曹年華
(江蘇省如皋市實(shí)驗(yàn)初中 226500)
2021年3月,筆者受邀為某考察團(tuán)開設(shè)“金屬與酸的反應(yīng)”觀摩課.如何借助這一節(jié)課,凸顯以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為主旨的新課程理念呢?突然,卡文迪許發(fā)現(xiàn)鐵與酸反應(yīng)的史實(shí)呈現(xiàn)在筆者的腦海中,是否可以用科學(xué)家在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中所運(yùn)用的研究方法以及遇到的一系列問題為線索,彰顯真實(shí)情境下的化學(xué)教學(xué),鑒于此,筆者設(shè)計(jì)了“設(shè)置情境→提出問題→自主探究→小組合作→點(diǎn)撥提升”的活動思路(如圖1所示),讓學(xué)生在“做科學(xué)”的過程中,感悟知識的生成,體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣,培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和方法.
圖1
[情境引入]今天,讓我們穿越到400多年前的英國,化學(xué)家卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室里不小心把鐵粉扔到廢棄的稀硫酸中,他發(fā)現(xiàn)鐵粉表面產(chǎn)生了許多氣泡,把鐵粉放到稀鹽酸中,也看到了相同的現(xiàn)象.他非常驚奇,于是開始了一系列的探究,下面就讓我們一起踏上卡文迪許的發(fā)現(xiàn)之旅,來認(rèn)識金屬與酸的反應(yīng)吧!
1.探究活動1(金屬都能與酸反應(yīng)嗎)
(1)提出問題:面對這樣的現(xiàn)象,假如你是卡文迪許,你會展開怎樣的聯(lián)想?
(2)學(xué)生匯報(bào):①其他金屬是否也能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)呢?②產(chǎn)生的氣體是什么?
(3)引導(dǎo)思考:卡文迪許也是這么想的,你們準(zhǔn)備怎么做呢?
(4)討論交流:①可以選擇不同種類的金屬與稀鹽酸、稀硫酸接觸;②產(chǎn)生的氣體可能是氧氣或氫氣,可用燃著的木條放在試管口檢驗(yàn).
(5)學(xué)生實(shí)驗(yàn):①取銅片、鋅片、鎂片分別于試管中,分別倒入稀鹽酸或稀硫酸;②用燃著的木條放在試管口.匯報(bào)現(xiàn)象.
(6)歸納小結(jié):銅片不與稀鹽酸、硫酸反應(yīng),鋅與鎂都能與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣.
(7)點(diǎn)撥提升:通常把能與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的金屬稱為活潑金屬,反之稱為不活潑金屬,則這三種金屬的活動性強(qiáng)弱為:Mg與Zn比Cu強(qiáng).為了區(qū)分,通常在中間用H隔開,把能與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的金屬排在H前面,不能反應(yīng)的排在H后面.
設(shè)計(jì)意圖:本活動以卡文迪許的發(fā)現(xiàn)展開聯(lián)想,提出問題,讓學(xué)生設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn),得出并非所有的金屬都能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,同時因勢利導(dǎo),讓學(xué)生感悟到原來金屬能否與酸反應(yīng)與金屬活動性有關(guān).
2.探究活動2(金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度與什么有關(guān))
(1)引導(dǎo)思考:卡文迪許在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),金屬與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)時,反應(yīng)的劇烈程度不同,那么金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度與什么有關(guān)呢?
(2)做出猜想:①與金屬和酸的種類有關(guān);②與酸的濃度有關(guān);③與金屬與酸的接觸面積有關(guān);④……
(3)點(diǎn)撥提升:設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時,要注意控制變量,如金屬的表面積、酸的種類、濃度等.
(4)制定計(jì)劃:現(xiàn)有鎂片、鋅片、鋅粒、鐵片、鐵粉、5%稀鹽酸、10%的稀鹽酸、10%稀硫酸.請選擇一種猜想進(jìn)行實(shí)驗(yàn).
(5)實(shí)驗(yàn)探究:學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),交流實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論.
(6)歸納小結(jié):金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度,受金屬和酸的種類、酸的濃度、接觸面積等因素的影響.
(7)質(zhì)疑解惑:有些組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)鋅開始反應(yīng)時比較慢,隨著反應(yīng)的進(jìn)行越來越快,這是為什么呢?(可能是實(shí)驗(yàn)前金屬表面沒有打磨,鋅表面的氧化膜較致密)
設(shè)計(jì)意圖:本活動通過對金屬與酸反應(yīng)劇烈程度的探究,感受探究活動的樂趣,并通過對實(shí)驗(yàn)藥品的選擇,體驗(yàn)對比的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法——控制變量的思想,增進(jìn)對科學(xué)探究的理解;再通過對實(shí)驗(yàn)異常的反思,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的精神和分析問題、解決問題的能力.
3.探究活動3(金屬與酸反應(yīng)的原理是什么)
(1)設(shè)置情景:卡文迪許在進(jìn)行鐵粉與稀硫酸反應(yīng)后,最終發(fā)現(xiàn)溶液變成了淺綠色(實(shí)物展示),鐵與稀硫酸反應(yīng)除了生氣氫氣,還生成什么呢?(提示:①化學(xué)反應(yīng)前后元素守恒;②查閱資料得知,溶液中+2價的亞鐵鹽顯淺綠色)
(2)點(diǎn)撥提升:從粒子的角度分析鐵粉與稀硫酸反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)(如圖2所示),金屬與酸反應(yīng)后得到的金屬化合物以離子的形式分散在水溶液中.
圖2
(3)板演分析:板演該反應(yīng)的化學(xué)方程式,并從反應(yīng)前后元素的置換情況,分析反應(yīng)規(guī)律.
(4)學(xué)生實(shí)驗(yàn):將裝有鋅與稀硫酸反應(yīng)后的溶液試管,放在冰水中降溫,觀察現(xiàn)象.
(5)解釋結(jié)論:寫出鋅與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式.
(6)交流展示:①你能從反應(yīng)物和生成物所屬物質(zhì)類別的角度,說說上述反應(yīng)類型有什么特點(diǎn)呢?②給出4個不同的化學(xué)反應(yīng),請同學(xué)從中找出與上述反應(yīng)相同的反應(yīng)類型.
(7)歸納小結(jié):①由一種單質(zhì)和一種化合物生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)屬于置換反應(yīng);②金屬與稀鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)屬于置換反應(yīng).
設(shè)計(jì)意圖:本活動通過微觀圖、學(xué)生實(shí)驗(yàn)等,目的是讓學(xué)生全面認(rèn)識金屬與酸反應(yīng)的化學(xué)原理,針對鐵與酸反應(yīng)生成亞鐵鹽的問題,通過觀察并對比亞鐵與鐵鹽的溶液,形成正確的變化觀;置換反應(yīng)的定義讓學(xué)生自主生成,化學(xué)方程式的書寫讓學(xué)生自主評價,充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性.
卡文迪許通過金屬與酸的反應(yīng)制得了氫氣,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)一定量的某種金屬與足量的各種酸(稀鹽酸、稀硫酸等)作用,所產(chǎn)生的氫氣量總是固定的,同時他還發(fā)現(xiàn)氫氣與空氣混合后點(diǎn)燃會發(fā)生爆炸,可惜的是卡文迪許依然對燃素說情有獨(dú)鐘,為了維護(hù)燃素說的地位,他錯誤地認(rèn)為這種氣體(氫氣)是燃素和水的化合物,最終丟掉了對氫元素的科學(xué)發(fā)現(xiàn)權(quán).
1.情境邏輯主線明確,貫穿始終
新課程強(qiáng)調(diào)要創(chuàng)設(shè)基于真實(shí)情境的化學(xué)教學(xué),本節(jié)課以卡文迪許偶然發(fā)現(xiàn)鐵粉與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)的科學(xué)史實(shí)為情境,將科學(xué)家對問題的分析和解決這樣一條邏輯主線貫穿于教學(xué)的始末,并為此設(shè)計(jì)了3個探究活動(金屬都能與酸反應(yīng)嗎、金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度與什么有關(guān)、金屬與酸反應(yīng)的原理是什么),下一個活動是上一個活動的邏輯需要,上一個活動是下一個活動的價值背景,3個活動間呈現(xiàn)出清晰的邏輯關(guān)系,學(xué)生按照這種嚴(yán)密的課堂活動邏輯主線,使探究活動更有深度、更有實(shí)效,同時能讓學(xué)生獲得積極的情感體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了情境與化學(xué)知識的有機(jī)融合.
2.實(shí)驗(yàn)探究凸顯,注重過程與方法
科學(xué)探究能力中需要學(xué)生初步具備對比、控制變量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力,基于這樣的認(rèn)識,本節(jié)課在進(jìn)行比較金屬活動性強(qiáng)弱的教學(xué)設(shè)計(jì)時,并未囿于教材的實(shí)驗(yàn),而是進(jìn)行了創(chuàng)新.先是在裝有鎂、鋅和銅這3種不同金屬的試管中,加入稀鹽酸或稀硫酸,根據(jù)是否反應(yīng)比較活動性的強(qiáng)弱,后是提出問題“劇烈程度(或速率)與什么有關(guān)”,讓學(xué)生通過對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和討論,培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中的證據(jù)意識和運(yùn)用對比、控制變量的學(xué)科思想,事實(shí)上此時學(xué)生也已經(jīng)具備這樣的能力,通過這樣的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,學(xué)生對比、控制變量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力也就水到渠成的了.
3.知能自然生成,體現(xiàn)觀念建構(gòu)
本節(jié)課將“元素觀”、“微粒觀”、“實(shí)驗(yàn)觀”和“分類觀”等化學(xué)核心觀念滲透于問題解決的探究活動中.以“分類觀”為例,活動一從能否與酸發(fā)生反應(yīng)的角度對金屬進(jìn)行分類,活動三在建立置換反應(yīng)的概念時,在得出金屬與酸反應(yīng)的化學(xué)方程式基礎(chǔ)上,請學(xué)生思考?xì)w納這類反應(yīng)的共同點(diǎn),此時學(xué)生得出的常常是不準(zhǔn)確的,如都有金屬參與,都生成氫氣等,再出示已學(xué)過的4個不同的化學(xué)反應(yīng),請學(xué)生比較分析哪一個反應(yīng)與上述反應(yīng)屬于同一類別,學(xué)生在解決問題的活動設(shè)計(jì)中,逐步學(xué)會了從單質(zhì)和化合物的角度進(jìn)行歸納,完善和生成了置換反應(yīng)的概念.