巧用實(shí)驗(yàn)達(dá)到深度學(xué)習(xí)
——以“金屬和金屬材料”為例

文| 陳海霞

深度學(xué)習(xí)的核心是通過(guò)激活學(xué)生的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力、提升他們的元認(rèn)知技能、推動(dòng)他們的深度處理和深度理解、構(gòu)建他們的知識(shí)體系和思考模式、增強(qiáng)他們的創(chuàng)新能力和批判性思考等手段，以達(dá)到全方位學(xué)習(xí)。中學(xué)化學(xué)是一門基礎(chǔ)與實(shí)踐課程，它不僅具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫼统橄蟮奶刭|(zhì)，也具備廣泛的現(xiàn)實(shí)意義和啟示作用。初中化學(xué)課堂教學(xué)應(yīng)該遵循深度學(xué)習(xí)的原則，采用信息技術(shù)融合手段，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究、積極參與、合作交流、反思評(píng)價(jià)。下面以人教版化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)第八單元“金屬和金屬材料”課題2 金屬的化學(xué)性質(zhì)第一課時(shí)為例說(shuō)明。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探究鋁與鋁合金的化學(xué)性質(zhì)。

2.通過(guò)拓展延伸，學(xué)生將學(xué)到的化學(xué)知識(shí)與其在生活中的應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。

【教學(xué)重點(diǎn)】

1.通過(guò)研究鋁的構(gòu)成、來(lái)源、價(jià)值和用途，從多個(gè)角度提升對(duì)鋁這一金屬材料的理解。

2.掌握鋁合金的特性，對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響因素有更深的認(rèn)知，提升學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的判斷力以及對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行分析的關(guān)鍵技巧。

3.激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和對(duì)安全的重視。

【教學(xué)難點(diǎn)】

如何提高學(xué)生的參與度，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中展現(xiàn)出自己的獨(dú)特性，以便培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、實(shí)際操作技巧、科研修養(yǎng)及人文修養(yǎng)。

【教學(xué)方法】

通過(guò)“猜測(cè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—解析—得出結(jié)論”的方法，分析鋁以及其化學(xué)成分的特性，理解了氧化鋁、氫氧化鋁的雙重特質(zhì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀、物質(zhì)變化觀以及化學(xué)元素觀，并開始形成了對(duì)微觀世界的理解。各種類型的互動(dòng)活動(dòng)，不僅可以提升學(xué)生搜集和整理信息的技能，還能激發(fā)他們表達(dá)自己觀點(diǎn)的能力，同時(shí)能培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等。

【教學(xué)過(guò)程】

一、問(wèn)題導(dǎo)入——了解鋁在生活中的運(yùn)用

師：同學(xué)們，我們蘭州的地鐵已經(jīng)開通了。首先請(qǐng)大家觀看這段關(guān)于地鐵的短片。（師播放短片）視頻中介紹地鐵車廂是用鋁合金制作的，你們知道為什么嗎？

（學(xué)生自由發(fā)言）

師總結(jié)：沒(méi)錯(cuò)，這是因?yàn)殇X合金具備重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕等特點(diǎn)。鋁合金制成的地鐵車廂對(duì)車體質(zhì)量和磁力損耗有很好的控制作用。那么，在我們的日常生活中，鋁還有哪些具體的運(yùn)用呢？

生:鋁合金窗戶、藥品包裝袋、太空飛船外殼……

（教師用課件展示鋁的用途）

師：鋁有哪些特性呢？

生：鋁的柔韌性和優(yōu)秀的擴(kuò)展能力。鋁制的鍋具與壺體都顯現(xiàn)出其卓越的散熱特質(zhì)。鋁有導(dǎo)電特性，可作導(dǎo)線用。

師：鋁合金作為地鐵的材料有哪些特性？

生：外觀非常美觀，質(zhì)地輕盈，表面平滑，并且可以多次使用，還具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。

師：這是為什么呢？

生：鋁的表層會(huì)形成氧化層。

師：如果環(huán)境變得更加嚴(yán)酷，那么鋁是否可以在空氣里燃燒呢？

（設(shè)計(jì)意圖：借助關(guān)于地鐵的短片，以鋁合金車身為教學(xué)場(chǎng)景，吸引學(xué)生參與本節(jié)課。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且效果顯著。）

二、猜測(cè)——了解鋁的燃燒和氧化反應(yīng)

展示實(shí)驗(yàn)1：使用鉗子將鋁塊放在火中燃燒，以了解其狀態(tài)。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)并探討其背后的原因。

生：鋁塊并沒(méi)有被點(diǎn)燃，它已經(jīng)變成了一種液體，并且其外部覆蓋著一層保護(hù)膜來(lái)保護(hù)已經(jīng)融化的鋁塊。

師：那為何還未燃燒？這個(gè)表面的保護(hù)層是什么？

生：在表層形成了一層厚重的氧化膜，防止了鋁與氧氣的反應(yīng)。

師：哪些方式可以使鋁在空氣里燃燒？

生：對(duì)鋁片進(jìn)行研磨，擴(kuò)展其接觸區(qū)域。

展示實(shí)驗(yàn)2：使用清潔的耳塞吸收一定數(shù)量的鋁粉，然后將其投入火源里，學(xué)生進(jìn)行觀測(cè)并討論。

生：火星帶來(lái)了耀眼的光芒。

師：空氣中的鋁粉燃燒力比較強(qiáng)，工廠中鋁粉管理不當(dāng)是可以引起火災(zāi)的。

（PPT 詳細(xì)展示鋁的應(yīng)用，包括生產(chǎn)燃料彈和信號(hào)彈）

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)探討鋁片無(wú)法燃燒引發(fā)的認(rèn)識(shí)矛盾，激勵(lì)學(xué)生思考如何在使鋁燃燒的同時(shí)，也要注意其潛在風(fēng)險(xiǎn)。）

三、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——驗(yàn)證猜想

師：實(shí)際上，鋁粉與氧化鐵都是火箭燃料的主要組成部分。鋁與氧化鐵在實(shí)驗(yàn)室中的反應(yīng)被定義為鋁熱反應(yīng)。請(qǐng)大家觀看下面的影片，并說(shuō)說(shuō)看到了什么。

（PPT 展示鋁熱反應(yīng)的影片，學(xué)生觀察相關(guān)現(xiàn)象）

生：發(fā)出耀眼的光芒，火花四濺。

師總結(jié)：經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)研討，我們確定了鋁的吸氧特性。

過(guò)渡：各位同學(xué)，在乘坐地鐵進(jìn)站之前，通常必須通過(guò)什么呢？

生：通過(guò)安全檢查。

師：請(qǐng)注意，所有的不符合安全規(guī)則的物品都不可以帶入。

（PPT 呈現(xiàn)一些在地鐵中經(jīng)常出現(xiàn)的違規(guī)物品，如硫酸、苛性鈉和鹽酸等）

師：那么，你們有沒(méi)有領(lǐng)悟到，為什么不能攜帶酸性或堿性的物質(zhì)呢？

生：有可能對(duì)其他人造成一定的傷害。

師：還可能產(chǎn)生什么問(wèn)題呢？

生：還有可能對(duì)地鐵造成一定的傷害。

師：是否存在酸與堿與鋁的化學(xué)作用？下面我們做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：將兩個(gè)小孔內(nèi)的氫氧化鈉溶液以及稀鹽酸分別倒入預(yù)先準(zhǔn)備好的還沒(méi)有被研磨的鋁片上。接著，將溶液的高度調(diào)整至小孔的三分之二，再分別加入6 滴肥皂水。當(dāng)大量的氣泡生成之后，我們使用燃燒的火柴棒接觸這些氣泡，以便觀察它們的變化。在實(shí)驗(yàn)完成后，將廢液傾倒進(jìn)燒杯。

（學(xué)生按照小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）

師：希望你們能分享一下你們小組的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。

生：一開始并未出現(xiàn)氣泡，但隨著時(shí)間的推移，兩組的氣體生成量增加，其中由堿與鋁的化合物所形成的氣體的生成速度更為迅猛。當(dāng)接觸到已經(jīng)點(diǎn)燃的小木棍時(shí)，可能會(huì)聽到一些輕微的爆炸聲。

師：想一想兩組實(shí)驗(yàn)會(huì)形成何種氣態(tài)？嘗試建立鋁和鹽酸、氫氧化鈉的化學(xué)反應(yīng)模型。

生：這極有可能對(duì)鋁的外部氧化膜造成傷害，產(chǎn)出的是氫。

師：我們將這種金屬稱為兩性金屬，因?yàn)樗饶芘c酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)。

（設(shè)計(jì)意圖：繼續(xù)以地鐵為背景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行鋁的兩性實(shí)驗(yàn)和分組討論。）

過(guò)渡：提升酸的濃度能否加快反應(yīng)的進(jìn)程？請(qǐng)看下一個(gè)實(shí)驗(yàn)：將已經(jīng)處理的鋁片（去除氧化膜）逐一加入濃硫酸和濃硝酸里，接著查看實(shí)驗(yàn)的成效。

生：我們并未察覺(jué)到任何不正常的情況，這很大程度上是由于鋁的外層形成了一層厚重的氧化層，阻止了接下來(lái)的反應(yīng)。

師：我已經(jīng)為你們準(zhǔn)備好了硫酸銅、濃硫酸、濃硝酸以及經(jīng)過(guò)精細(xì)打磨的鋁片（清除了氧化膜），期待通過(guò)對(duì)話和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的檢查來(lái)驗(yàn)證你們的預(yù)期。

生：我們首先將硫酸銅溶液注入微型實(shí)驗(yàn)板的三個(gè)小洞里，然后將經(jīng)過(guò)砂紙研磨的鋁片與已經(jīng)從濃硝酸、濃硫酸中提煉并清潔的鋁片一起放進(jìn)去，最終對(duì)其表面進(jìn)行檢查。

師：這個(gè)方案非常有創(chuàng)意，請(qǐng)每組4 個(gè)人進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，觀察結(jié)果，探究問(wèn)題的根源。

生：經(jīng)過(guò)精細(xì)研磨的鋁板上會(huì)浮現(xiàn)一層深紅的銅離子。然而，使用高濃度的硫酸或者硝酸提煉的鋁卻無(wú)此異常。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，高濃度的硫酸與硝酸可以在鋁的表層生成一層牢固的氧化層，這樣就可以防止更深層次的反應(yīng)。

師：這個(gè)結(jié)論非常有效。鋁的鈍化可能是由于兩者的強(qiáng)氧化性在鋁表面形成了厚重的氧化膜。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)協(xié)作研究和獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究鋁單質(zhì)的鈍化。提升學(xué)生的科研能力和專業(yè)基礎(chǔ)能力。）

四、解析與結(jié)論

轉(zhuǎn)折：鋁的屬性極其活躍，其內(nèi)在原因是什么？

生：鋁的表面有三個(gè)電子，這些電子很容易丟失，這表明了它高度的還原能力。

師：你的回應(yīng)非常出色，能否告訴我這堂課的核心知識(shí)點(diǎn)是哪些？

生：關(guān)于鋁的物理屬性、構(gòu)造、化學(xué)屬性以及其實(shí)際運(yùn)用。

師：那么，結(jié)構(gòu)、特征和運(yùn)用這三個(gè)方面有什么聯(lián)系呢？

生：構(gòu)造決定特性，特性決定應(yīng)用。

師：真棒！這同樣是我們掌握其他元素化合物知識(shí)的關(guān)鍵途徑。

（設(shè)計(jì)意圖：持續(xù)研究鋁活躍的原因，并對(duì)本課的主題進(jìn)行概括。利用對(duì)鋁的理解來(lái)掌握其他元素化合物的知識(shí)。）

過(guò)渡：管道通是由純凈的白色顆粒和深灰色的鋁粉混合而成的。你了解什么樣的固體物質(zhì)被稱為白色的顆粒嗎？

生：氫氧化鈉。

師：是如何清理管道的？

生：提高了氣體的壓強(qiáng)，這對(duì)疏通非常有益。氫氧化鈉自身具備清潔油漬的特性。

（設(shè)計(jì)意圖：將所學(xué)應(yīng)用于實(shí)際。展示“將生活融入化學(xué)，將化學(xué)引入社會(huì)”的教育觀念，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。）

【課堂小結(jié)】

本節(jié)課通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一是以蘭州地鐵為例，結(jié)合生活實(shí)際，讓學(xué)生更有代入感。二是通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和PPT 展示，讓課程能夠更加直觀地呈現(xiàn)。本課程對(duì)金屬材料知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，是以鋁為重點(diǎn)進(jìn)行講述。通過(guò)師生問(wèn)答互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)等，讓學(xué)生通過(guò)課程了解了鋁的物理特性、鋁的主要用途、鋁的氧化反應(yīng)以及鋁的活性。這些內(nèi)容可以與后續(xù)金屬材料課程關(guān)聯(lián)，形成學(xué)生對(duì)金屬材料學(xué)習(xí)的初步知識(shí)體系。

本節(jié)課的成功之處在于課程與生活的銜接以及實(shí)踐?！皢?wèn)題引導(dǎo)—實(shí)驗(yàn)探究—解析—得出結(jié)論”的方式，有助于學(xué)生更好地掌握知識(shí)，也增長(zhǎng)了學(xué)生的見識(shí)。本節(jié)課基本調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課堂氛圍較好，學(xué)生的配合也不錯(cuò)。

【教學(xué)反思】

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生能夠積極配合教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并通過(guò)提問(wèn)、觀察等多種方式來(lái)了解金屬元素的特性，該課程倡導(dǎo)學(xué)生積極投入?yún)f(xié)作、溝通以及自我發(fā)掘等多元化的學(xué)習(xí)過(guò)程中，并在這些科研探索的過(guò)程中達(dá)成教育目標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種非常有效的教學(xué)方式，學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手操作、觀察、實(shí)驗(yàn)，深入體驗(yàn)化學(xué)的樂(lè)趣，激發(fā)自身學(xué)習(xí)興趣，也能更好地了解和應(yīng)用知識(shí)。在具體的課堂教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)深入學(xué)習(xí)，需要注意以下幾個(gè)方面：

第一，教師需要合理地引導(dǎo)，通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)入激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲，鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn)、思考，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的規(guī)律。

第二，提供合適的工具與材料。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師需要準(zhǔn)備充足的實(shí)驗(yàn)材料，以“簡(jiǎn)單、安全”為原則，引導(dǎo)學(xué)生自行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提升他們的實(shí)踐能力。

第三，注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與總結(jié)。實(shí)驗(yàn)是為了讓學(xué)生通過(guò)觀察來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與總結(jié)可以引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題與不足，拓展他們的化學(xué)思維。

第四，需要將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂知識(shí)結(jié)合。實(shí)驗(yàn)是對(duì)課堂知識(shí)的有效補(bǔ)充，教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合，能夠使其形成完整的認(rèn)知，對(duì)知識(shí)可以更好地掌握。

總之，實(shí)驗(yàn)課程能夠有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。學(xué)生的積極參與、實(shí)驗(yàn)操作、提出問(wèn)題并解決問(wèn)題，能夠讓他們形成化學(xué)思維，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。