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行反應(yīng)的原理可能是什么?

[學(xué)生]金屬活動性強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.

[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.

[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行排列,還有很多金屬并不在這個表里,如何進一步對該純金屬成分進行確認(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)容進行知識串聯(lián),培養(yǎng)學(xué)生對未知物質(zhì)進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)并將其進行靈活運用.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,無法對個別問題進行充分討論,并做一定量的練習(xí)加以鞏固,因此不夠圓滿.