以實驗探究支撐概念教學

趙方

關鍵詞：實驗探究;概念教學;還原反應

一、提出問題

《金屬礦物及其冶煉》是魯教版五四制九年級第四單元第一節(jié)第二課時的內容。盡管課程標準對這節(jié)課的要求較為簡單：知道一些常見金屬（鐵、鋁等）礦物、知道可用鐵礦石煉鐵。但這節(jié)課所涵蓋的內容、方法、情感等教育價值卻不容小覷。從內容角度上說，本節(jié)課承載著“初步認識還原反應，再次認識氧化反應”等內容;從方法角度上說，需要學生初步了解從自然界獲取物質的一般方法——物理方法和化學方法，通過電解法冶煉鋁、通過還原法冶煉鐵等具體的化學方法;從情感、態(tài)度、價值觀角度上說，本節(jié)課充分體現(xiàn)了通過化學變化改造和創(chuàng)造物質的基本觀念，認同化學方法同工業(yè)生產相結合而創(chuàng)造的巨大價值。同時，本節(jié)課還可以通過對金屬資源的簡介，尤其是稀土資源的介紹，激發(fā)學生的愛國熱情和民族自豪感，同時培養(yǎng)學生珍惜資源、合理利用并保護資源的意識。鑒于此，本節(jié)課在教學設計的過程中，如何既能兼顧知識、方法、態(tài)度，又能構建內容結構？下面就以具體課題為例談談具體做法。

二、學習目標

（1）通過對話交流，能列舉常見的鐵、鋁礦石，說出人類從自然界獲取金屬的途徑。

（2）通過實驗和視頻，能表示冶煉金屬鋁、鐵的化學方法，能從得失氧的角度識別還原反應，初步形成性質決定冶煉方法的觀念。

三、教學重、難點

（1）教學重點：從得失氧元素的視角解釋工業(yè)煉鐵的化學原理。

（2）教學難點：人類從自然界獲取金屬的方法及影響因素。

四、教學過程

【導入】從遙遠的青銅時代（圖片：四羊方尊）到家家戶戶都必備的鐵器時代（圖片：鐵錘、鐵鍋、鐵鍬等），時至今日，各種各樣的金屬制品（圖片：飛機、輪船、飛行器等）已經融入了我們的生活。如此重要的金屬材料如何制備？

【設計意圖】從金屬制品的重要用途導入，一方面：體會金屬制品的重要應用;另一方面：引出金屬制備的課題，同時，通過學生的回答探查學生的前認知，涉及金屬礦物的存在形式，制備方法及礦石種類等。

【投影】學習目標

環(huán)節(jié)一：認識金屬礦石

【舉例】自然界中存在的金屬礦石種類很多，它們或存在于地殼中，或存在于海洋中（如圖1）。請根據圖片書寫金屬礦石中主要物質化學式，并推測從自然界中獲取金屬的路徑。

【設計意圖】學生書寫金屬礦物中主要物質化學式，一方面將對金屬礦物的認識從物質水平過渡到元素水平，為學習氧化、還原反應原理做鋪墊;另一方面學生在書寫化學式的過程中自然而然地就認識到有的金屬在自然界中以單質形式存在，有的金屬在自然界中以化合物形式存在，為從自然界獲取物質方法（物理方法、化學方法）的選擇提供思路。

環(huán)節(jié)二：探究鐵礦石煉鐵

【銜接】以自然界中的鐵礦石為原料冶煉金屬鐵，需要考慮哪些因素？

【學生活動】組內討論并組間交流：選擇合適的鐵礦石、探究可行的反應原理、設計合理的實驗裝置，評估煉鐵方法對環(huán)境的危害等。

【設疑】自然界中主要存在赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦，選擇合適煉鐵的鐵礦石的依據有哪些？

【學生活動】

（1）交流：鐵礦石的儲量、鐵元素的含量、是否含有可能對環(huán)境造成污染的元素等。

（2）小組合作計算四種礦石中的含鐵量。

（3）選擇合適的鐵礦石：赤鐵礦或磁鐵礦。

【設計意圖】一方面：通過此問題拓展學生思考問題的思路——定性水平、定量水平;另一方面：通過解決此問題，將鐵礦石的范圍縮小至赤鐵礦及磁鐵礦，為還原反應的建構做好鋪墊。

【猜想】以Fe203為原料制取金屬Fe，從反應原理來說，你有哪些猜想？

【學生活動】學生的猜想主要集中在“失去氧元素”，具體實施條件包括：高溫分解、電解、使用H2，C，CO，金屬等易與氧氣反應的物質“奪走氧元素”等。

【過渡】高溫、電解等方法并不能使Fez03失去氧元素。那么接下來，我們以CO、赤鐵礦為反應物來探究是否能冶煉得到鐵。

【演示實驗】一氧化碳還原三氧化二鐵。

【學生活動】觀察、記錄現(xiàn)象，推理結論，書寫反應方程式。

【提升】實驗表明，氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下發(fā)生反應，生成金屬鐵和二氧化碳。在這個反應中，老師認為存在的兩種變化（如圖2），你認為老師的分類依據是什么？

【學生交流】得、失氧元素。

【設疑】有這樣幾組概念，“得氧，失氧，被氧化，被還原，氧化反應，還原反應，氧化劑，還原劑”，你能把它們放在合適的位置上嗎？

【學生活動】組內討論，組間交流，展示結果（如圖3）。

【設計意圖】讓學生經歷從元素水平猜想煉鐵原理、驗證猜想、認同失去氧元素能夠冶煉得到鐵，進而從得失氧元素的角度建構氧化反應、還原反應的概念及氧化劑、還原劑的概念。

【反思評價】在演示實驗過程中，為什么要先通入一氧化碳，再點燃酒精噴燈？在實驗結束后，為什么要先停止加熱，待硬質試管冷卻后再停止通CO？

【設計意圖】一方面：基于安全，初步形成可燃性氣體使用時需要驗純、排盡空氣的實驗意識;另一方面：基于環(huán)保，初步形成污染性物質需要回收處理的意識。

環(huán)節(jié)三：對比方法，總結提升

【鋪墊】并不是所有的金屬都能使用還原法冶煉。你能舉例說明嗎？

【學生活動】電解氯化鎂制取金屬鎂。（魯教版教材中，學生在《海水“制堿”》中已學習）

【拓展】工業(yè)上采用電解法，以氧化鋁為原料冶煉金屬鋁。請書寫反應方程式。

【提升】概括冶煉金屬的方法，思考影響金屬冶煉方法的因素。

【學生活動】獨立思考，組內討論，組問交流。

（1）冶煉金屬的方法包括：物理方法、化學方法——還原法、電解法。

（2）金屬元素在礦石中的分散形式，金屬的性質影響冶煉方法。

【設計意圖】通過前三個環(huán)節(jié)的學習，學生能夠列舉常見的金屬礦石及主要物質，能用化學反應方程式表達赤鐵礦冶煉鐵，鋁土礦冶煉鋁，這些內容散落在學生腦海中，不利于長久存儲，也不利于知識提取遷移應用。本問題的設計指向化學觀念——金屬元素的分散形式及金屬的性質決定冶煉方法，既能驅動學生梳理知識，又能幫助學生構建知識結構圖（如圖4）。

環(huán)節(jié)四：自學資料，感受價值

【提升】科學研究的成果只有與生產技術相結合才能轉變成生產力，推動社會的發(fā)展。工業(yè)上，以焦炭、鐵礦石、石灰石為原料，利用熱還原法來冶煉得到鐵，推動了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。而鋼鐵工業(yè)的發(fā)展狀況是世界各國工業(yè)化水平的重要標志之一。我國自1996年鋼產量突破億噸，躍居世界首位，到如今一直穩(wěn)居世界第一。不僅如此，我國電解鋁的產量自2001年躍居世界首位以來已經連續(xù)18年穩(wěn)居世界首位。更值得一提的是，我國的稀土金屬的產量及儲量也均居世界首位。閱讀多識一點，談談你的感想。

【設計意圖】體會金屬冶煉創(chuàng)造的巨大社會效益，認同化學學科的價值，指向核心素養(yǎng)——社會責任與科學精神的滲透。