基于發(fā)展化學(xué)思維的“金屬活動性”教學(xué)設(shè)計

陳丹丹

(江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)唯亭學(xué)校,江蘇 蘇州 215021)

2022年新課標(biāo)明確提出要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維.科學(xué)思維主要包括:在解決化學(xué)問題中所運(yùn)用的比較、分類、分析、綜合、歸納等科學(xué)方法,基于實驗事實進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測物質(zhì)及其變化的思維能力,在解決與化學(xué)相關(guān)的真實問題中形成的質(zhì)疑能力、批判能力和創(chuàng)新意識[1].所以筆者認(rèn)為,初三教師應(yīng)重新專研課標(biāo),立足學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ),研讀教材,設(shè)計“認(rèn)識-建構(gòu)-應(yīng)用”三重角度,使學(xué)生從不同層次認(rèn)識化學(xué)變化、理解化學(xué)變化、感悟反應(yīng)規(guī)律,為以后的化學(xué)學(xué)習(xí)奠定思維基礎(chǔ).因此,筆者從自身教學(xué)實踐出發(fā),以“金屬活動性”教學(xué)為例,探索在初中階段基于化學(xué)學(xué)科思維發(fā)展的初三化學(xué)教學(xué).

1 教材分析與教學(xué)思路

“金屬活動性順序表”是滬教版九年級第五章第一節(jié)《金屬的化學(xué)性質(zhì)》中的內(nèi)容,學(xué)生通過一系列置換反應(yīng)對金屬活動性順序進(jìn)行初步認(rèn)識.如何引導(dǎo)學(xué)生從金屬和酸以及鐵和硫酸銅溶液的反應(yīng)中充分認(rèn)識置換反應(yīng)的規(guī)律,對于初中生具有一定的難度.

教材對于本知識點(diǎn)的設(shè)計為:通過鎂、鋅、鐵、銅與稀酸反應(yīng),得出四種金屬的活動性順序,歸納這幾個反應(yīng)的化學(xué)方程式的共性總結(jié)出置換反應(yīng)的概念,然后利用鐵與硫酸銅溶液反應(yīng),深化對置換反應(yīng)的認(rèn)識[2].

“最近發(fā)展區(qū)理論”認(rèn)為,教師應(yīng)了解學(xué)生所處的發(fā)展階段以及他們要解決的問題,幫助學(xué)生彌補(bǔ)實際發(fā)展水平和潛在發(fā)展水平之間的鴻溝,才能使教學(xué)超前于發(fā)展并引導(dǎo)發(fā)展[3].目前學(xué)生對化學(xué)實驗有著超強(qiáng)的好奇心和想象力,并知道通過實驗現(xiàn)象來解釋和證明結(jié)論,可以根據(jù)教師的引導(dǎo)得出合理的知識的建構(gòu).

針對上述基礎(chǔ),筆者將金屬與酸或鹽溶液的反應(yīng)進(jìn)行邏輯串聯(lián).首先,以鐵粉和硫酸銅溶液的反應(yīng)引發(fā)思考:鐵為什么能和硫酸銅反應(yīng)?其次,根據(jù)化學(xué)史實,認(rèn)識到部分金屬會與酸發(fā)生反應(yīng).引出新問題:所有金屬都可以和酸反應(yīng)嗎?通過學(xué)生設(shè)計并探究四種金屬與酸反應(yīng)的實驗,形成金屬活動性知識的思維雛形.在此認(rèn)知基礎(chǔ)上,探究鎂、鋅、銅分別和硫酸銅溶液的反應(yīng),使學(xué)生分析歸納得出金屬與鹽溶液的反應(yīng)原理.再回顧金屬和稀酸的反應(yīng),猜測氫在金屬活動性順序中的位置,全面完成對基于金屬活動性的置換反應(yīng)知識內(nèi)容的建構(gòu).然后通過金屬活動性的原理,使學(xué)生能預(yù)測某些反應(yīng)是否可以發(fā)生.進(jìn)而向?qū)W生展示科學(xué)家基于金屬活動性置換反應(yīng)的規(guī)律經(jīng)過長期摸索,提出的金屬活動性順序表.最后探究一種未知純金屬的成分,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗,利用本節(jié)課金屬活動性的知識,結(jié)合根據(jù)化學(xué)方程式計算的內(nèi)容,設(shè)計實驗對該金屬的成分進(jìn)行探究,初步培養(yǎng)學(xué)生從定性和定量兩方面對物質(zhì)組成進(jìn)行研究的思維能力.

2 教學(xué)過程

2.1 學(xué)生實驗,激起興趣

[學(xué)生實驗]在小燒杯中加入少量鐵粉,再倒入少量稀硫酸銅溶液,輕輕晃動燒杯使兩者充分反應(yīng),片刻后,觀察現(xiàn)象.(稍過量的鐵粉和硫酸銅反應(yīng)比較快速且容易觀察到硫酸亞鐵溶液的淺綠色)

設(shè)計意圖:以學(xué)生實驗導(dǎo)入,活躍課堂氣氛,提出問題.

2.2 回顧歷史,引發(fā)思考

[教師]此實驗早在2 000多年前中國古代西漢時期的《淮南萬畢數(shù)》中便有記載.這是我國古代人民多次探索而知的反應(yīng),但當(dāng)時并不了解反應(yīng)的原理.今天讓我們追隨著科學(xué)家的腳步,來解開這個奧秘.

設(shè)計意圖:以濕法煉銅的史實,增強(qiáng)文化自信.同時,引發(fā)學(xué)生對此反應(yīng)原理的思考.

2.3 化學(xué)史話,模型初建

[PPT]1625年,化學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)金屬在酸中會“消失”.

[演示實驗]歷史重現(xiàn):鎂條和稀鹽酸的反應(yīng).

[教師]產(chǎn)生的是什么氣體?

[學(xué)生]……(引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變的理論進(jìn)行合理猜測.)

[教師]其實對于這種氣體到底是什么,科學(xué)家經(jīng)過了漫長的探索.

[PPT]展示卡文迪許和拉瓦錫對金屬和酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的探索歷程.

[教師]科學(xué)是不斷發(fā)展的,當(dāng)前的認(rèn)識不一定是終極真理,但科學(xué)家為探求真理而勇于對權(quán)威質(zhì)疑的精神和不懈努力值得我們敬畏和學(xué)習(xí).回到我們的探索之旅,卡文迪許用了六種金屬和酸反應(yīng),說明還有其他金屬可以和稀鹽酸反應(yīng),是不是所有金屬都可以和酸反應(yīng)呢?如果可以反應(yīng),各種金屬與酸反應(yīng)的速率是一樣快的嗎?

[小組討論]如何設(shè)計實驗比較不同金屬與酸反應(yīng)速率的快慢?

[小組實驗設(shè)計方案分享]……(體現(xiàn)控制變量法,教師進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo))

[小組實驗]四種金屬分別與稀鹽酸或稀硫酸的反應(yīng).

[學(xué)生]總結(jié)現(xiàn)象,書寫化學(xué)方程式,根據(jù)化學(xué)方程式歸納置換反應(yīng)的定義,通過與酸反應(yīng)的劇烈程度分析得出四種金屬活動性的順序:鎂>鋅>鐵>銅.

設(shè)計意圖:(1)通過金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體的猜測和探究,加強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)元素守恒觀念,培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角研究物質(zhì)及其變化規(guī)律;(2)通過金屬與酸反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)歷程,提出科學(xué)是不斷在批判中繼承的,促進(jìn)學(xué)生質(zhì)疑能力、批判能力的培養(yǎng);(3)通過設(shè)計金屬和酸反應(yīng)的實驗,滲透控制變量法的思維,增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究能力,培養(yǎng)學(xué)生與他人分工協(xié)作、溝通交流、合作解決問題的能力,使學(xué)生能初步運(yùn)用比較、分析、歸納等方法認(rèn)識物質(zhì)及其變化,形成一定的證據(jù)推理能力;(4)通過金屬和酸的反應(yīng),初步得出四種金屬的活動性順序的知識建構(gòu),為解釋鐵和硫酸銅的反應(yīng)奠定理論基礎(chǔ).

2.4 總結(jié)歸納,概念深化

[教師]本節(jié)課開始時我們發(fā)現(xiàn)鐵可以將銅從溶液中換出來.其他金屬也可以將銅換出來嗎?請大家利用所給的金屬和硫酸銅溶液進(jìn)行探究.

[學(xué)生實驗]鎂片、鋅片、銅片分別與硫酸銅溶液反應(yīng).

[教師]請大家結(jié)合實驗現(xiàn)象及PPT給出的鎂、鋅和硫酸亞鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式,聯(lián)系剛剛所學(xué)的金屬活動性順序:鎂>鋅>鐵>銅,猜測金屬能與某些含有另一種金屬元素的化合物溶液進(jìn)行反應(yīng)的原理可能是什么?

[學(xué)生]金屬活動性強(qiáng)的金屬可以將金屬活動性弱的金屬從它的化合物溶液中置換出來.

[學(xué)生實驗]鋁片、銀片分別與硫酸銅溶液反應(yīng),觀察現(xiàn)象.

[教師]根據(jù)原理,鋁、銅、銀的金屬活動性順序怎么排?

[學(xué)生]銅的金屬活動性比鋁弱,比銀強(qiáng).

[教師]回顧金屬與酸的反應(yīng),鎂、鋅、鐵都能將酸溶液中的氫置換出來,而銅不行.氫有類似金屬的性質(zhì),若將氫插入四種金屬(鎂、鋅、鐵、銅)的金屬活動性順序中進(jìn)行排序,應(yīng)該在什么位置?

[學(xué)生]氫排在鐵之后,銅之前.

[教師]非常好,通過能否將另一種金屬從它的化合物溶液中置換出來的方法,我們可以將各種金屬的活動性進(jìn)行排列,Mg Zn Fe(H) Cu,而科學(xué)家經(jīng)過這樣類似的一系列實驗,得出了金屬活動性順序表.

[PPT]展示金屬活動性順序表.

設(shè)計意圖:通過分析比較一系列置換反應(yīng),使學(xué)生自己提煉出基于金屬活動性的置換反應(yīng)的原理,深化學(xué)生對此類置換反應(yīng)的認(rèn)識.再基于對置換反應(yīng)的新認(rèn)識,再次分析金屬和酸的反應(yīng),明確氫的位置,讓學(xué)生對常見金屬活動性順序表內(nèi)容進(jìn)一步建構(gòu).在學(xué)生總結(jié)金屬活動性順序的過程中,培養(yǎng)基于實驗事實進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測物質(zhì)及其變化的思維能力.

2.5 觸類旁通,靈活運(yùn)用

[設(shè)問]鋁、錫、金、銀是否能與稀酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣?

[學(xué)生討論]討論出判斷能否與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,需要將金屬的活動性與氫比較.

[總結(jié)]如何設(shè)計實驗比較銅和銀的金屬活動性強(qiáng)弱?

[學(xué)生]用銅和含有銀的化合物溶液或銀和硫酸銅溶液反應(yīng).

[學(xué)生討論]得出金屬與酸或與金屬化合物溶液反應(yīng)的原理均為金屬活動性強(qiáng)的金屬將金屬活動性弱的金屬(或氫)置換.

[教師總結(jié)]金屬活動性順序可以幫助我們判斷一些反應(yīng)能不能發(fā)生.

[拓展提高]大家桌上的表面皿中各有幾小片未知純金屬,請大家利用桌上的藥品,對該金屬進(jìn)行探究,推測該金屬可能是什么?

[學(xué)生實驗]將該金屬分別與稀鹽酸、硫酸銅等物質(zhì)反應(yīng),并利用控制變量法對比該金屬與其他金屬和酸反應(yīng)的速率.

[學(xué)生討論]該金屬活動性比什么金屬弱,比什么金屬強(qiáng).

[拓展提高]我們初中所學(xué)的金屬活動性順序表并沒有將所有的金屬進(jìn)行排列,還有很多金屬并不在這個表里,如何進(jìn)一步對該純金屬成分進(jìn)行確認(rèn)?我們可以通過計算的方式.已知該金屬與酸反應(yīng)后在溶液中顯+2價,2.4 g該金屬與酸充分反應(yīng)生成0.1 g氫氣,請同學(xué)們計算它的相對原子質(zhì)量,并根據(jù)相對原子質(zhì)量翻閱教材后面的元素周期表中相對原子質(zhì)量的數(shù)據(jù),大致確認(rèn)該純金屬是什么.

設(shè)計意圖:根據(jù)歸納得出的反應(yīng)原理以及金屬活動性順序表,設(shè)計一系列問題,使學(xué)生能夠運(yùn)用金屬活動性順序表解答問題.通過對未知金屬的探究,深入了解金屬活動性的應(yīng)用,并聯(lián)系上一章利用化學(xué)方程式計算內(nèi)容進(jìn)行知識串聯(lián),培養(yǎng)學(xué)生對未知物質(zhì)進(jìn)行定性到定量研究的思維模式.

3 教學(xué)反思

本教學(xué)內(nèi)容采用問題驅(qū)動模式,在置換反應(yīng)原理的探究學(xué)習(xí)過程中,問題或情節(jié)環(huán)環(huán)相扣,學(xué)生自主通過實驗獲得新知識,完成對金屬活動性知識的建構(gòu)并將其進(jìn)行靈活運(yùn)用.整個過程學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用都得到充分的體現(xiàn),圍繞金屬活動性的應(yīng)用促進(jìn)學(xué)生多角度分析和解決問題,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)對化學(xué)變化的結(jié)構(gòu)化認(rèn)識,形成認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的思路與方法,并發(fā)展對化學(xué)變化的定量認(rèn)識和推理能力,促進(jìn)化學(xué)學(xué)科思維的形成.由于金屬活動性教學(xué)是金屬的化學(xué)性質(zhì)這節(jié)課中的一個片段,囿于課堂時間限制,無法對個別問題進(jìn)行充分討論,并做一定量的練習(xí)加以鞏固,因此不夠圓滿.