與卡文迪許同行

摘要：以卡文迪許發(fā)現(xiàn)金屬與酸的反應(yīng)為情境，從金屬與酸能否反應(yīng)、金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度、金屬與酸反應(yīng)的化學(xué)原理等三個方面進(jìn)行活動設(shè)計(jì)，并從情境的設(shè)置、過程與方法的培養(yǎng)、化學(xué)觀念的建構(gòu)等方面對這一節(jié)課進(jìn)行了反思.

關(guān)鍵詞：卡文迪許;金屬與酸;教學(xué)設(shè)計(jì);初中化學(xué)

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2021）29-0089-02

2021年3月，筆者受邀為某考察團(tuán)開設(shè)“金屬與酸的反應(yīng)”觀摩課.如何借助這一節(jié)課，凸顯以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為主旨的新課程理念呢？突然，卡文迪許發(fā)現(xiàn)鐵與酸反應(yīng)的史實(shí)呈現(xiàn)在筆者的腦海中，是否可以用科學(xué)家在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中所運(yùn)用的研究方法以及遇到的一系列問題為線索，彰顯真實(shí)情境下的化學(xué)教學(xué)，鑒于此，筆者設(shè)計(jì)了“設(shè)置情境→提出問題→自主探究→小組合作→點(diǎn)撥提升”的活動思路（如圖1所示），讓學(xué)生在“做科學(xué)”的過程中，感悟知識的生成，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和方法.

一、教學(xué)過程

[情境引入]今天，讓我們穿越到400多年前的英國，化學(xué)家卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室里不小心把鐵粉扔到廢棄的稀硫酸中，他發(fā)現(xiàn)鐵粉表面產(chǎn)生了許多氣泡，把鐵粉放到稀鹽酸中，也看到了相同的現(xiàn)象.他非常驚奇，于是開始了一系列的探究，下面就讓我們一起踏上卡文迪許的發(fā)現(xiàn)之旅，來認(rèn)識金屬與酸的反應(yīng)吧！

1.探究活動1（金屬都能與酸反應(yīng)嗎）

（1）提出問題：面對這樣的現(xiàn)象，假如你是卡文迪許，你會展開怎樣的聯(lián)想？

（2）學(xué)生匯報(bào)：①其他金屬是否也能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)呢？②產(chǎn)生的氣體是什么？

（3）引導(dǎo)思考：卡文迪許也是這么想的，你們準(zhǔn)備怎么做呢？

（4）討論交流：①可以選擇不同種類的金屬與稀鹽酸、稀硫酸接觸;②產(chǎn)生的氣體可能是氧氣或氫氣，可用燃著的木條放在試管口檢驗(yàn).

（5）學(xué)生實(shí)驗(yàn)：①取銅片、鋅片、鎂片分別于試管中，分別倒入稀鹽酸或稀硫酸;②用燃著的木條放在試管口.匯報(bào)現(xiàn)象.

（6）歸納小結(jié)：銅片不與稀鹽酸、硫酸反應(yīng)，鋅與鎂都能與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣.

（7）點(diǎn)撥提升：通常把能與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的金屬稱為活潑金屬，反之稱為不活潑金屬，則這三種金屬的活動性強(qiáng)弱為：Mg與Zn比Cu強(qiáng).為了區(qū)分，通常在中間用H隔開，把能與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的金屬排在H前面，不能反應(yīng)的排在H后面.

設(shè)計(jì)意圖：本活動以卡文迪許的發(fā)現(xiàn)展開聯(lián)想，提出問題，讓學(xué)生設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn)，得出并非所有的金屬都能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，同時因勢利導(dǎo)，讓學(xué)生感悟到原來金屬能否與酸反應(yīng)與金屬活動性有關(guān).

2.探究活動2（金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度與什么有關(guān)）

（1）引導(dǎo)思考：卡文迪許在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，金屬與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)時，反應(yīng)的劇烈程度不同，那么金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度與什么有關(guān)呢？

（2）做出猜想：①與金屬和酸的種類有關(guān);②與酸的濃度有關(guān);③與金屬與酸的接觸面積有關(guān);④……

（3）點(diǎn)撥提升：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時，要注意控制變量，如金屬的表面積、酸的種類、濃度等.

（4）制定計(jì)劃：現(xiàn)有鎂片、鋅片、鋅粒、鐵片、鐵粉、5%稀鹽酸、10%的稀鹽酸、10%稀硫酸.請選擇一種猜想進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

（5）實(shí)驗(yàn)探究：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，交流實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論.

（6）歸納小結(jié)：金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度，受金屬和酸的種類、酸的濃度、接觸面積等因素的影響.

（7）質(zhì)疑解惑：有些組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)鋅開始反應(yīng)時比較慢，隨著反應(yīng)的進(jìn)行越來越快，這是為什么呢？（可能是實(shí)驗(yàn)前金屬表面沒有打磨，鋅表面的氧化膜較致密）

設(shè)計(jì)意圖：本活動通過對金屬與酸反應(yīng)劇烈程度的探究，感受探究活動的樂趣，并通過對實(shí)驗(yàn)藥品的選擇，體驗(yàn)對比的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法——控制變量的思想，增進(jìn)對科學(xué)探究的理解;再通過對實(shí)驗(yàn)異常的反思，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的精神和分析問題、解決問題的能力.

3.探究活動3（金屬與酸反應(yīng)的原理是什么）

（1）設(shè)置情景：卡文迪許在進(jìn)行鐵粉與稀硫酸反應(yīng)后，最終發(fā)現(xiàn)溶液變成了淺綠色（實(shí)物展示），鐵與稀硫酸反應(yīng)除了生氣氫氣，還生成什么呢？（提示：①化學(xué)反應(yīng)前后元素守恒;②查閱資料得知，溶液中+2價的亞鐵鹽顯淺綠色）

（2）點(diǎn)撥提升：從粒子的角度分析鐵粉與稀硫酸反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)（如圖2所示），金屬與酸反應(yīng)后得到的金屬化合物以離子的形式分散在水溶液中.

（3）板演分析：板演該反應(yīng)的化學(xué)方程式，并從反應(yīng)前后元素的置換情況，分析反應(yīng)規(guī)律.

（4）學(xué)生實(shí)驗(yàn)：將裝有鋅與稀硫酸反應(yīng)后的溶液試管，放在冰水中降溫，觀察現(xiàn)象.

（5）解釋結(jié)論：寫出鋅與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式.

（6）交流展示：①你能從反應(yīng)物和生成物所屬物質(zhì)類別的角度，說說上述反應(yīng)類型有什么特點(diǎn)呢？②給出4個不同的化學(xué)反應(yīng)，請同學(xué)從中找出與上述反應(yīng)相同的反應(yīng)類型.

（7）歸納小結(jié)：①由一種單質(zhì)和一種化合物生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)屬于置換反應(yīng);②金屬與稀鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)屬于置換反應(yīng).

設(shè)計(jì)意圖：本活動通過微觀圖、學(xué)生實(shí)驗(yàn)等，目的是讓學(xué)生全面認(rèn)識金屬與酸反應(yīng)的化學(xué)原理，針對鐵與酸反應(yīng)生成亞鐵鹽的問題，通過觀察并對比亞鐵與鐵鹽的溶液，形成正確的變化觀;置換反應(yīng)的定義讓學(xué)生自主生成，化學(xué)方程式的書寫讓學(xué)生自主評價，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性.

卡文迪許通過金屬與酸的反應(yīng)制得了氫氣，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)一定量的某種金屬與足量的各種酸（稀鹽酸、稀硫酸等）作用，所產(chǎn)生的氫氣量總是固定的，同時他還發(fā)現(xiàn)氫氣與空氣混合后點(diǎn)燃會發(fā)生爆炸，可惜的是卡文迪許依然對燃素說情有獨(dú)鐘，為了維護(hù)燃素說的地位，他錯誤地認(rèn)為這種氣體（氫氣）是燃素和水的化合物，最終丟掉了對氫元素的科學(xué)發(fā)現(xiàn)權(quán).

二、教學(xué)反思

1.情境邏輯主線明確，貫穿始終

新課程強(qiáng)調(diào)要創(chuàng)設(shè)基于真實(shí)情境的化學(xué)教學(xué)，本節(jié)課以卡文迪許偶然發(fā)現(xiàn)鐵粉與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)的科學(xué)史實(shí)為情境，將科學(xué)家對問題的分析和解決這樣一條邏輯主線貫穿于教學(xué)的始末，并為此設(shè)計(jì)了3個探究活動（金屬都能與酸反應(yīng)嗎、金屬與酸反應(yīng)的劇烈程度與什么有關(guān)、金屬與酸反應(yīng)的原理是什么），下一個活動是上一個活動的邏輯需要，上一個活動是下一個活動的價值背景，3個活動間呈現(xiàn)出清晰的邏輯關(guān)系，學(xué)生按照這種嚴(yán)密的課堂活動邏輯主線，使探究活動更有深度、更有實(shí)效，同時能讓學(xué)生獲得積極的情感體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了情境與化學(xué)知識的有機(jī)融合.

2.實(shí)驗(yàn)探究凸顯，注重過程與方法

科學(xué)探究能力中需要學(xué)生初步具備對比、控制變量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，基于這樣的認(rèn)識，本節(jié)課在進(jìn)行比較金屬活動性強(qiáng)弱的教學(xué)設(shè)計(jì)時，并未囿于教材的實(shí)驗(yàn)，而是進(jìn)行了創(chuàng)新.先是在裝有鎂、鋅和銅這3種不同金屬的試管中，加入稀鹽酸或稀硫酸，根據(jù)是否反應(yīng)比較活動性的強(qiáng)弱，后是提出問題“劇烈程度（或速率）與什么有關(guān)”，讓學(xué)生通過對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和討論，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中的證據(jù)意識和運(yùn)用對比、控制變量的學(xué)科思想，事實(shí)上此時學(xué)生也已經(jīng)具備這樣的能力，通過這樣的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，學(xué)生對比、控制變量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力也就水到渠成的了.

3.知能自然生成，體現(xiàn)觀念建構(gòu)

本節(jié)課將“元素觀”、“微粒觀”、“實(shí)驗(yàn)觀”和“分類觀”等化學(xué)核心觀念滲透于問題解決的探究活動中.以“分類觀”為例，活動一從能否與酸發(fā)生反應(yīng)的角度對金屬進(jìn)行分類，活動三在建立置換反應(yīng)的概念時，在得出金屬與酸反應(yīng)的化學(xué)方程式基礎(chǔ)上，請學(xué)生思考?xì)w納這類反應(yīng)的共同點(diǎn)，此時學(xué)生得出的常常是不準(zhǔn)確的，如都有金屬參與，都生成氫氣等，再出示已學(xué)過的4個不同的化學(xué)反應(yīng)，請學(xué)生比較分析哪一個反應(yīng)與上述反應(yīng)屬于同一類別，學(xué)生在解決問題的活動設(shè)計(jì)中，逐步學(xué)會了從單質(zhì)和化合物的角度進(jìn)行歸納，完善和生成了置換反應(yīng)的概念.

參考文獻(xiàn)：

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[2]朱娟蓉.豐碩的實(shí)驗(yàn)室成果是創(chuàng)建世界一流大學(xué)的基石——對卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的點(diǎn)評，啟示及思考[J].教育教學(xué)論壇，2017（37）：1-2.

[責(zé)任編輯：季春陽]

作者簡介：曹年華（1977.2-），男，江蘇省南通人，本科，中學(xué)高級教師，從事初中化學(xué)教學(xué)研究.