“基于問題學習”模式下的《鋁的重要化合物》教學設計

李志新 蒲金鳳 馬秀平

[摘? ?要]教學中教師通過實施“基于問題學習”的教學模式，讓學生在問題情境中認識Al2O3和Al（OH）3的性質，在實驗探究中了解鋁的重要化合物之間的轉化關系，建立認識物質世界的思考模式，培養學生發現問題、探究問題、解決問題的能力，加強學生對知識的應用，發展學生的核心素養。

[關鍵詞]鋁的重要化合物;基于問題學習;教學設計

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）20-0063-04

一、“基于問題學習”模式及其特點

“基于問題學習”模式是通過將學習者置于積極的問題角色，并讓他們對現實世界中所映像的劣構型問題進行深入探究，同時發展問題解決策略和學科知識技能的一種教學模式[1]。該模式強調把學生置于真實、有意義的實際情境中，讓學生在師生交流、小組合作、實驗探究等形式下學習科學知識，解決實際問題，提升學習能力。教學中教師可根據教學目標，分析學科內容，設計問題，讓學生在多情境下去搜集資料，深入分析問題，小組合作交流，從而解決問題并發展化學思維。

化學教學應將化學知識與技能學習、化學觀念建構、科學探究等融為一體，幫助學生形成正確的學科價值觀念。如“鋁的重要化合物”教學中教師可應用“基于問題學習”模式，引入大量活動素材，通過一系列生活性、挑戰性和可操作性的問題，使學生通過活動的交互與協作參與到課堂教學中來，從而改變學習模式，提高學習興趣和參與度。

二、教學設計基本思想

鋁作為一種典型的金屬，既有金屬的共性，也有其特性，通過認識鋁的重要化合物，可以讓學生在實驗探究中學習物質的性質，實現物質的轉化，認識物質及其轉化在促進社會進步、自然資源綜合利用和環境保護中的重要價值[2]。

以“問題”為線索，讓學生在探究中認識鋁及其化合物之間的轉化關系，建立鋁及其化合物之間的“物質—化合價”轉化二維圖（如圖1）。教學中可以讓學生用類比、推理的方法去探索問題，形成認識物質世界的思維模式。

本節課的教學重點為Al2O3和Al（OH）3的兩性以及氫氧化鋁的制備。教師應基于學生對實驗探究的好奇心理開展教學，讓學生在探究中體會Al2O3和Al（OH）3性質的特殊性，建立個性與共性之間的辯證關系，豐富學生的認知，提升學生的學習能力，發展學生的核心素養。

三、教學情況分析

1.教材分析

鋁作為生活中應用廣泛的金屬，學習其化合物的性質對學生認識物質世界具有重要作用。教材中主要通過兩個實驗探究、六個化學反應、一個“學與問”、一個資料卡片來介紹鋁的幾種重要化合物[3]。

Al2O3和Al（OH）3能夠與NaOH溶液反應，學生對這部分知識的學習具有認知和思維上的沖突，因此該部分知識為實驗探究和理論知識學習提供了豐富的感性材料，能更好地幫助學生從化學事實的角度去探索物質的性質，然后回歸到氧化鋁和氫氧化鋁的“兩性”概念上來，由表及里地深化學生對物質性質的理解。

同時，學生掌握這種學習方法后就可以駕輕就熟地學習非金屬及其化合物的內容。此外，明礬凈水、Al（OH）3治療胃病等知識的學習可以讓學生真正認識化學在促進社會和諧發展、改善人類生活環境等方面所起到的重要作用。

2.學情分析

高一學生對化學具有強烈的好奇心，特別對實驗探究充滿期待和向往，因此充分利用實驗創設教學情境，激發學生學習興趣，顯得尤為重要。通過第一章和第二章的知識學習，學生建立了從實驗學化學的思想，掌握了實驗探究的基本方法和步驟，能夠從實驗中收集信息，并對信息進行加工。

在學習了分類法后，學生初步形成了“單質→氧化物→氫氧化物→鹽”的認知主線，同時氧化還原、離子反應、物質的量等知識，是本節課的知識、技能和認知的基礎，而學生對實驗現象的綜合分析能力、思維能力、探究能力仍有待進一步培養和提高。

四、教學及評價目標

1.教學目標

（1）通過Al2O3和Al（OH）3的化學性質，掌握兩性氧化物和兩性氫氧化物的概念。

（2）會用離子方程式表示Al2O3和Al（OH）3的重要化學反應。

（3）基于Al（OH）3的兩性，掌握其制備方法。

2.評價目標

（1）通過實驗認識Al2O3和Al（OH）3的兩性，培養學生的科學素養，診斷學生科學探究的水平。

（2）通過選擇Al（OH）3的實驗室制備方法，完善學生的創新思維能力，診斷學生用對比的方法認識事物和全面分析事物的邏輯思維能力。

（3）通過明礬凈水、Al（OH）3治療胃病等知識的學習，培養學生從化學視角關注生活的習慣，體會化學對人類生活的重要影響。

五、教學重難點

教學重點：（1）Al2O3和Al（OH）3與強堿的反應;（2）Al（OH）3的制備。

教學難點：兩性氧化物和兩性氫氧化物的概念。

六、教學過程

1.多情境引入——明確學習任務

【信息引入】出示生活中常見的兩種含鋁化合物：（1）食品膨松劑——泡打粉，泡打粉是一種復合膨松劑，又稱為發泡粉和發酵粉，主要用作面制食品的快速疏松劑，其中一種配方為：鉀明礬、碳酸氫鈉、碳酸鈣、淀粉、糖精鈉、香蘭素;（2）治療胃酸的藥物——復方氫氧化鋁片，用于緩解胃酸過多引起的胃痛、胃灼熱感、反酸，也可用于慢性胃炎。每片含氫氧化鋁0.245克、三硅酸鎂0.105克、顛茄流浸膏0.0026毫升。（如圖2）

【問題1】這些物質中都與哪種元素有關？

【學生活動】閱讀信息，觀察圖片，討論交流，找出學習主題——鋁的重要化合物。

【課程推進】展示一組圖片：美麗的紅寶石、藍寶石、純剛玉等（如圖3），這些物質中都是含有鋁元素的化合物。本節課我們重點研究一下鋁的幾種重要化合物。

設計意圖：以生活中的常見物質為切入點，充分利用交互空間將多種情境線索融合在一起，讓學生知道生活中這些物質都是鋁的化合物，有針對性地組織學生活動，讓學生能夠迅速進入學習主題。

2.問題情境學習——在問題情境中探究、思考

（1）氧化鋁（Al2O3）的性質

【銜接過渡】圖3中展示的寶石的主要成分是Al2O3，這節課我們首先就來學習和認識一下鋁的氧化物。

【自主閱讀】讓學生閱讀課本第58頁第1自然段，要求學生歸納Al2O3的物理性質和用途。

【學生歸納】小組交流，匯報展示：純凈的氧化鋁是白色無定形粉末，俗稱礬土，密度3.9～4.0 g/cm3，熔點2050 ℃，沸點2980 ℃，不溶于水，它是鋁電解生產中的主要原料。

設計意圖：在課堂上給學生一定的閱讀時間，讓學生養成會閱讀、善閱讀的習慣，并學會從材料中找到最具有價值的信息，培養學生的自主學習能力和歸納能力。

【問題2】通過學習我們已經知道鋁片能與酸和強堿溶液反應，Al2O3是否與鋁的性質相似，也能與酸和強堿溶液反應呢？

【自主探究1】開展實驗探究，觀察Al2O3與稀硫酸、NaOH溶液的反應。

【結果匯報】Al2O3既能與稀硫酸反應，又能與NaOH溶液反應，方程式為：（1）Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O;（2）Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。

設計意圖：基于問題情境開展實驗，讓學生觀察、記錄并描述實驗現象，掌握物質及其轉化的關系，并思考Al2O3與其他常見金屬氧化物的區別與聯系，培養學生的問題意識及運用已學知識解決問題的能力，將化學知識、技能的學習與核心素養培養緊密聯系起來。

【信息資料】從物質分類的角度，把氧化物分為酸性氧化物和堿性氧化物。酸性氧化物是指與堿反應生成鹽和水的氧化物，而堿性氧化物是指與酸反應生成鹽和水的氧化物。

【問題3】請根據這段資料結合所學知識判斷Al2O3屬于什么氧化物。

【小結】 既能與酸又能與堿反應生成鹽和水的氧化物，叫兩性氧化物，因此氧化鋁是兩性氧化物。

設計意圖：學生對Al2O3的特性有了較為深入的認識后，需要對其特性有一個觀念上的認識，通過問題3引導學生基于經驗水平、原理水平和探究水平去理解兩性氧化物，認識物質性質，實現深度學習。

（2）氫氧化鋁的性質和制備

【問題4】CaO與水反應可生成Ca（OH）2;Na2O與水反應可生成NaOH。Al2O3與水反應能否生成Al（OH）3呢？

【自主探究2】將Al2O3加入水中，觀察實驗現象。

【結果討論】Al2O3不溶于水，不能與水發生反應。

【問題5】能否通過這種方法制備Al（OH）3呢？有什么方法可以制備Al（OH）3？

【學生思考】不能。可以用可溶性鋁鹽溶液和堿反應來制備氫氧化鋁。

設計意圖：通過類比思想，在問題的層層推進下引發學生思維沖突，讓學生帶著問題思考，開展實驗探究，積極討論，并形成制備Al（OH）3的初步方案，逐步培養學生能根據已有的知識制訂合理的實驗方案。

【自主探究3】氫氧化鋁的制備與性質探究：選擇試劑，讓學生在實驗中體會氫氧化鋁的最佳制備方法。（如圖4）

【學生活動】觀察并記錄現象，寫出氨水、氫氧化鈉分別與硫酸鋁溶液反應的方程式：（1）Al2（SO4）3+6NH3·H2O=2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4;（2）Al2（SO4）3+ 8NaOH=2NaAlO2 +4H2O+3Na2SO4

【問題6】從以上實驗及結論來分析，要制備氫氧化鋁應選擇哪些試劑，不能選擇哪些試劑？

【學生小結】應選擇可溶性鋁鹽和氨水，不能選擇強堿溶液。

設計意圖：讓學生在一組對比實驗中體會兩個實驗之間的異同，然后通過問題讓學生自主選擇試劑。活動層層遞進，引導學生在科學探究中發現Al（OH）3的最佳制備方法，從而提升學生解決問題的能力，幫助學生建立思維模型。

【問題7】能否根據剛才的實驗結果總結一下Al（OH）3的物理性質？

【學生匯報】氫氧化鋁是一種白色膠狀物質，不溶于水。

【銜接過渡】由前面的實驗可知Al（OH）3可溶解于強堿中，而Al（OH）3作為一種堿，它能否溶于鹽酸中呢？

【自主探究4】用新制的氫氧化鋁沉淀與鹽酸溶液反應（如圖5）。

【學生活動】觀察分析現象，并寫出氫氧化鋁與鹽酸反應的化學方程式：Al（OH）3 +3HCl=AlCl3 +3H2O。

【活動小結】根據實驗現象，由學生總結出Al（OH）3的化學性質：既能與強酸反應又能與強堿反應的氫氧化物，是兩性氫氧化物。

設計意圖：讓學生在實驗操作、現象分析的基礎上，通過與Al2O3的性質相比較，形成對Al2O3和Al（OH）3“兩性”性質的深入認識，提升學生解決問題的能力;讓思路方法逐漸外顯，促進知識的遷移，建立基本的化學觀念，幫助學生形成系統的認識。

3.從生活中來，到生活中去——學習明礬凈水原理

【銜接過渡】除了氧化鋁和氫氧化鋁在生活中用處比較多外，鋁的其他化合物還有很多，在日常生活中也有著重要的用途。

【自主探究5】用礦泉水瓶取一瓶渾濁的水，向其中加入1～2 g的明礬，擰上瓶蓋，用力上下振蕩數次后靜置，觀察現象。

設計意圖：讓學生在科學探究中認識明礬的用途，將化學與生活實際結合起來，引起學生的心靈共鳴，培養學生學以致用的能力。在這種模塊化的學習中，學生通過一個個相關“問題”，從學科價值、社會價值的視角去審視化學在生活中的用途，激發了學習興趣和求知欲，學會了學以致用。

【歸納總結】這節課我們主要學習了氧化鋁和氫氧化鋁的性質，性質決定用途，鋁的化合物在我們日常生活中有著重要的用途。我們要善于觀察自然界中的物質，了解它們的性質和用途，以便更好地為我們的生產和生活服務。

七、教學反思

本節課以問題為中心開展課堂教學，基于“目標—任務—活動”整體規劃學生的學習過程，以日常生活場景引入主題，充分激發學生的學習興趣，吸引學生將關注點迅速聚焦到鋁的重要化合物上來。認知沖突是學生已有認知結構與新知識之間無法互相包容而產生的矛盾，是新舊知識之間的不協調，是激發思維的第一步[4]。氧化鋁和氫氧化鋁能與強堿溶液反應，使學生產生認知沖突，將這些矛盾以問題的形式呈現，讓學生在問題的引領下主動探索，幾組探究性實驗更是幫助學生深入地認識問題，從問題的提出、方案的設計、過程的實施、實驗現象的觀察分析并得出結論，到最后抽象概念的形成，極大地調動了學生學習的積極性和主動性，教學的重難點也在問題引導下的探究活動中得到突破。在此過程中，學生的思維逐漸外顯，每個環節學生都積極主動地參與，將陌生問題迅速串聯起來，實現了情境的自主遷移，問題的自主歸類，充分體現了“以人為本”的新課程理念。

化學教學讓學生終身受益的不是具體的專業知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價值觀的化學思想觀念，不是諸如分類、實驗、計算等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問題解決能力的具有化學特點的認識論和方法論[5]。只有不斷探索，將知識以最合適的形式呈現給學生，化學教學才會具有生長性和啟發性，才能給學生展示化學之美，最終幫助學生逐步養成化學學科核心素養。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 陳靜.以人為本，構建和諧的問題交互平臺：“基于問題學習模式”在化學教學中的實踐嘗試[J].化學教與學， 2010（8）：15-17.

[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]? 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心. 普通高中課程標準實驗教科書·化學（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2016.

[4]? 張高豪. 基于認知心理學的化學迷思概念轉化策略：以“離子方程式書寫”為例[J].福建基礎教育研究， 2019（2）：120-121.

[5]? 宋心琦，胡美玲.對中學化學的主要任務專論和教材改革的看法[J].化學教育，2001（9）：9-13.

（責任編輯 羅 艷）