梅溪

摘要：本節(jié)課設計了兩條主線，一條是情境線，通過探究金屬冶煉的歷史和現(xiàn)狀，讓學生感知化學科學對人類社會發(fā)展的巨大推動作用，發(fā)展學生“科學態(tài)度與社會責任”的核心素養(yǎng);一條是認知線，讓學生通過對金屬冶煉一般規(guī)律的探究和總結，發(fā)展學生“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理和模型認知”的核心素養(yǎng)，讓學生學會依據(jù)實際條件，運用所學的化學知識和方法解決生產(chǎn)、生活中簡單的化學問題。嘗試通過這樣的教學設計，建立發(fā)展學生核心素養(yǎng)的一般模式，讓學生的核心素養(yǎng)在真實情境中自然生長。

關鍵詞：核心素養(yǎng);真實情境;金屬冶煉

文章編號：1008-0546（2020）06-0074-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/jAssn.1008-0546.2020.06.020

在高中的課堂教學中，我們越來越強調發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)?？墒前l(fā)展學生核心素養(yǎng)的途徑是什么？筆者認為：設計層次分明的學習任務，基于學習任務創(chuàng)設真實情境，在任務的解決過程中，學生的核心素養(yǎng)自然會得到成長。

一、教學設計的依據(jù)

1.內容分析

見表1。

2.學情分析

學習本節(jié)內容前，學生已經(jīng)完成了《化學1》中常見元素化合物性質的學習，也掌握了氧化還原反應等基本反應原理，初步了解了某些物質轉化的途徑與方法，但也存在著一些認知缺失：

（1）未完全掌握物質轉化的化學原理。學生知道可以通過置換、酸堿中和等途徑實現(xiàn)物質轉化，但沒有真正理解物質轉化背后的“價類二維”思想，導致在遇到新的物質轉化問題時，不知道應該如何選擇轉化方法。

（2）未建立證據(jù)推理的認知模型。在解決化學問題的過程中，還沒有有意識的通過“觀察現(xiàn)象——建立假說——尋找證據(jù)”來解決問題，而是憑感覺、憑過去的經(jīng)驗去分析問題，缺少建立認知模型的意識。

（3）未認同化學科學的巨大貢獻。對于化學學科，學生多與污染、有害等思想聯(lián)系在一起，不能正確認識化學在人類社會發(fā)展中所起的積極作用。

因此，本節(jié)教學內容的關鍵，一是幫助學生學會從氧化還原的角度去認識物質轉化的原理，歸納金屬冶煉的一般規(guī)律，建立證據(jù)推理的認知模型;二是結合金屬冶煉的歷史沿革和現(xiàn)代發(fā)展，幫助學生體會化學科學在生產(chǎn)、生活中的應用價值，以及對人類文明進步做出的偉大貢獻。

二、教學設計的指導思想

1.發(fā)展核心素養(yǎng)為本

圍繞學科核心素養(yǎng)設計學習任務，在任務解決的過程中，針對性地發(fā)展學生“宏微結合”“證據(jù)推理”“模型認知”“科學態(tài)度”等學科核心素養(yǎng)。

2.整合真實情境為綱

以問題鏈為向導，整合真實情境，建構金屬冶煉的認知主線，引導學生閱讀材料、分析歸納、探究發(fā)現(xiàn)，自主建構“金屬冶煉的本質是金屬被還原”的學科觀念。

3.落實教學評一致性

崔允瑯教授基于“教學評一致性”，倡導“依據(jù)清晰的目標處理教材、選擇方法;結合情境創(chuàng)設引導主動的、反思式的知識建構;依托學習過程開展參與式、嵌入式的即時評價”。在本節(jié)課的教學設計和實踐中，落實教學評一致性，是發(fā)展學生素養(yǎng)、達成教學目標的策略保證。

三、教學目標

1.通過對各類金屬冶煉方法的原理分析，學會從氧化還原反應的角度去理解物質轉化，發(fā)展學生“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理和模型認知”的核心素養(yǎng)。

2.通過研究金屬冶煉的歷史發(fā)展，讓學生體會化學科學對人類社會發(fā)展的巨大推動作用，發(fā)展學生“科學態(tài)度與社會責任”的核心素養(yǎng)。

四、設計導圖

見表2。

五、教學實踐

[教師]偉大的革命導師恩格斯曾經(jīng)說過：人與動物的根本區(qū)別在于會制造和使用工具。而制造工具離不開材料的使用，可以說，材料的使用推動了人類歷史的發(fā)展。公元前250萬年，人類學會使用石器;公元前6000年，人類學會使用青銅器;公元前1500年，人類學會使用鐵器;公元1800年至今，各種新材料層出不窮?？梢?，人類對材料的使用，經(jīng)歷了從自然界直接獲取材料到開發(fā)利用金屬礦物這樣一個過程。

學習任務一.追尋金屬冶煉發(fā)展的歷史

[教師]請根據(jù)這張圖（圖1）分小組討論：人類冶煉金屬的順序可能與什么因素有關？

[學生]（1）金屬的活動性;（2）金屬的存在形式;（3）金屬在地殼中的含量;（4）金屬礦物開采的難度等。

[教師]可見，金屬的冶煉過程，受到很多因素的制約。今天我們就追尋著前人的腳步，去探尋金屬冶煉發(fā)展的歷史。

設計意圖：從人類冶煉金屬的真實歷史出發(fā)，讓學生體會冶煉金屬是多種因素綜合作用的結果，引發(fā)學生探究金屬冶煉原理的意愿和熱情，為后續(xù)的學習設置線索。

[教師]在學案上，我按照歷史朝代的順序，給出了四個中國古代冶煉金屬的例子，請同學們開展小組討論，試著解釋這四種金屬冶煉方法的原理并寫出相關的化學方程式。

①東晉葛洪在《抱樸子》中記載：“丹砂（HgS）燒之成水銀”。（HgS→HgO→Hg）

②《宋史·食貨志》中記載：浸銅之法，以生鐵煅成薄鐵片，排置膽水（CuSO₄溶液）槽中，浸漬數(shù)日，鐵片為膽水所薄，上生赤煤。

③明代陸容的著作《菽園雜記》中記載煉銅方法為：用礦（硫化礦，Cu₂S）二百五十籮……人大旋風爐，連烹（大火灼燒）三日三夜，方見成銅。

④清代張泓在云南為官，其著作《滇南新語》中記載煉銅方法為：煉礦曰扯銅，其法礦千斤（氧化礦，灼燒得CuO）用炭七八百斤不等……爐中鋪以炭末，始加礦炭……

[教師]我們發(fā)現(xiàn)，隨著時間的推移，古人的金屬冶煉方法在不斷更新，但這些冶煉方法中是否蘊含著共同的原理？

[學生]金屬冶煉中均發(fā)生了氧化還原反應，被冶煉金屬由陽離子被還原生成金屬單質。

[教師]這是特例，還是金屬冶煉的一般原理？我們接著往下探究。

設計意圖：從中國古代選取冶煉金屬的四個實例，作用有二：一是通過學生的討論，總結出熱分解法、濕法煉銅、火法煉銅、熱還原法四種冶煉方法，進一步推知金屬冶煉的本質在于金屬被還原，發(fā)展學生“宏微結合”“證據(jù)推理”的核心素養(yǎng);二是通過中國古代金屬冶煉的實例，讓學生感受祖國在化學工業(yè)發(fā)展中的悠久歷史和先進技術，提升民族自豪感和自信心。

學習任務二.探究金屬冶煉的一般規(guī)律

[教師]展示鋁熱反應裝置圖，這種金屬冶煉方法，叫“鋁熱法”，請大家小組討論一下，鋁熱法中各藥品所起的作用。

[學生]鋁粉應該是還原氧化鐵的，氯酸鉀應該是催化劑，鎂條起什么作用不知道。

[教師]實驗操作：混合氧化鐵粉末和鋁粉，在鋁熱劑上加氯酸鉀，未見反應發(fā)生。

提問：氯酸鉀是否是催化劑？

[學生]應該不是，因為加入氯酸鉀并未改變反應速率。

[教師]從能量的角度分析，鎂條燃燒對這個反應有什么影響？

[學生]鎂條燃燒產(chǎn)生大量的熱，給鋁熱反應提供能量，同時促使氯酸鉀分解放出氧氣，使鎂條燃燒得更旺。

[教師]實驗：鋁熱反應。請同學們寫出鋁熱反應的方程式。

[教師]鋁熱反應在生產(chǎn)生活中有沒有實際應用的價值呢？

[視頻]鋁熱法焊接鐵軌。

設計意圖：讓學生自主探究鋁熱法的原理，加深對金屬冶煉的原理認知，同時感受化學科學的應用價值。

[教師]如果工業(yè)上大規(guī)模使用鋁熱法煉鐵，是否合適？

[學生]不合適，鋁的價格比鐵更高，得不償失。

[教師]圖示：目前南京市場的鋼材價格為3480元/噸，鋁材價格為35000元/噸。但這還不是金屬鋁價格的巔峰，我們來看兩個例子。

例一、19世紀，法國皇帝拿破侖三世為了顯示自己的富有和尊貴，令人給他制造了一頂比黃金更名貴的王冠——鋁王冠。而且，在拿破侖三世的宴會上，只有王室成員和貴族來賓才能榮幸地用鋁匙和鋁叉進餐，而地位較低的客人只能使用普通的金制和銀制餐具。

例二、1889年，俄國沙皇賜給門捷列夫一座鋁制獎杯，以表彰其編制化學元素周期表的貢獻。

[教師]提問：歷史上鋁為什么這么貴？

說明：1827年，德國化學家維勒用金屬鉀與無水氯化鋁反應而制得了鋁。但是鉀太昂貴了，所以不允許大規(guī)模地生產(chǎn)。提問：鋁現(xiàn)在為什么便宜了？

[學生]可能出現(xiàn)了新的冶煉方法。

[教師]說明：1884年，美國奧伯林學院化學系，有一位名叫霍爾的青年學生，對鋁土礦（Al₂O₃）進行電解。他把Al₂O₃溶在10%-15%的熔融的冰晶石里，再通以電流，從而析出金屬鋁。請寫出工業(yè)電解氧化鋁的方程式。

[教師]從原理上看，電解法是一種全新的金屬冶煉方法還是與之前的金屬冶煉方法有聯(lián)系？

[學生]在這個反應中，鋁離子化合價降低被還原，本質上還是一個氧化還原反應。

[教師]在微觀世界里，電解法通過電流實現(xiàn)了電子轉移，所以，我們可以把電解看成一種強有力的氧化還原手段。想一想，比鋁更活潑的金屬Na應該如何冶煉呢？

[教師]根據(jù)剛才我們對金屬冶煉方法一系列的探究，大家能不能總結出金屬冶煉的一般規(guī)律？

其實，無論哪一種金屬冶煉方法，其本質都是電子的轉移。

設計意圖：讓學生通過探究金屬鋁冶煉方法的變遷，尋找金屬的還原性與冶煉方法之間的關系，建立起金屬冶煉本質是金屬被還原的原理認知，構建金屬冶煉的認知模型，讓學生充分發(fā)展“證據(jù)推理與模型認知”的核心素養(yǎng)。

學習任務三：體會金屬冶煉的實際應用

[教師]金屬冶煉是微觀世界里電子轉移的宏觀體現(xiàn)，而這種物質間的轉化，至今還在深刻地影響著人類社會的發(fā)展。就在上個月，美國總統(tǒng)特朗普宣布對價值2000億美元的中國商品加征關稅，10天后，習主席就考察了江西省贛州市的稀土產(chǎn)業(yè)。說明稀土已經(jīng)成為我國反制美國貿(mào)易戰(zhàn)的有力武器。稀土元素，指的是第六周期第ⅢB族的15種鑭系元素，和它們上兩個周期的鈧元素和釔元素。它們是重要的戰(zhàn)略資源，特別是高新技術工業(yè)的重要原料，廣泛應用于尖端科技領域和軍工領域。我國目前是世界上最大的稀土生產(chǎn)國和出口國，具有世界頂尖的稀土精煉技術。在座的各位同學，你們是我們國家的未來，現(xiàn)在祖國把冶煉稀土的任務交給了你，請你利用今天所學的知識思考一下，如何從稀土金屬的無水鹽酸鹽中冶煉得到金屬單質？

[學生]（1）利用比稀土活潑的金屬還原。（2）電解稀土金屬的無水鹽酸鹽。

[教師]稀土金屬的火法冶煉（上世紀60年代）

（1）某些稀土金屬冶煉時，也可用金屬鈣做還原劑，其可能的原因是什么？

（2）請寫出NdCl₃與金屬鈣在1150℃下反應的化學方程式（60Nd釹nv）。

[學生]1.金屬鈣比鎂更活潑，還原性更強，所以可以還原稀土金屬。

[教師]稀土金屬的電解法冶煉（上世紀70年代）

（1）請寫出電解液態(tài)NdCl₃的化學方程式。

（2）在上世紀90年代，電解NdCl₃的技術被電解Nd₂O₃技術所取代，其可能的原因是？（2）電解時不產(chǎn)生氯氣，污染小，能耗低、產(chǎn)率高。[教師]稀土金屬的現(xiàn)代冶煉方法

[教師]現(xiàn)代的稀土冶煉技術，又發(fā)展出了有機萃取法和熱還原蒸餾法，這兩種方法和之前的冶煉方法相比，變的是什么？不變的是什么？

[學生]變的是金屬單質的分離技術，不變的是金屬單質的冶煉原理——還原法。

設計意圖：在任務二中，學生已經(jīng)對金屬冶煉進行了方法建模，在任務三中，需要他們對該原理靈活應用。我選擇了中關貿(mào)易戰(zhàn)為背景，突出了稀土產(chǎn)業(yè)在貿(mào)易戰(zhàn)中的重要作用，不僅讓學生在真實情境中學會用化學原理解決實際問題，更讓學生體會到化學科學與民族興亡的內在聯(lián)系，發(fā)展他們“科學態(tài)度與社會責任”的核心素養(yǎng)。

[教師]通過今天的學習，我們發(fā)現(xiàn)，古往今來，金屬服務人類的腳步從未停止，化學冶煉金屬的傳奇仍在繼續(xù)。愿同學們志存高遠，用我們的智慧和雙手，為祖國建設更美好的明天。

六、教學反思

1.任務引領，促進核心素養(yǎng)進階

本節(jié)課的教學設計，以“學習任務”為引領，脈絡清晰、由淺入深、搭建階梯、分層推進，逐步促進學生的核心素養(yǎng)進階。從“學習任務一.追尋金屬冶煉發(fā)展的歷史”出發(fā)，先探究個例，再到“學習任務二.探究金屬冶煉的一般規(guī)律”，構建認知模型，最后開展“學習任務三.體會金屬冶煉的實際應用”，學會利用認知模型解釋或解決實際化學問題。本節(jié)課的教學緊扣“金屬冶煉與氧化還原反應”之間的關系，任務設計符合學生的認知規(guī)律，學科觀念的構建層次分明，學生的核心素養(yǎng)在任務鏈中自然進階。

2.以史為鑒，凸顯學科發(fā)展歷程

在本節(jié)課的教學內容中，化學史素材極為豐富，既有凸顯我國古代勞動人民智慧的古法冶金技術，也有彰顯我國現(xiàn)代科技工作者民族擔當?shù)南⊥烈睙捈夹g，可以說，金屬冶煉技術的發(fā)展，在本節(jié)課中是一條貫穿始終的情境主線。學生通過自主探究各類金屬冶煉方法，學會了反應原理的科學表征和冶煉本質的歸納總結，既發(fā)展了學生“證據(jù)推理與模型認知”的核心素養(yǎng)，也讓他們深入體會了化學科學發(fā)展的脈絡，認識到化學科學對人類社會發(fā)展的巨大推動作用。

3.以生為本，建立多元評價體系

本節(jié)課的教學設計，緊緊圍繞發(fā)展學生核心素養(yǎng)的主旨，以生為本，注重教學目標與評價目標、學習任務與評價任務、學習方式與評價方式的整體性、一致性設計。評價的方式多元化，形式上包括口頭提問、書面表達、組內評價、組間互評、生生互評、師生共評等方式。問題設置有梯度，先基于學生原有知識水平設置問題，然后引導學生歸納原理，最后利用真實情境考查學生的學習狀況和核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。通過“教學評一致性”的教學策略，實現(xiàn)化學日常教學過程中隨堂評價的診斷和發(fā)展功能。