蔡冰 陳祖云 陳明晚

摘 要：文章以“鋁和鋁合金”教學(xué)為例，選擇利樂包作為真實(shí)的情境素材，將學(xué)科知識(shí)融入任務(wù)鏈，使學(xué)生在任務(wù)的層層遞進(jìn)過程中獲得知識(shí)和技能;將實(shí)驗(yàn)嵌入任務(wù)鏈，使學(xué)生在一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)上激發(fā)科學(xué)探究的興趣;探索指向化學(xué)學(xué)科理解的課堂，構(gòu)建具有定量分析與證據(jù)推理、科學(xué)預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、微觀探析與科學(xué)精神等學(xué)科思維和素養(yǎng)的品質(zhì)思維課堂。

關(guān)鍵詞：“鋁和鋁合金”;化學(xué)學(xué)科理解;品質(zhì)思維課堂

課題項(xiàng)目：本文系湖南省教育科學(xué)研究工作者協(xié)會(huì)“十四五”規(guī)劃2021年度基礎(chǔ)教育一般課題“基于STEAM理念的高中化學(xué)校本課程的研究”（XJKX21B265）的階段性研究成果。

作者簡(jiǎn)介：蔡冰（1987.7—），男，浙江省義烏市上溪中學(xué)，一級(jí)教師，本科，研究方向：化學(xué)教學(xué)、基礎(chǔ)教育;

陳祖云（1966.7—），男，湖南省茶陵縣第一中學(xué)，正高級(jí)教師，本科，特級(jí)教師，研究方向：化學(xué)教學(xué)、基礎(chǔ)教育;

陳明晚（1976.1—），男，湖南省株洲市南方中學(xué)，高級(jí)教師，本科，研究方向：化學(xué)教學(xué)、基礎(chǔ)教育。

一、教學(xué)分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版，2020年修訂）》對(duì)“鉛和鋁合金”課的教學(xué)要求是：結(jié)合生活中的例子認(rèn)識(shí)鋁及其氧化物，了解到通過化學(xué)反應(yīng)可以探究鋁的性質(zhì)、實(shí)現(xiàn)鋁的轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)到鋁及其化合物的轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會(huì)文明進(jìn)步、綜合利用自然資源和環(huán)境保護(hù)中所具有的重要價(jià)值。其中，鋁可以和酸、堿反應(yīng)的特性，氧化鋁的兩性，鋁合金的性能與應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)是本課的教學(xué)重難點(diǎn)。在知識(shí)儲(chǔ)備方面，學(xué)生在初中階段學(xué)習(xí)了常見金屬的性質(zhì)與用途，在高中階段學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)，這為鋁及其氧化物的學(xué)習(xí)做了鋪墊。在科學(xué)探究方面，經(jīng)過鐵及其化合物、氯及其化合物的性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步掌握了觀察與歸納、設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、分析與推理等學(xué)科關(guān)鍵技能。在學(xué)習(xí)體驗(yàn)方面，學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有濃厚的興趣，樂于研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化的奧秘。但是由于學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)理論的時(shí)間尚短，學(xué)生還不能熟練地運(yùn)用該理論從價(jià)態(tài)角度分析鋁的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，并且實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力也迫切需要提升。因此，本課在教學(xué)過程中有意識(shí)地借助生活中熟悉的利樂包（牛奶包裝）創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)計(jì)了一系列有梯度的任務(wù)鏈，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并嘗試解決實(shí)際問題。

二、設(shè)計(jì)思路

我?；瘜W(xué)教師在教學(xué)實(shí)踐中非常重視情境的選擇和創(chuàng)設(shè)，注重將學(xué)科知識(shí)融入任務(wù)鏈，使學(xué)生在任務(wù)的層層遞進(jìn)過程中獲得知識(shí)和技能，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與發(fā)展。經(jīng)過不斷的探索和研究，我們提出：情境是承載學(xué)科知識(shí)的平臺(tái)，任務(wù)鏈?zhǔn)莾?nèi)生學(xué)科能力的動(dòng)力，實(shí)驗(yàn)是撬動(dòng)學(xué)科思維的支點(diǎn)。在市教研員和專家們的指導(dǎo)下，我們總結(jié)和提煉出指向?qū)W科理解的品質(zhì)思維課堂模式，如圖1所示。

在教學(xué)設(shè)計(jì)上，本課選擇利樂包作為情境素材，設(shè)置了利樂包這一牛奶包裝表面為什么需要加塑料薄膜、牛奶盒回收工藝、鋁合金的性能和應(yīng)用等真實(shí)情境，采用一系列有梯度的任務(wù)鏈驅(qū)動(dòng)學(xué)生去學(xué)習(xí)和思考。在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合金屬及其氧化物與酸的反應(yīng)分析利樂包與酸溶液的反應(yīng)，并啟發(fā)學(xué)生從氧化還原反應(yīng)的角度推測(cè)鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是氫氣，使學(xué)生更加系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)鋁及其化合物，進(jìn)一步完善學(xué)習(xí)元素及其化合物的基本思路。本課重點(diǎn)關(guān)注科學(xué)精神的啟發(fā)和社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到鋁及其轉(zhuǎn)化在綜合利用自然資源和保護(hù)環(huán)境過程中所具有的重要價(jià)值，體會(huì)到科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)三者之間的關(guān)系。

三、教學(xué)過程

新課引入：播放利樂公司在上海世博會(huì)期間的宣傳片“椅我為榮”。

教師：利樂公司利用回收的牛奶紙包制作了環(huán)保長(zhǎng)椅，說明垃圾只是放錯(cuò)地方的資源，還說明利樂包中含有金屬鋁。除了鋁，利樂包中還有什么材料呢？請(qǐng)同學(xué)們撕開牛奶盒子，研究利樂包的組成材料。

學(xué)生：利樂包共有三層材料，分別是紙、鋁箔、塑料薄膜。

教師：鋁箔說明鋁具有什么物理性質(zhì)？

學(xué)生：說明該金屬有良好的延展性。

教師：氧化膜能保護(hù)內(nèi)層金屬，防止鋁溶解，那么利樂包中的鋁箔為什么還需要覆蓋一層塑料薄膜呢？與牛奶的化學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系呢？接下來，我們一起學(xué)習(xí)鋁和鋁合金，并利用學(xué)到的新知識(shí)解答剛才的問題。

設(shè)計(jì)意圖：在品質(zhì)思維課堂中，情境的選擇和設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本課的情境主角是利樂包，筆者將利樂包作為承載鋁和鋁合金學(xué)科知識(shí)的平臺(tái)，有利于激發(fā)學(xué)生探索鋁及其化合物的興趣。

（一）鋁片和鹽酸的反應(yīng)

學(xué)習(xí)任務(wù)一：研究牛奶的性質(zhì)。

投影：常見液體的pH值。

學(xué)生：牛奶的pH值小于7，呈弱酸性。增加一層塑料薄膜可以防止鋁被酸溶解，從而避免對(duì)人體產(chǎn)生有害影響。

教師：請(qǐng)同學(xué)們寫出鋁和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，并改寫為離子方程式。

追問：鋁箔在和牛奶接觸的過程中，只有鋁單質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)嗎？

投影：人教版化學(xué)必修第一冊(cè)，第76頁(yè)。“鋁是一種活潑金屬，在常溫下就能與空氣中的氧氣反應(yīng)，表面生成一層致密的氧化膜?！?/p>

教師：除了鋁單質(zhì)，氧化鋁能和酸反應(yīng)嗎？請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合初中學(xué)過的金屬氧化物與酸的反應(yīng)，試著寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式與離子方程式。

學(xué)生：思考，完成兩個(gè)方程式的書寫。

設(shè)計(jì)意圖：從利樂包表面的塑料薄膜和牛奶呈弱酸性出發(fā)，本課引導(dǎo)學(xué)生回顧初中所學(xué)的知識(shí)，分別寫出鋁、氧化鋁和酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，為下面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證做好鋪墊。離子方程式的書寫，使學(xué)生能從微觀視角認(rèn)識(shí)鋁、氧化鋁分別和鹽酸中的氫離子反應(yīng)，促進(jìn)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科理解。本課引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解答“利樂包的內(nèi)層為什么要再加一層塑料薄膜”，既能培養(yǎng)學(xué)生在新情境下解決問題的能力，又能加深學(xué)生對(duì)金屬及其氧化物與酸反應(yīng)的理解。

過渡：我們能否通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證我們剛才的預(yù)測(cè)？

學(xué)習(xí)任務(wù)二：實(shí)驗(yàn)探究鋁片和鹽酸的反應(yīng)。

學(xué)生：通過微型實(shí)驗(yàn)裝置，分小組合作完成鋁片和鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并用燒杯內(nèi)壁的水珠驗(yàn)證產(chǎn)生的氣體是氫氣。

設(shè)計(jì)意圖：本任務(wù)使學(xué)生初步有序、全面、敏捷地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生能使用準(zhǔn)確的描述語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)，并嘗試用學(xué)過的知識(shí)去分析和解釋。完成學(xué)習(xí)任務(wù)二的全程，既是一個(gè)微型實(shí)驗(yàn)探究的過程，又是學(xué)生嘗試用化學(xué)學(xué)科思維去理解鋁片和鹽酸反應(yīng)的過程。

（二）鋁片和堿的反應(yīng)

學(xué)習(xí)任務(wù)三：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證利樂包和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)。

過渡：在回收牛奶盒子的過程中，我們除了采用酸溶法將其中的鋁溶解掉，還可以使用堿溶法。

投影：堿溶法工藝流程圖。

學(xué)生：寫出氧化鋁和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)方程式。

設(shè)計(jì)意圖：通過堿溶法回收鋁的工藝流程圖使學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)認(rèn)識(shí)到氧化鋁既能與酸反應(yīng)，還能與堿反應(yīng)，并能知道氧化鋁在堿性條件下反應(yīng)的產(chǎn)物是偏鋁酸鈉。在物質(zhì)轉(zhuǎn)化的沖突和思考中，學(xué)生通過深層次的思考，在心里生出兩性氧化物概念，初步學(xué)會(huì)用化學(xué)學(xué)科思維理解有關(guān)元素的化學(xué)學(xué)科知識(shí)。

學(xué)生：分小組合作探究實(shí)驗(yàn)，將小塊利樂包放入氫氧化鈉溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

教師：為什么剛開始沒有產(chǎn)生氣泡，一段時(shí)間后產(chǎn)生大量氣泡？

學(xué)生：（小組討論后，回答）剛開始?xì)溲趸c溶液溶解氧化鋁薄膜，待溶解后，氫氧化鈉和鋁單質(zhì)反應(yīng)。

追問：利樂包中的鋁單質(zhì)在氫氧化鈉溶液中產(chǎn)生的氣體是什么？如何通過實(shí)驗(yàn)證明？

設(shè)計(jì)意圖：利樂包和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的小組實(shí)驗(yàn)，既證明了氧化鋁能與堿反應(yīng)，又能引出新的問題“鋁單質(zhì)和堿反應(yīng)生成的氣體是什么”。同時(shí)，教學(xué)過程中采用追問和評(píng)價(jià)等教學(xué)策略拓展了學(xué)生科學(xué)探究的思路，進(jìn)而嘗試使用新的儀器探究鋁和堿的反應(yīng)，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力和科學(xué)素養(yǎng)。

學(xué)習(xí)任務(wù)四：用手持?jǐn)?shù)字化檢測(cè)儀器觀察未打磨過的鋁片在氫氧化鈉溶液中的反應(yīng)。

教師：教師演示數(shù)字化儀器探測(cè)鋁和堿反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)（將小塊未打磨過的鋁片放入氫氧化鈉溶液中），并引導(dǎo)觀察屏幕上的曲線變化。

學(xué)生：隨著時(shí)間的移動(dòng)，表示氫氣和溫度的曲線分別先平緩，后快速突變，向上增大。

教師：儀器檢測(cè)到溫度曲線剛開始比較平緩，說明了什么？

學(xué)生：結(jié)合氫氣曲線推斷氫氣沒有明顯產(chǎn)生，說明剛開始是氧化鋁和堿反應(yīng)，它不是明顯的放熱反應(yīng)。

追問：那為什么后面溫度上升呢？

學(xué)生：表面的氧化鋁溶解后，鋁單質(zhì)參與了反應(yīng)，鋁與堿反應(yīng)是較明顯的放熱反應(yīng)。

追問：鋁與堿反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是什么？

學(xué)生：鋁在氫氧化鈉溶液中反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是氫氣。

設(shè)計(jì)意圖：曲線的變化使學(xué)生認(rèn)識(shí)到鋁能與堿反應(yīng)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀念，同時(shí)鍛煉了學(xué)生的發(fā)散思維。

（三）鋁合金及其應(yīng)用

過渡：回收利樂包中的鋁單質(zhì)除了做環(huán)保長(zhǎng)椅外，還能做什么？

學(xué)習(xí)任務(wù)五：鋁合金的應(yīng)用。

投影：日常生活中的鋁合金物品、航空航天、海洋工程。

學(xué)生：總結(jié)分析鋁和鋁合金的成分、硬鋁的性能以及特種鋁合金的優(yōu)點(diǎn)。

四、教學(xué)反思

（一）情境創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)思維品質(zhì)

在品質(zhì)思維課堂上，教師不能把學(xué)科知識(shí)硬生生地塞進(jìn)學(xué)生的大腦，而應(yīng)當(dāng)在富有價(jià)值且真實(shí)的問題情境中完成學(xué)科知識(shí)的生成與發(fā)展，從而使單一的學(xué)科核心素養(yǎng)得到培養(yǎng)和發(fā)展。課堂知識(shí)所涉及的教學(xué)素材必須來源于學(xué)生的生活實(shí)際，否則，課堂教學(xué)只會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低課堂教學(xué)的效率和有效性。

（二）任務(wù)鏈學(xué)習(xí)，構(gòu)建思維體系

按照建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，任務(wù)鏈驅(qū)動(dòng)的教學(xué)流程分為“創(chuàng)設(shè)情境—呈現(xiàn)任務(wù)1—引導(dǎo)探索、協(xié)作完成—呈現(xiàn)任務(wù)2—引導(dǎo)探索、協(xié)作完成—呈現(xiàn)任務(wù)3……總結(jié)評(píng)價(jià)”。任務(wù)驅(qū)動(dòng)不應(yīng)只是用于課堂的某個(gè)環(huán)節(jié)，這樣不利于學(xué)生在深層次進(jìn)行學(xué)習(xí)，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維。筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)基于學(xué)科理解進(jìn)行課堂任務(wù)的設(shè)計(jì)，在課堂里構(gòu)建完整的任務(wù)鏈，驅(qū)動(dòng)學(xué)生不斷地進(jìn)行深層次學(xué)習(xí)，使學(xué)科思維在對(duì)真實(shí)問題情境對(duì)象的層層挖掘中得到激發(fā)和培養(yǎng)。

（三）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

筆者在研讀人教版化學(xué)必修第一冊(cè)的教學(xué)用書中發(fā)現(xiàn)了這么一段話：“在關(guān)于鋁和氧化鋁性質(zhì)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，可利用溫度傳感器和實(shí)驗(yàn)視頻直播的方式……氣泡的速率和體系溫度的變化等宏觀現(xiàn)象的差異，引發(fā)對(duì)反應(yīng)本質(zhì)的深層次思考，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。”為此，筆者設(shè)計(jì)了如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置。

在完成鋁片和鹽酸、氫氧化鈉溶液的定性實(shí)驗(yàn)后，筆者又引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改進(jìn)，幫助學(xué)生定量分析體系溫度的變化和檢測(cè)到的氫氣及其變化，使學(xué)生更加深入地理解特殊金屬鋁和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，拓展了新的物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀念。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)又能幫助學(xué)生從定量分析的角度去理解化學(xué)學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)了科學(xué)探究能力。

最后，筆者認(rèn)為我們的探討和實(shí)踐仍存在一些不足之處。限于教育教學(xué)理論知識(shí)不足和水平有限，我們關(guān)于學(xué)科理解的研究?jī)H限于教師從教學(xué)角度對(duì)學(xué)科知識(shí)的選擇、組織和呈現(xiàn)，即轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。因此，我們需要做的工作還有很多。

[參考文獻(xiàn)]

[1]中華人民共和國(guó)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.

[2]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.普通高中教科書·教師教學(xué)用書化學(xué)必修第一冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2019.