基于模型認知與建構的元素化學教學設計探析

李靈敏

[摘? ?要]新課程標準提出了要發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)，核心素養(yǎng)的獲得關鍵靠課堂教學。以《鎂的提取及應用》教學設計為例，從模型認知與建構的角度對元素內容進行教學設計與探析，結合情景引入、層層設問、分組實驗、聯(lián)系實際、深入推進等環(huán)節(jié)，逐步實現(xiàn)學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

[關鍵詞]鎂的提取;實驗探究;模型認知;教學設計

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2018）35-0060-02

一、教學與評價目標

1.教學目標

（1）通過海水中鎂的提取過程，認識含鎂物質及其轉化關系，建立物質性質與物質用途的關聯(lián);

（2）通過實驗探究鎂的主要化學性質，初步形成基于物質類別、元素價態(tài)和原子結構對物質的性質進行預測和檢驗的認知模型;

（3）了解鎂及其化合物的重要用途，深刻認識化學對滿足人們日益增長的生活需要的重大貢獻。

2.評價目標

（1）通過自主預習預測鎂的性質，診斷學生基于前期所學經(jīng)驗使用模型認識物質的水平（經(jīng)驗水平、系統(tǒng)水平）;

（2）通過對含鎂物質及其轉化關系的討論和點評，診斷并發(fā)展學生對物質及其轉化思路的認識水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）;

（3）通過鎂的提取過程中試劑的選擇、加熱方法的確立等，診斷學生根據(jù)已知信息解決實際問題的能力水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）及其對化學價值的認識水平（學科價值視角、社會價值視角）。

二、教學與評價思路

三、教學過程

1.情景引入，學生嘗試，激發(fā)興趣，引出主題

【情景】觀看《野外生存與挑戰(zhàn)》節(jié)目——點火工具“打火棒”的使用，并請一位學生自愿上講臺來試一試。

【學生】根據(jù)視頻介紹，利用打火棒引燃一張白紙。

【提問】打火棒是什么材料做的，如何提煉？

設計意圖：聯(lián)系生活實際，讓學生感受化學魅力，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與社會責任感;同時激發(fā)學生學習興趣，引發(fā)學生對“打火棒主體材料是什么，如何提煉”等問題的積極思考，為本堂課接下來的探究奠定基礎。

2.層層設問，分組實驗，遭遇困惑，不斷優(yōu)化

【教師】介紹鎂在地殼和海水中的存在形式和含量。

【設問1】從礦石中提取鎂與從海水中提取鎂，哪個更合適？為什么？

【學生】從海水中提取鎂更合適。因為原料來源豐富，而且礦石作業(yè)容易產(chǎn)生粉塵。

【設問2】我們該如何從海水中分離出Mg2+ 呢？（每個小組面對自己桌上放著的那瓶海水進行討論）

【學生】討論之后，各組代表回答：①先加NaOH溶液再過濾;②先加Ca（OH）2溶液再過濾;③先加Na2CO3溶液再過濾;等等。

【學生】分組實驗，發(fā)現(xiàn)海水中直接加NaOH溶液，加得再多也沒有明顯的沉淀。（學生心中充滿困惑）

【教師】我們通過實驗發(fā)現(xiàn)，直接往海水中加試劑，效果非常不明顯，現(xiàn)在用濃縮海水試試。

【學生】再次分組實驗，看到明顯沉淀。

【設問3】為什么海水直接加NaOH試劑沒有沉淀產(chǎn)生？有沒有必要專門對海水進行濃縮？

【學生】因為海水中鎂離子的濃度太低，所以有必要將海水濃縮成母液。

設計意圖：“學起于思，思源于疑。”富含思考性是課堂生命力所在，學生若能夠積極思考，主動質疑，就能變“被動接受”為“主動發(fā)現(xiàn)”，從而實現(xiàn)自主學習。本實驗看似非常簡單，就是讓海水中的Mg2+沉淀下來以便分離，但實驗結果卻出乎意料，學生肯定會產(chǎn)生疑惑，會去思考，于是就有了思考的空間，進而培養(yǎng)“科學探究”與“創(chuàng)新意識”之化學核心素養(yǎng)。

3.聯(lián)系實際，捕捉信息，迎難而上，獲取新知

【設問4】那么實際生產(chǎn)中，我們應該選擇什么作為沉淀劑？

【PPT投影】

【學生】根據(jù)表格信息進行篩選，選擇Ca（OH）2。

【設問5】實際生產(chǎn)中我們選擇物美價廉的石灰乳，使鎂離子轉化為Mg（OH）2，那么又如何實現(xiàn)從Mg（OH）2到Mg的生產(chǎn)呢？

【學生】分組討論，各組代表發(fā)言，最終匯總出以下幾個方案：

①加熱氫氧化鎂，制得氧化鎂，用C等置換Mg;②加鹽酸，制得氯化鎂，再用鉀或鈉來置換鎂;③加鹽酸，制得氯化鎂，然后電解（教材上有）;④加熱氫氧化鎂，制得氧化鎂，再電解。

【追問】現(xiàn)在我們來看看方案①行不行得通？

【教師】演示實驗

步驟：（1）向一定量的裝有碳酸鈉粉末的集氣瓶中加入稀硫酸;

（2）用燃著的木條檢驗CO2是否已經(jīng)收集滿;

（3）點燃鎂條并插入收集滿CO2的集氣瓶中。<E：＼教育學院雜志社＼中學教學參考＼中學教學參考2018年12月（理科中旬）＼h2.tif>

【學生】描述現(xiàn)象，得出結論： 2Mg+CO2=2MgO+C。

【設問6】通過實驗事實我們發(fā)現(xiàn)存在上述反應，接下來請大家判斷該反應的還原劑和還原產(chǎn)物，并結合還原性強弱規(guī)律分析C能否置換出Mg。

【學生】還原劑是Mg，還原產(chǎn)物是C;根據(jù)“還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物”這一規(guī)律，C不可能置換出Mg。

【教師】實驗事實告訴我們用C置換鎂是行不通的，選擇用K的確可以，但是K比較貴，所以我們只能考慮用電解法來制取Mg。那么是電解MgCl2 好，還是電解MgO好呢？

【PPT投影】

表3? ?幾種物質的熔點

[物 質 MgO MgCl2 MgSO4 熔點/℃ 2825 714 1327 ]

【學生】結合表中信息選擇電解MgCl2。

【追問】是電解MgCl2 溶液，還是電解熔融的MgCl2？

【學生】思考討論，并結合電解飽和食鹽水和電解熔融的NaCl的情況，得出應該選擇電解熔融的MgCl2 。

設計意圖：聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)實際，沿著學生已有知識與思維模型，層層設問，逐個突破，建構新的模型認知：建立認識事物的一般認知模型，根據(jù)已有經(jīng)驗進行假設，通過實驗或推理進行證偽。此外，本環(huán)節(jié)還通過多張圖表數(shù)據(jù)，來引導學生對信息進行篩選、類比、分析、推理，并得出結論，逐步發(fā)展他們的思維能力和創(chuàng)新素養(yǎng)。

4.深入推進，交流討論，展示自我，提升能力

【教師】通過電解熔融的MgCl2，我們終于得到了單質鎂，那么鎂還有哪些化學性質呢？

【學生】結合預習學案，根據(jù)鎂的原子結構預測鎂的化學性質。

【教師】點評學生的預測情況，完善鎂的化學性質。

【設問7】從海水到鎂，再到鎂的性質，這整個過程大家是否可以用流程圖來表示？請設計海水到鎂以及鎂及其化合物轉化關系的整體框架圖，并進行展示、交流與評價。

【學生】展示分享與交流成果。

設計意圖：學生在交流與討論中繪制出鎂的提取流程圖，并認識鎂及其化合物的相互轉化關系，建立起元素化合物學習的一般認知模型，并能將這種認知模型推廣到其他元素及其化合物的學習中去。

四、教學反思

本節(jié)課的課堂主線明確、條理清晰，圍繞如何從海水中提取鎂這一過程，通過層層設問、實驗操作、分組討論、信息提示與處理等形式把中間遇到的小難關一個個攻破，順利完成本節(jié)課新知識的學習。整堂課的設問有梯度，符合學生從感性到理性的認知過程，并通過元素化合物學習的一般認知模型，建構海水到鎂以及鎂及其化合物轉化關系的知識網(wǎng)絡圖，有效促進學生的認知發(fā)展，不斷完善學生的整體思維，提高學生的化學學科核心素養(yǎng)。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書：化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

[2]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]? 付勇，房壽高，吳星.簡析化學文化與化學教育[J].化學教育，2006（6）：12-14.

（責任編輯 羅 艷）