創設認知沖突，激發知識建構*
——“鋁及鋁合金”教學設計

梁峰麗錢玲艷

（江蘇省梅村高級中學江蘇無錫214112）

創設認知沖突，激發知識建構*
——“鋁及鋁合金”教學設計

梁峰麗錢玲艷

（江蘇省梅村高級中學江蘇無錫214112）

在“鋁及鋁合金”教學過程中，結合金屬鋁的性質特點，從學生已有知識出發，設計對比實驗，構建矛盾沖突，引發學生的好奇心，激發學生的學習興趣，引導他們主動建構知識體系，從而提高學生學習積極性和課堂效率。

認知沖突；鋁及鋁合金；教學設計

一、認知沖突簡述

認知沖突是一種心理學認知狀態，是當個體意識到個人認知結構與環境或是個人認知結構內部不同成分之間的不一致所形成的狀態。學生在學習過程中的認知沖突，通俗地說，就是學生的原有認知結構與所學新知識之間的理解不一致，從而產生認知沖突［1］。比如在學習鈉的化合物時，向包有過氧化鈉的脫脂棉滴水，脫脂棉即可燃燒起來，這和學生的已有認知“水用于滅火”相矛盾，此時學生會特別想一探究竟，從而引發學生的主動建構，達到積極高效解決問題的目的。認知沖突能極大提高學生的學習興趣和積極性，教師在教學過程中應有意引導學生激活已有的認知，與新的認知產生矛盾，再進行探究分析，不僅能鞏固已有的認知結構，更能讓學生在矛盾的解決過程中擴大自身的認知體系，從而讓學生的認知發生質的變化，形成新的認知結構，這樣的認知過程是學生積極主動參與的，會對學生解決問題的能力有較大提高。筆者在高一學習“鋁及鋁合金”時，設計了多處認知沖突，達到了很好的教學效果。

二、教學設計過程

（1）引入

觀看神舟十一號飛船升天視頻，回顧那激動人心的時刻，讓學生設想：如果你是飛船的材料總工程師，會對飛船的主體材料性能提出什么要求？同時列出常見金屬的密度、熔點、導電性等性能，根據學生的回答（抗腐蝕性，密度小，強度高等）總結出集這些優異性能于一體的是鋁，準確來說是鋁合金。帶領同學們一起學習有著“帶翼的金屬”美稱的鋁及鋁合金。

（2）復習回顧

請同學回憶金屬活動性順序表，根據鋁在金屬活動性順序表中的位置，分析出鋁是一種比較活潑的金屬。再根據鋁在元素周期表中的位置，畫出鋁的原子結構示意圖，根據鋁原子結構示意圖，分析出鋁在化學反應中容易失去電子，表現還原性。

（3）認知沖突1

老師：從鋁的原子結構分析得出鋁是一種活潑的金屬，從鋁在生活中的實際應用分析，鋁又有較強的抗腐蝕性，如何來解釋這一矛盾的統一呢？化學是一門以實驗為基礎的學科，讓我們從實驗中尋找答案。

【活動與探究1】在2支試管中各取1～2mL6 mol·L-1鹽酸，分別插入未打磨鋁條和用砂紙打磨過的鋁條。觀察實驗現象并比較。

學生1：用砂紙打磨的鋁條放入后立刻就有氣泡，未打磨的鋁條開始時沒有氣泡，后來未打磨的鋁條表面也慢慢開始有氣泡，速度比打磨的鋁條慢。

學生2：鋁是一種活潑的金屬，可以與鹽酸反應產生氫氣，發生的反應為：2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑

老師：為什么未打磨的鋁條開始沒有氣泡呢？

學生3：可能因為在鋁表面有一層氧化膜。

老師：為什么后來又有氣泡了呢？

學生3：因為這層氧化膜后來被破壞了，Al2O3+ 6HCl====2AlCl3+3H2O

老師總結：鋁可以與酸反應，鋁表面的氧化膜能被酸破壞。金屬與酸的反應是同學們司空見慣的，有沒有金屬也能與堿反應呢？我們還是要從實驗中尋找答案，將鋁放入氫氧化鈉溶液中又會怎樣呢？

【活動與探究2】在2支試管中各取1～2mL6 mol·L-1NaOH，分別插入未打磨鋁條和用砂紙打磨過的鋁條。觀察實驗現象并比較。

學生4：用砂紙打磨的鋁條放入后立刻就有氣泡，未打磨的鋁條開始時沒有氣泡，后來未打磨的鋁條表面也慢慢開始有氣泡，速度比打磨的鋁條慢。

學生5：說明鋁也能與堿反應，鋁表面的氧化膜也能被堿破壞。

老師：寫出鋁與氫氧化鈉的反應并簡單分析，2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑

老師：鋁表面有一層致密的氧化膜，使鋁在空氣中有較強的抗腐蝕性，但是這層氧化膜會被酸和堿破壞，由此得出鋁制品在使用時有哪些注意事項呢？

學生6：不能放酸性和堿性物質。

老師補充：因為氯離子會阻止鋁表面的氧化膜的形成，所以鋁制品也不能長時間放置腌制食品。

（4）認知沖突2

剛才的實驗告訴我們，鋁與酸能發生反應，但是在我們生活中常溫下濃硝酸、濃硫酸可以用鋁槽車運輸（圖片展示鋁槽車），這又是為什么呢？我們還是要從實驗中尋找答案。

【觀察與思考1】在2支試管中各取2mL濃硝酸、濃硫酸，分別放入用砂紙打磨過的鋁條，（同學們竊竊私語，猜測會有劇烈的反應發生），觀察實驗現象。

學生7：無明顯現象。

老師：無明顯現象意味著反應是否發生呢？

學生7：不能確定。

老師：我們如何來判斷鋁與濃硝酸、濃硫酸是否發生反應了呢？

學生：還是要從實驗中尋找答案。

【觀察與思考2】在2支試管中各取2mLCuSO4溶液，分別放入用砂紙打磨過的鋁條和從濃硫酸中取出的鋁條，觀察實驗現象。

學生8：剛打磨的鋁條表面有紅色物質生成；從濃硫酸中取出的鋁條表面無明顯現象。

老師：說明在濃硫酸中浸取后，鋁片的表面已經發生了變化，實際是鋁遇濃硝酸、濃硫酸時會在表面生成致密的氧化膜，這一過程稱為鈍化。正是因為常溫下，鋁在濃硝酸、濃硫酸中能發生鈍化，阻止了內部金屬的進一步反應，才可以用鋁槽車來運輸。請同學們特別注意三個關鍵詞，常溫，濃硝酸、濃硫酸。對體系加熱，或將溶液換成稀硝酸、稀硫酸、鹽酸，反應都會進一步進行。

（5）學以致用

在鋁與氧氣、與酸、與堿的反應中，鋁都表現出了還原性，在實際生活中，利用鋁的還原性，可用于焊接鐵軌。今天老師來給大家利用相同的原理演示焊接鐵釘。

【觀察與思考3】在蒸發皿中鋪好細沙，放好2支鐵釘，將干燥的氧化鐵和鋁粉的均勻混合物放在鐵釘的交叉處，在混合物上面加少量氯酸鉀，將點燃的鎂條插入氯酸鉀中，觀察現象。

學生9：劇烈反應，火星四射，發出耀眼光芒，產生大量白煙，放出大量熱，生成紅色熔融物，冷卻后2根鐵釘被焊接到了一起。

老師：利用鋁的還原性和鋁轉化為氧化鋁時能放出大量熱的性質，利用鋁還原一些金屬氧化物的反應稱為鋁熱反應。2Al+Fe2O3====高溫Al2O3+2Fe

學生：從氧化還原的角度分析鋁熱反應。

老師：在焊接鐵軌時，人們將鋁粉與氧化鐵的混合物點燃，由于反應放出大量熱，置換出的鐵以熔融態形式流出。讓熔融的鐵流入鐵軌的裂縫，冷卻后就將鐵軌牢牢地黏結在一起。鋁熱反應也可以是鋁與Cr2O3、MnO2等的反應，用于冶煉一些熔點較高的金屬。

教師：利用鋁的還原性來焊接鐵軌，利用鋁的導電性可制作電線，鋁合金更是因為有許多優良的性能（密度小、強度高、耐腐蝕、塑性好、成本低、易制造）而在生活中有廣泛的應用，請同學列舉鋁及鋁合金的常見用途。

學生10：鋁合金可用于做門窗。

學生11：做導線。

學生12：飛機、飛船。

學生13：鋁箔可用于食品包裝。

（6）總結設疑

課堂小結，回顧本節課的重難點，鋁在與鹽酸、氫氧化鈉、濃硝酸、濃硫酸、鋁熱反應中表現還原性，及其廣泛的用途。高端又平凡的金屬鋁，曾經比黃金還貴，拿破侖以鋁制的王冠和餐具為榮，歷史上為什么會有這樣的事情發生呢？請同學們從后續內容“從鋁土礦提取鋁”中尋找答案。

三、教學反思

化學是一門以實驗為基礎的學科，本節課設計時為了增加學生的認知沖突，提高學習積極性，特意在對比實驗中設置認知沖突，既提高學生的動手能力和觀察能力，又能在解決認識沖突的過程中，掌握新的內容。實驗設計時還將課本傳統的鋁熱反應加以改進，通過焊接鐵釘，增強了實驗的趣味性和實用性，學生也能更加直觀地理解焊接鐵軌的原理和過程。最后部分的設疑又是一個新的認知沖突，結合歷史人物的故事，既提高學生的學習興趣，也能讓學生用發展的眼光來看待科學的發展，從而提高學生的綜合素養。

［1］袁維新.認知建構論［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2002（8）：179-182

［2］劉孝華.引發學生認知沖突的教學策略［J］.江西教育科研. 2007（2）：117-119

1008-0546（2017）09-0058-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.017

*本文系江蘇省教育科學“十二五”規劃2015年度課題“促進學生深度學習的中學化學概念教學研究”（B-b/2015/02/216）的研究成果之一。