滲透學科思想的教學

尚修正

摘 要：在進行化學教學的過程中，如果忽視學科思想的滲透，很有可能造成“只見樹木不見森林”，學生缺乏有效建構知識過程中運用到的學科方法、學科思想，這將影響到學生學習成績和學生的發展。如果在進行元素化合物知識教學過程中，能有效滲透學科思想，學生就能有效建構知識點的關系網，理解元素化合物轉化主線。目前的高考題也越來越重視學科思想方法的考查。因此在教學中滲透學科思想，也應該引起教師的重視。

關鍵詞：學科思想；鋁的重要化合物；元素化合物教學

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）24-212-03

通常來講，一個學科由學科知識、學科能力和學科思想三部分組成，其中學科思想是學科的靈魂和核心。在進行化學教學的過程中，如果忽視學科思想的滲透，很有可能造成“只見樹木不見森林”，學生缺乏有效建構知識過程中運用到的學科方法、學科思想，這將影響到學生學習成績和學生的發展。

對于元素化合物知識，學生普遍覺得知識點多而雜，解題方法技巧性較強。如果在進行元素化合物知識教學過程中，能有效滲透學科思想，學生就能有效建構知識點的關系網，理解元素化合物轉化主線。在元素化合物知識教學中，常見的學科思想方法有：1.“結構決定性質、性質決定用途”；2.通過對物質進行分類，運用比較和聯想思想；3.數形結合；4強弱規律；5微粒觀；6.科學探究，包括實驗探究；7.運用化學史，體現化學史的知識和教育價值等。本文以人教版必修1第三章第二節——鋁的重要化合物為例，具體闡釋怎么樣滲透化學學科思想。

一、引入新課

[講述]著名物理化學家和化學教育家傅鷹說“化學給人以知識，化學史給人以智慧”，我們追尋古人和科學前輩的足跡，去了解鋁的歷史、鋁發展，來獲得有關鋁的認識。

[ppt呈現] 科學史話 鋁的價值幾何：1746年，拉瓦錫（法國）證實不能用C還原Al2O3；1852年，奧爾斯泰（丹麥）用鉀汞齊還原無水氯化鋁，然后再真空條件下蒸餾出去汞，人類第一次得到幾毫克的鋁粉；1854年，戴維爾（法國）用金屬Na還原NaAlCl4，得到純度為97%的鋁；1855年，巴黎國際博覽會上，展出了一小塊鋁，標簽上寫到：“來自粘土的白銀”，當時鋁比黃金還貴，鋁成為達官貴人炫耀財富的飾品；1886年，霍爾（美國）和埃魯（法國）分別獨立地發現了用冰晶石Na3AlF6作為助熔劑，通過電解熔融Al2O3制備鋁的方法，從此人類找到大規模、廉價的獲得金屬鋁的方法，鋁價身價大跌成為“平民金屬”；1892年，拜耳（奧地利）發明了用堿液從鋁土礦中提取氧化鋁的方法，這一方法與霍爾電解法結合奠定了現代工業電解法冶煉鋁的基礎。

[問題討論]在1885年，鋁價怎能比黃金？是什么使得鋁身價大跌呢？用化學方程式解釋霍爾電解法生產鋁的原理。

[講述]門捷列夫曾經說過：科學不但給人以知識，還能創造真正的精神和物質財富，更能創造出我們不能獲得的東西。正式由于化學工業技術的進步，鋁的大規模的使用才有可能。

學科思想：運用化學史，體現化學史的知識和教育價值。著名物理化學家和化學教育家傅鷹說“化學給人以知識，化學史給人以智慧”，通過金屬鋁的化學史的介紹，了解鋁的發展歷史、鋁的冶煉方法，了解化學技術的進步對人類生產生活的影響。

二、Al2O3、Al（OH）3的性質

1、Al2O3的物理性質

[講述]既然電解鋁的過程中使用了氧化鋁，那么氧化鋁的物理性質、化學性質如何？

物質 Na2O MgO CaO Al2O3 Fe2O3 CuO

熔點 1275?C 2800℃ 2572℃ 2050℃ 1565℃ 1326℃

[閱讀資料]閱讀下面的表格1和資料，總結氧化鋁的用途，并解釋氧化鋁具有這些用途的原因是什么？

表1常見氧化物的熔點

資料：天然存在的氧化鋁——剛玉的硬度僅次于金剛石，是價廉的磨料、切割工具；熔點高于2000℃的物質可以作特級耐火材料，如制作耐火坩堝、耐火管、高溫金屬陶瓷；氧化鋁在陶瓷工業中常做增白劑；④鋁制品通常利用陽極氧化處理其表面從而形成致密氧化膜，保護內層金屬

學科思想：性質決定用途，用途反映性質。從氧化鋁的用途著手，反推氧化鋁的物理性質。避免說教式介紹氧化鋁的物理性質。

2、Al2O3的化學性質

[講述]在第一節學習金屬的有關性質時，我們學習到了鋁與酸堿溶液的反應。不知同學們是否還記得實驗現象，它有何特殊之處呢？

[實驗視頻]在兩支試管中分別加入5 mL鹽酸和5 mL氫氧化鈉溶液，再分別放入一小段鋁片。觀察實驗現象。

[問題討論]兩支試管中為什么剛開始沒有氣體產生，后來有氣體產生？

[講述]剛開始時沒有氣體?金屬鋁表面有氧化鋁，氧化鋁與酸、堿反應沒有產生氣體。一段時間后均有氣體產生?氧化鋁已經反應完全，金屬鋁與酸、堿反應產生了氣體。說明氧化鋁對金屬鋁的保護也是有限度的，在強酸、強堿條件下，氧化鋁也是“泥菩薩過江，自身難保”。

[問題討論]氧化鋁為什么能和酸反應？哪些氧化物能酸反應？

[講述]從氧化鋁所屬類別看，Na2O、MgO、CaO、Al2O3屬于堿性氧化物：

Na2O+2HCl=2NaCl+H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O，CaO+2HCl=CaCl2+H2O ，

這些反應的實質均為O2-和H+反應（滲透微粒觀）。氧化

鋁也屬于堿性氧化物，和酸反應應該和前幾者類似：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O。

[問題]氧化鋁為什么能和堿反應？能和堿反應的氧化有哪些？

[講述]說明氧化鋁應該和CO2類似?均為酸性氧化物。CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，產物Na2CO3得出可以這么理解：Na2CO3中Na+?堿對應陽離子，CO32-?酸性氧化物對應酸根離子。

[問題]氧化鋁對應的酸根離子可能是是什么？在哪里學過含鋁的陰離子？

[講述]氧化鋁對應的酸根離子可能是AlO2-，于是得到氧化鋁和NaOH溶液反應方程式：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。

學科思想：微粒觀，類比思想。在比較的基礎上根據根據兩個事物在某些方面的相似或相同的屬性，推測在其他方面也可能相同或相似。通過類比可以得出未知物質的性質。類比推理一般有下列模式[1]：若①A事物具有性質a，b，c，d ②B事物具有性質 ， ， 則③B類事物可能具有性質 。類比推理的核心是求同存異，獲取新知。通過類比思想，降低Al2O3的化學性質學習的難度，使得推測出來的結果可靠可信。

3、Al（OH）3的制備

[講述]了解和掌握物質的性質不是化學工作者最終目的，最終目的之一是制備和創造物質（自然界原來沒有的物質）

[問題討論]在實驗室怎么制備一定量的NaOH、Ca（OH）2？如果現在實驗室有鋁片、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、氨水、硫酸鋁溶液、蒸餾水，怎么樣制備Al（OH）3？說出你的設計方案。

[學生方案總結]方案一：Al+H2O→Al（OH）3 方案二：Al2O3+H2O→Al（OH）3 方案三：Al2（SO4）3+NH3 H2O→Al（OH）3 方案四：Al片+稀鹽酸+稀氨水→Al（OH）3 方案五：Al片+稀鹽酸+ NaOH溶液→Al（OH）3 方案六：Al片+NaOH溶液→Al（OH）3 方案七：Al片+NaOH溶液+稀鹽酸→Al（OH）3

[問題討論]方案一、二、六是否可行？

[講述]方案一因鋁不能在水中溶液也不能跟水反應、方案二因氧化鋁不能在水中溶液也不能跟水反應，方案六制備出來的是NaAlO2，這些實驗方案都是錯誤的。其它方案都有可能制備出Al（OH）3。

[問題討論]其余方案中，試劑（藥品）加入有多少種滴加順序？改變滴加順序實質上改變什么？

[講述]改變滴加順序實質上改變的是物質的相對用量。

[分組實驗]分幾個小組：第1小組使用方案3制備，觀察并記錄現象，下同。第2小組使用方案3（和第一組試劑滴加順序相反），第3小組使用方案4（注意稀鹽酸用量），第4小組使用方案4（和第三小組試劑滴加順序相反，注意稀氨水用量），第5小組使用方案5（注意稀鹽酸用量），第6小組使用方案7（注意強氧化鈉溶液用量）。

表2小組實驗結果

小組 1 2 3 4 5 6

方案 3 3（滴加順序相反） 4 4（滴加順序相反） 5 7

現象 有白色沉淀 有白色沉淀 滴加氨水有白色沉淀，繼續滴加氨水沉淀未明顯溶解 滴加稀鹽酸沒有沉淀生成 滴加氫氧化鈉有白色沉淀，繼續滴加氫氧化鈉沉淀消失 滴加稀鹽酸有白色沉淀，繼續滴加稀鹽酸沉淀消失

[問題討論]小組1、2現象為何一致，這說明什么？小組5、6現象類似，為什么剛開始有沉淀，后來沉淀消失？這能說明什么？你能寫出這些反應對應的方程式嗎？小組3、4僅僅是試劑滴加順序不同為何現象明顯不同？

[講述]1、2兩小組現象說明，Al2（SO4）3+6NH3 H2O=2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4（弱堿制備更弱的堿），Al（OH）3不能被NH3 H2O溶解。第5小組現象說明，2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑，AlCl3+3NaOH=Al（OH）3↓+3NaCl（強堿制備弱堿），生成的Al（OH）3可以被NaOH溶解，第6小組現象說明：2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑，NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al（OH）3↓，生成的Al（OH）3可以被HCl溶解。小組4說明鋁片不能和氨水反應，滴加稀鹽酸時稀鹽酸和氨水反應生成氯化銨。小組3反應原理和小組5類似，只是Al（OH）3不能被氨水溶解。

[問題討論]Al（OH）3可以被HCl溶解，也可以被NaOH溶解？能和堿反應的物質屬于哪些類別物質？Al（OH）3能和堿反應，說明Al（OH）3屬于哪類物質？

[講述]H+ + AlO2- + H2O?Al（OH）3?Al3+ + 3OH-，實際上Al（OH）3和鋁酸H3AlO3是同一個物質。

NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al（OH）3↓可以看成鹽酸制備出了鋁酸H3AlO3。Al（OH）3在強堿性條件下會發生酸式電離Al（OH）3?H+ + AlO2- + H2O，在這種條件下Al（OH）3表現出酸

性——鋁酸H3AlO3，因此Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+H2O，相當于弱酸和堿反應，制備出了更弱的酸——H2O。

[問題討論]1.上述方案3、4、5、7能否制備出Al（OH）3？這些方案中哪些較好？2.課本上是怎么樣制備Al（OH）3的？為什么不用強堿如NaOH來制備？

學科思想：強弱規律，科學探究。利用“強電解質可以制備弱電解質，弱電解質可以制備出更弱的電解質”，這一原理來深刻理解有關氫氧化鋁的反應。其次，用科學探究的方法來討論制備Al（OH）3的方法。科學探究并不等同于動手操作、進行實驗活動，凡是有利于學生建構知識體系、形成科學觀念、領悟科學研究方法的各種活動都屬于科學探究范疇。 邏輯推理探究在教材中主要有兩種類型：一種是在學生原有認知基礎上 通過猜想與假設，運用已掌握的化學規律 從理論上推導出新的化學規律。它注重理論推導。另一種是利用化學實驗，在實驗基礎上，通過對實驗結論的分析、綜合、比較、歸納和演繹等邏輯推理得出化學規律，它注重邏輯推理[2]。

在做實驗之前對方案的評判、指導，如“[問題討論]方案一、二、六是否可行？”、“[問題討論]其余方案中，試劑（藥品）加入有多少種滴加順序？改變滴加順序實質上改變什么？”都屬于落體推理探究，這也是科學探究重要形式；其后分小組實驗則是實驗探究，這是通常教師比較熟悉的科學探究方式。

4、鋁的化合物轉化關系總結

[問題討論]通過氧化鋁和氫氧化鋁的性質的學習，現在你能否總結鋁的化合物（氧化鋁和氫氧化鋁）的重要性質，及其之間轉化關系？試著以概念圖的方式，畫出物質間轉化關系：

圖1概念圖示例圖

[小結]氧化鋁的性質，氫氧化鋁的制備方法

三、啟示

元素化合物知識的教學，物質化學性質、制備、用途是核心。如果單純就知識論知識，必然造成知識點亂、雜、多，若能在教學過程中有效滲透學科思想，必然會對學生長遠發展有利。目前的高考題也越來越重視學科思想方法的考查[3]，這是和素質教育的本質要求是吻合的。在教學中滲透學科思想，也應該引起教師的重視。

參考文獻：

[1] 林肅浩.《更高妙的高考化學思想方法》[M].杭州：浙江大學出版社，2012.

[2] 周存軍.化學思想和方法培養的探究性教學[J].現代教育科學·普教研究，2010，（6）.

[3] 孫建明.王后雄.基于學科思想方法整合的高考化學命題研究[J].課程·教材·教法，2014，34（3）