周朝暉 沈蓉

摘要： 以人教版高中化學(xué)必修1“金屬的化學(xué)性質(zhì)”第二課時(shí)“金屬與水的反應(yīng)”教學(xué)為例，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，增加“鎂與水反應(yīng)”、“鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)”等實(shí)驗(yàn)探究活動，運(yùn)用POE教學(xué)策略，采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，有效培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng); 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新; 翻轉(zhuǎn)課堂; 教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號： 1005-6629（2019）2-0054-05??????????? 中圖分類號： G633.8??????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

合理組織化學(xué)教學(xué)內(nèi)容、精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動、創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境、充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)等是實(shí)現(xiàn)“素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂的有效手段?；谶@一思路，筆者選擇“金屬與水的反應(yīng)”一節(jié)內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)改革嘗試。

1? 教學(xué)分析

“金屬與酸和水的反應(yīng)”是人教版高中化學(xué)必修1第三章第一節(jié)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”第二課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容。第三章是在學(xué)習(xí)了物質(zhì)的量、氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)等概念之后，開始具體地學(xué)習(xí)元素化合物的知識。元素化合物知識既可以為前面的理論知識補(bǔ)充感性認(rèn)識材料，又可以為化學(xué)必修2介紹的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期表、化學(xué)反應(yīng)能量等理論知識打下重要的基礎(chǔ)。初中介紹了金屬活動性順序，學(xué)生初步了解金屬與酸或鹽溶液反應(yīng)的規(guī)律，第二課時(shí)讓學(xué)生通過實(shí)例來認(rèn)識金屬與水的反應(yīng)及其一般規(guī)律。教材中只安排了鈉與水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究——設(shè)計(jì)鐵與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。筆者在聽課過程中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)教師僅根據(jù)教材提供的教學(xué)素材來安排教學(xué)活動?；顒右唬?演示實(shí)驗(yàn)——鈉與冷水的反應(yīng)（觀察現(xiàn)象、分析原因、書寫化學(xué)方程式）;活動二： 科學(xué)探究——設(shè)計(jì)還原鐵粉與水蒸氣反應(yīng)裝置并實(shí)驗(yàn)。一次聽課后，隨機(jī)向一組學(xué)生問兩個(gè)問題： （1）金屬與水反應(yīng)有什么規(guī)律？（2）若將一小塊鈉投入硫酸銅溶液會有什么現(xiàn)象？第一個(gè)問題，多數(shù)學(xué)生只能回答鈉能與水反應(yīng)，鐵與水蒸氣能反應(yīng)，而不能總結(jié)出金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律;第二個(gè)問題，所有學(xué)生都回答鈉表面會有紅色固體析出。為什么教師花一節(jié)課時(shí)間按教材提供的教學(xué)素材組織教學(xué)，而學(xué)生沒有掌握金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律？學(xué)生為什么不能通過鈉與水反應(yīng)的事實(shí)建構(gòu)鈉與鹽溶液反應(yīng)的認(rèn)知模型？如何設(shè)計(jì)“金屬與水的反應(yīng)”的教學(xué)內(nèi)容才能有效培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)？

筆者對以上三個(gè)問題做了深入思考。鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對金屬性質(zhì)的認(rèn)識，增強(qiáng)學(xué)生觀察和分析問題的能力;探究設(shè)計(jì)鐵與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置可以培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力和實(shí)踐（科學(xué)探究）能力及創(chuàng)新意識。僅通過鈉與水的反應(yīng)和鐵與水蒸氣的反應(yīng)讓學(xué)生歸納、總結(jié)出金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律，認(rèn)知過程中思維跨度大。因此，在教學(xué)中應(yīng)補(bǔ)充鎂與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供更豐富的有關(guān)金屬與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)金屬與水反應(yīng)規(guī)律的認(rèn)知模型，以完善模型認(rèn)知的環(huán)節(jié)。為了加深學(xué)生理解掌握鈉與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)、讓學(xué)生自主建構(gòu)鈉與鹽溶液反應(yīng)的認(rèn)知模型，教學(xué)中還要補(bǔ)充鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)有利于拓展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的應(yīng)用，可以提升認(rèn)知模型的價(jià)值功能。此外，還應(yīng)增加鐵與水蒸氣反應(yīng)在生活、生產(chǎn)中應(yīng)用等素材，以培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”這一核心素養(yǎng)。

2? 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容，制定如下教學(xué)目標(biāo)：

（1） 通過實(shí)驗(yàn)探究掌握鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的原理，正確描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因。

（2） 通過鐵與水蒸氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，增強(qiáng)科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識。

（3） 通過鈉、鎂、鐵等與水反應(yīng)現(xiàn)象和原理歸納金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律，構(gòu)建并完善金屬與水及鹽溶液反應(yīng)的一般模型。

（4） 通過鐵與水蒸氣反應(yīng)在生活、生產(chǎn)中應(yīng)用的事例，體會化學(xué)在日常生活、生產(chǎn)中的價(jià)值。

3? 教學(xué)策略

3.1? 運(yùn)用POE教學(xué)策略

POE（PredictObserveExplain，預(yù)測-觀察-解釋）教學(xué)策略實(shí)質(zhì)是要求學(xué)生事先根據(jù)自身的生活經(jīng)驗(yàn)及已知化學(xué)知識對將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)合理預(yù)測，充分暴露學(xué)生前概念中的積極成分和錯(cuò)誤成分，為后續(xù)提供合理的教學(xué)設(shè)計(jì)[1];通過教師演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生切身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，從而觸發(fā)學(xué)生對概念認(rèn)知的轉(zhuǎn)變;學(xué)生在最后階段通過對比預(yù)測的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)際觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，采取分組交流討論形成科學(xué)合理的解釋，最終實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，調(diào)整個(gè)人認(rèn)知結(jié)構(gòu)。本節(jié)課在組織“探究鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)原理”的教學(xué)環(huán)節(jié)中運(yùn)用了這一策略，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，讓學(xué)生基于證據(jù)推理鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的原理，自主建構(gòu)鈉與鹽的水溶液反應(yīng)的認(rèn)知模型，有效培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和探究能力。

3.2? 采用基于“微課”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

高一學(xué)生對化學(xué)實(shí)驗(yàn)有濃厚的興趣，但是動手實(shí)驗(yàn)操作能力較弱、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置能力不強(qiáng)。本節(jié)安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多（共有4個(gè)），還有一個(gè)科學(xué)探究（學(xué)生自主設(shè)計(jì)鐵與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置），若這些內(nèi)容都安排在課堂上進(jìn)行，很難在一個(gè)課時(shí)內(nèi)完成。為了解決這一矛盾，本節(jié)教學(xué)還采用基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)模式，將鈉與水的反應(yīng)、鎂與水的反應(yīng)的現(xiàn)象、原理以及設(shè)計(jì)鐵與水蒸氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置等內(nèi)容前置，要求學(xué)生通過課前微課自主學(xué)習(xí)，并完成相應(yīng)思考題和進(jìn)階練習(xí)，發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的問題。課堂上重點(diǎn)完成三項(xiàng)任務(wù)： 一是分組實(shí)驗(yàn)探究“鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)原理”;二是展示交流鐵與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案;三是歸納總結(jié)金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律。這種翻轉(zhuǎn)課堂模式有效地拓展了課堂教學(xué)的時(shí)間和空間，增大了課堂的容量，為課堂中知識的延伸和發(fā)散創(chuàng)造了條件。

4? 教學(xué)流程設(shè)計(jì)

POE教學(xué)策略與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的結(jié)合為教學(xué)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，具體教學(xué)過程如圖1所示。

在本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)的課前學(xué)習(xí)過程中，提供事先已錄制的關(guān)于鈉與水的反應(yīng)、鎂與水的反應(yīng)的微課視頻，同時(shí)微課內(nèi)容中還設(shè)置了一系列循序漸進(jìn)的任務(wù)，有效降低學(xué)生課前學(xué)習(xí)難度。學(xué)生可通過觀看微課視頻，初步認(rèn)知鈉、鎂與水反應(yīng)的現(xiàn)象、原理及符號表征。

課堂教學(xué)過程中，首先通過引入對鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，重新調(diào)整認(rèn)知結(jié)構(gòu)，鞏固對鈉與水反應(yīng)實(shí)質(zhì)的認(rèn)識。其次在教師引導(dǎo)下，通過設(shè)計(jì)鐵與水蒸氣實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行評價(jià)、改進(jìn)，發(fā)散學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識;通過鋼鐵淬火圖片展示、“淬火煉劍”視頻的播放，突出化學(xué)學(xué)科的社會價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。最后教師啟發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行歸納推理，總結(jié)出金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律，構(gòu)建知識體系。

5? 課堂教學(xué)實(shí)錄及評析

5.1? 微課發(fā)布

教師基于云平臺的教師終端設(shè)計(jì)微課內(nèi)容，并通過云平臺將其發(fā)送至學(xué)生的移動智能終端（平板電腦）。本節(jié)微課由微視頻（8分20秒）和進(jìn)階練習(xí)兩部分組成。具體設(shè)計(jì)思路如表1所示。

5.2? 課堂教學(xué)

5.2.1? 教學(xué)環(huán)節(jié)1： 回顧微課，鞏固知識

[教師]展示學(xué)生課前微課學(xué)習(xí)、進(jìn)階練習(xí)完成情況。提問： 一小塊鈉投入滴有酚酞的水中，能觀察到哪些現(xiàn)象？

[學(xué)生]鈉塊浮于水面上并熔成小球，四處游動，有“嘶嘶”響聲，溶液變成紅色。

[教師]你能寫出鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？

[學(xué)生]在平板電腦上書寫鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式：

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

評析： 通過重溫微課內(nèi)容，檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果，鞏固所學(xué)知識，建立鈉與水反應(yīng)的宏觀認(rèn)知并會進(jìn)行符號表征。

5.2.2? 教學(xué)環(huán)節(jié)2： 實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，深化知識

[教師]若將一小塊鈉投入硫酸銅溶液，請預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。

[學(xué)生1]鈉表面出現(xiàn)紅色固體物質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

2Na+CuSO4Cu+Na2SO4

[學(xué)生2]溶液中出現(xiàn)藍(lán)色絮狀沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2NaOH+CuSO4Cu（OH）2↓+Na2SO4

[教師]兩位同學(xué)預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及反應(yīng)原理不同，哪位同學(xué)的預(yù)測是正確的呢？讓我們共同通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

[分組實(shí)驗(yàn)]鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)。

向燒杯中倒入約100mL 5%的CuSO4溶液，用鑷子從煤油中取出綠豆大小的鈉塊，并用濾紙吸干表面的煤油后投入CuSO4溶液中，蓋上玻璃片，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[學(xué)生]實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過平板拍照上傳照片?；卮鹩^察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 鈉浮在水面，熔成小球，四處游動，有“嘶嘶”響聲，溶液中有藍(lán)色絮狀沉淀生成。

[教師]通過實(shí)驗(yàn)我們知道，鈉投入硫酸銅溶液中，并沒有生成紅色固體，而是生成了藍(lán)色的沉淀，這是為什么呢？

[學(xué)生]討論、回答： 金屬鈉性質(zhì)非常活潑，投入硫酸銅溶液中先接觸到水，直接與水反應(yīng)生成氫氧化鈉，氫氧化鈉與硫酸銅發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成氫氧化銅沉淀。

[教師]回答得很好。硫酸銅溶液中銅離子以水合銅離子形式存在，所以將金屬鈉投入到硫酸銅溶液中后，鈉主要是與水反應(yīng)，而且鈉與水反應(yīng)太快導(dǎo)致銅離子與鈉基本上沒有太多接觸機(jī)會。請同學(xué)們思考，能不能控制反應(yīng)條件實(shí)現(xiàn)金屬鈉與銅鹽的置換反應(yīng)呢？

[學(xué)生]分組討論、交流，提出以下可能的實(shí)驗(yàn)方案：

（1） 鈉與硫酸銅直接接觸;

（2） 用一種與金屬鈉不反應(yīng)的溶劑代替水，溶解硫酸銅或其他銅鹽。

[教師]鈉與銅鹽在無水條件下可以通過升溫熔融實(shí)現(xiàn)鈉置換出銅，但是要隔絕空氣避免鈉與氧氣反應(yīng)，這個(gè)條件在教室難以實(shí)現(xiàn)。查閱文獻(xiàn)資料[2]可知，溴化銅可以溶解在丙酮中，而丙酮與鈉不反應(yīng)。

[演示實(shí)驗(yàn)]從煤油中取出鈉塊并用濾紙吸干其表面煤油，用小刀切一小塊鈉放在表面皿上，切面向上，迅速向切面上滴加幾滴溶有溴化銅的丙酮飽和溶液，觀察現(xiàn)象。

[學(xué)生]觀察現(xiàn)象，回答鈉塊切面上出現(xiàn)較多紅色物質(zhì)。

[教師]有人做過相同實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)一步檢測出紅色固體就是銅。實(shí)驗(yàn)證明，同學(xué)們提出的實(shí)驗(yàn)方案是可以實(shí)現(xiàn)的。

評析： 本環(huán)節(jié)運(yùn)用POE策略，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，讓學(xué)生自主建構(gòu)鈉與鹽溶液反應(yīng)的認(rèn)知模型;有利于拓展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的應(yīng)用，可以提升認(rèn)知模型的價(jià)值功能。通過鈉與銅鹽置換反應(yīng)的系列實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識等學(xué)科核心素養(yǎng)。

5.2.3? 教學(xué)環(huán)節(jié)3： 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)新知

[教師]請同學(xué)們按照微型化、綠色化、環(huán)保型等方面的要求，根據(jù)平板電腦上虛擬實(shí)驗(yàn)室中提供的可選擇儀器，展示課前設(shè)計(jì)的鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。

[學(xué)生]運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)室中提供的藥品及儀器搭建實(shí)驗(yàn)裝置（藥品： 水、濕棉花、鐵粉;儀器： 鐵架臺、硬質(zhì)玻璃管、試管、圓底燒瓶、酒精燈、導(dǎo)管、橡皮塞、水槽和裝有肥皂液的蒸發(fā)皿等）。上傳實(shí)驗(yàn)裝置圖。

[教師]引導(dǎo)學(xué)生分析、評價(jià)不同實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)。

[學(xué)生]采用加熱濕棉花產(chǎn)生水蒸氣與鐵粉反應(yīng)的裝置相較于分別加熱水產(chǎn)生水蒸氣和加熱鐵粉的實(shí)驗(yàn)裝置，前者更加簡化，減少了一個(gè)加熱裝置。

[教師]用加熱濕棉花產(chǎn)生水蒸氣也有缺點(diǎn)，裝有濕棉花的試管部位溫度不能迅速升高，反應(yīng)需要時(shí)間較長?？捎昧蛩徙~晶體（CuSO4·5H2O）代替濕棉花加熱產(chǎn)生水蒸氣與鐵粉反應(yīng)。

[演示實(shí)驗(yàn)]改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖2所示。點(diǎn)燃酒精燈，預(yù)熱后集中在硫酸銅晶體和還原鐵粉之間部位加熱，等蒸發(fā)皿中肥皂液里有較多肥皂泡產(chǎn)生時(shí)，用燃著的火柴靠近肥皂泡。一段時(shí)間后，移開蒸發(fā)皿，停止加熱，觀察試管中鐵粉的變化。

[學(xué)生]匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，書寫鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。

評析： 借助虛擬實(shí)驗(yàn)室，讓每個(gè)學(xué)生都能積極參與，搭建裝置高效、靈活。豐富、自由的嘗試提升了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、評價(jià)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的能力。學(xué)生的科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識和發(fā)散思維等學(xué)科核心素養(yǎng)得到了很好的培養(yǎng)。

5.2.4? 教學(xué)環(huán)節(jié)4： 聯(lián)系生活，學(xué)以致用

[教師]展示鋼鐵淬火圖片，并播放“淬火煉劍”視頻。

[學(xué)生]觀看、思考。

評析： 展示、播放鐵制品的淬火處理的圖片和視頻，讓學(xué)生感受化學(xué)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和學(xué)好化學(xué)的社會責(zé)任感。培養(yǎng)了“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”這一核心素養(yǎng)。

5.2.5? 教學(xué)環(huán)節(jié)5： 歸納小結(jié)，反思提升

[教師]請同學(xué)們根據(jù)學(xué)習(xí)過的幾種不同金屬與水反應(yīng)的條件及現(xiàn)象，歸納總結(jié)金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律。

[學(xué)生]回顧鈉、鎂、鐵與水反應(yīng)的化學(xué)方程式，思考、分享： ①隨著金屬活動性減弱，與水反應(yīng)的條件（反應(yīng)溫度）越來越苛刻;②反應(yīng)產(chǎn)物都有H2。

[教師]同學(xué)們對金屬與水反應(yīng)的規(guī)律有了初步認(rèn)識。在金屬活動性順序表中氫前的金屬能與水反應(yīng)，但反應(yīng)的條件越來越苛刻，像K、 Ca、 Na等非?；顫娊饘儆隼渌蛣×曳磻?yīng);氫后的不活潑金屬（如Cu、 Hg、 Ag、 Pt、 Au等）不與水反應(yīng)。在今后學(xué)習(xí)中，還會進(jìn)一步了解這方面的知識。

評析： 增加鎂與水反應(yīng)案例，學(xué)生可以自主利用金屬活動性順序表來認(rèn)識金屬與水反應(yīng)的規(guī)律。通過總結(jié)與歸納，有利于將碎片化的知識點(diǎn)串聯(lián)起來，幫助學(xué)生習(xí)得具有邏輯性、系統(tǒng)性的知識體系。

5.2.6? 教學(xué)環(huán)節(jié)6： 在線診斷，內(nèi)化知識

[教師]引導(dǎo)學(xué)生在線練習(xí)，統(tǒng)計(jì)并組織學(xué)生討論。

評析： 利用電子書包進(jìn)行自我診斷、思考與交流，鞏固和內(nèi)化知識，同時(shí)提升學(xué)生利用化學(xué)知識解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧琳， 王后雄. POE教學(xué)策略在化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中學(xué)化學(xué)， 2016， （3）： 1～3.

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