升。（如圖2）

【問題1】這些物質(zhì)中都與哪種元素有關(guān)？

【學(xué)生活動(dòng)】閱讀信息，觀察圖片，討論交流，找出學(xué)習(xí)主題——鋁的重要化合物。

【課程推進(jìn)】展示一組圖片：美麗的紅寶石、藍(lán)寶石、純剛玉等（如圖3），這些物質(zhì)中都是含有鋁元素的化合物。本節(jié)課我們重點(diǎn)研究一下鋁的幾種重要化合物。

設(shè)計(jì)意圖：以生活中的常見物質(zhì)為切入點(diǎn)，充分利用交互空間將多種情境線索融合在一起，讓學(xué)生知道生活中這些物質(zhì)都是鋁的化合物，有針對性地組織學(xué)生活動(dòng)，讓學(xué)生能夠迅速進(jìn)入學(xué)習(xí)主題。

2.問題情境學(xué)習(xí)——在問題情境中探究、思考

（1）氧化鋁（Al2O3）的性質(zhì)

【銜接過渡】圖3中展示的寶石的主要成分是Al2O3，這節(jié)課我們首先就來學(xué)習(xí)和認(rèn)識一下鋁的氧化物。

【自主閱讀】讓學(xué)生閱讀課本第58頁第1自然段，要求學(xué)生歸納Al2O3的物理性質(zhì)和用途。

【學(xué)生歸納】小組交流，匯報(bào)展示：純凈的氧化鋁是白色無定形粉末，俗稱礬土，密度3.9～4.0 g/cm3，熔點(diǎn)2050 ℃，沸點(diǎn)2980 ℃，不溶于水，它是鋁電解生產(chǎn)中的主要原料。

設(shè)計(jì)意圖：在課堂上給學(xué)生一定的閱讀時(shí)間，讓學(xué)生養(yǎng)成會(huì)閱讀、善閱讀的習(xí)慣，并學(xué)會(huì)從材料中找到最具有價(jià)值的信息，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和歸納能力。

【問題2】通過學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道鋁片能與酸和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，Al2O3是否與鋁的性質(zhì)相似，也能與酸和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)呢？

【自主探究1】開展實(shí)驗(yàn)探究，觀察Al2O3與稀硫酸、NaOH溶液的反應(yīng)。

【結(jié)果匯報(bào)】Al2O3既能與稀硫酸反應(yīng)，又能與NaOH溶液反應(yīng)，方程式為：（1）Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O;（2）Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。

設(shè)計(jì)意圖：基于問題情境開展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察、記錄并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，掌握物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的關(guān)系，并思考Al2O3與其他常見金屬氧化物的區(qū)別與聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識及運(yùn)用已學(xué)知識解決問題的能力，將化學(xué)知識、技能的學(xué)習(xí)與核心素養(yǎng)培養(yǎng)緊密聯(lián)系起來。

【信息資料】從物質(zhì)分類的角度，把氧化物分為酸性氧化物和堿性氧化物。酸性氧化物是指與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，而堿性氧化物是指與酸反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。

【問題3】請根據(jù)這段資料結(jié)合所學(xué)知識判斷Al2O3屬于什么氧化物。

【小結(jié)】 既能與酸又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，叫兩性氧化物，因此氧化鋁是兩性氧化物。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對Al2O3的特性有了較為深入的認(rèn)識后，需要對其特性有一個(gè)觀念上的認(rèn)識，通過問題3引導(dǎo)學(xué)生基于經(jīng)驗(yàn)水平、原理水平和探究水平去理解兩性氧化物，認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

（2）氫氧化鋁的性質(zhì)和制備

【問題4】CaO與水反應(yīng)可生成Ca（OH）2;Na2O與水反應(yīng)可生成NaOH。Al2O3與水反應(yīng)能否生成Al（OH）3呢？

【自主探究2】將Al2O3加入水中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【結(jié)果討論】Al2O3不溶于水，不能與水發(fā)生反應(yīng)。

【問題5】能否通過這種方法制備Al（OH）3呢？有什么方法可以制備Al（OH）3？

【學(xué)生思考】不能?？梢杂每扇苄凿X鹽溶液和堿反應(yīng)來制備氫氧化鋁。

設(shè)計(jì)意圖：通過類比思想，在問題的層層推進(jìn)下引發(fā)學(xué)生思維沖突，讓學(xué)生帶著問題思考，開展實(shí)驗(yàn)探究，積極討論，并形成制備Al（OH）3的初步方案，逐步培養(yǎng)學(xué)生能根據(jù)已有的知識制訂合理的實(shí)驗(yàn)方案。

【自主探究3】氫氧化鋁的制備與性質(zhì)探究：選擇試劑，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)氫氧化鋁的最佳制備方法。（如圖4）

【學(xué)生活動(dòng)】觀察并記錄現(xiàn)象，寫出氨水、氫氧化鈉分別與硫酸鋁溶液反應(yīng)的方程式：（1）Al2（SO4）3+6NH3·H2O=2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4;（2）Al2（SO4）3+ 8NaOH=2NaAlO2 +4H2O+3Na2SO4

【問題6】從以上實(shí)驗(yàn)及結(jié)論來分析，要制備氫氧化鋁應(yīng)選擇哪些試劑，不能選擇哪些試劑？

【學(xué)生小結(jié)】應(yīng)選擇可溶性鋁鹽和氨水，不能選擇強(qiáng)堿溶液。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在一組對比實(shí)驗(yàn)中體會(huì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的異同，然后通過問題讓學(xué)生自主選擇試劑?；顒?dòng)層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究中發(fā)現(xiàn)Al（OH）3的最佳制備方法，從而提升學(xué)生解決問題的能力，幫助學(xué)生建立思維模型。

【問題7】能否根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)一下Al（OH）3的物理性質(zhì)？

【學(xué)生匯報(bào)】氫氧化鋁是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水。

【銜接過渡】由前面的實(shí)驗(yàn)可知Al（OH）3可溶解于強(qiáng)堿中，而Al（OH）3作為一種堿，它能否溶于鹽酸中呢？

【自主探究4】用新制的氫氧化鋁沉淀與鹽酸溶液反應(yīng)（如圖5）。

【學(xué)生活動(dòng)】觀察分析現(xiàn)象，并寫出氫氧化鋁與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Al（OH）3 +3HCl=AlCl3 +3H2O。

【活動(dòng)小結(jié)】根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，由學(xué)生總結(jié)出Al（OH）3的化學(xué)性質(zhì)：既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)的氫氧化物，是兩性氫氧化物。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象分析的基礎(chǔ)上，通過與Al2O3的性質(zhì)相比較，形成對Al2O3和Al（OH）3“兩性”性質(zhì)的深入認(rèn)識，提升學(xué)生解決問題的能力;讓思路方法逐漸外顯，促進(jìn)知識的遷移，建立基本的化學(xué)觀念，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的認(rèn)識。

3.從生活中來，到生活中去——學(xué)習(xí)明礬凈水原理

【銜接過渡】除了氧化鋁和氫氧化鋁在生活中用處比較多外，鋁的其他化合物還有很多，在日常生活中也有著重要的用途。

【自主探究5】用礦泉水瓶取一瓶渾濁的水，向其中加入1～2 g的明礬，擰上瓶蓋，用力上下振蕩數(shù)次后靜置，觀察現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在科學(xué)探究中認(rèn)識明礬的用途，將化學(xué)與生活實(shí)際結(jié)合起來，引起學(xué)生的心靈共鳴，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。在這種模塊化的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過一個(gè)個(gè)相關(guān)“問題”，從學(xué)科價(jià)值、社會(huì)價(jià)值的視角去審視化學(xué)在生活中的用途，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣和求知欲，學(xué)會(huì)了學(xué)以致用。

【歸納總結(jié)】這節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了氧化鋁和氫氧化鋁的性質(zhì)，性質(zhì)決定用途，鋁的化合物在我們?nèi)粘Ｉ钪杏兄匾挠猛?。我們要善于觀察自然界中的物質(zhì)，了解它們的性質(zhì)和用途，以便更好地為我們的生產(chǎn)和生活服務(wù)。

七、教學(xué)反思

本節(jié)課以問題為中心開展課堂教學(xué)，基于“目標(biāo)—任務(wù)—活動(dòng)”整體規(guī)劃學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，以日常生活場景引入主題，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引學(xué)生將關(guān)注點(diǎn)迅速聚焦到鋁的重要化合物上來。認(rèn)知沖突是學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新知識之間無法互相包容而產(chǎn)生的矛盾，是新舊知識之間的不協(xié)調(diào)，是激發(fā)思維的第一步[4]。氧化鋁和氫氧化鋁能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，將這些矛盾以問題的形式呈現(xiàn)，讓學(xué)生在問題的引領(lǐng)下主動(dòng)探索，幾組探究性實(shí)驗(yàn)更是幫助學(xué)生深入地認(rèn)識問題，從問題的提出、方案的設(shè)計(jì)、過程的實(shí)施、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察分析并得出結(jié)論，到最后抽象概念的形成，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，教學(xué)的重難點(diǎn)也在問題引導(dǎo)下的探究活動(dòng)中得到突破。在此過程中，學(xué)生的思維逐漸外顯，每個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生都積極主動(dòng)地參與，將陌生問題迅速串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)了情境的自主遷移，問題的自主歸類，充分體現(xiàn)了“以人為本”的新課程理念。

化學(xué)教學(xué)讓學(xué)生終身受益的不是具體的專業(yè)知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價(jià)值觀的化學(xué)思想觀念，不是諸如分類、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問題解決能力的具有化學(xué)特點(diǎn)的認(rèn)識論和方法論[5]。只有不斷探索，將知識以最合適的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，化學(xué)教學(xué)才會(huì)具有生長性和啟發(fā)性，才能給學(xué)生展示化學(xué)之美，最終幫助學(xué)生逐步養(yǎng)成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 陳靜.以人為本，構(gòu)建和諧的問題交互平臺：“基于問題學(xué)習(xí)模式”在化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐嘗試[J].化學(xué)教與學(xué)， 2010（8）：15-17.

[2]? 中華人民共和國教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社， 2018.

[3]? 人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2016.

[4]? 張高豪. 基于認(rèn)知心理學(xué)的化學(xué)迷思概念轉(zhuǎn)化策略：以“離子方程式書寫”為例[J].福建基礎(chǔ)教育研究， 2019（2）：120-121.

[5]? 宋心琦，胡美玲.對中學(xué)化學(xué)的主要任務(wù)專論和教材改革的看法[J].化學(xué)教育，2001（9）：9-13.

（責(zé)任編輯 羅 艷）