基于發展化學思維的“金屬活動性”教學設計

陳丹丹

(江蘇省蘇州工業園區唯亭學校,江蘇 蘇州 215021)

2022年新課標明確提出要發展學生的科學思維.科學思維主要包括:在解決化學問題中所運用的比較、分類、分析、綜合、歸納等科學方法,基于實驗事實進行證據推理、建構模型并推測物質及其變化的思維能力,在解決與化學相關的真實問題中形成的質疑能力、批判能力和創新意識[1].所以筆者認為,初三教師應重新專研課標,立足學生認知基礎,研讀教材,設計“認識-建構-應用”三重角度,使學生從不同層次認識化學變化、理解化學變化、感悟反應規律,為以后的化學學習奠定思維基礎.因此,筆者從自身教學實踐出發,以“金屬活動性”教學為例,探索在初中階段基于化學學科思維發展的初三化學教學.

1 教材分析與教學思路

“金屬活動性順序表”是滬教版九年級第五章第一節《金屬的化學性質》中的內容,學生通過一系列置換反應對金屬活動性順序進行初步認識.如何引導學生從金屬和酸以及鐵和硫酸銅溶液的反應中充分認識置換反應的規律,對于初中生具有一定的難度.

教材對于本知識點的設計為:通過鎂、鋅、鐵、銅與稀酸反應,得出四種金屬的活動性順序,歸納這幾個反應的化學方程式的共性總結出置換反應的概念,然后利用鐵與硫酸銅溶液反應,深化對置換反應的認識[2].

“最近發展區理論”認為,教師應了解學生所處的發展階段以及他們要解決的問題,幫助學生彌補實際發展水平和潛在發展水平之間的鴻溝,才能使教學超前于發展并引導發展[3].目前學生對化學實驗有著超強的好奇心和想象力,并知道通過實驗現象來解釋和證明結論,可以根據教師的引導得出合理的知識的建構.

針對上述基礎,筆者將金屬與酸或鹽溶液的反應進行邏輯串聯.首先,以鐵粉和硫酸銅溶液的反應引發思考:鐵為什么能和硫酸銅反應?其次,根據化學史實,認識到部分金屬會與酸發生反應.引出新問題:所有金屬都可以和酸反應嗎?通過學生設計并探究四種金屬與酸反應的實驗,形成金屬活動性知識的思維雛形.在此認知基礎上,探究鎂、鋅、銅分別和硫酸銅溶液的反應,使學生分析歸納得出金屬與鹽溶液的反應原理.再回顧金屬和稀酸的反應,猜測氫在金屬活動性順序中的位置,全面完成對基于金屬活動性的置換反應知識內容的建構.然后通過金屬活動性的原理,使學生能預測某些反應是否可以發生.進而向學生展示科學家基于金屬活動性置換反應的規律經過長期摸索,提出的金屬活動性順序表.最后探究一種未知純金屬的成分,引導學生設計實驗,利用本節課金屬活動性的知識,結合根據化學方程式計算的內容,設計實驗對該金屬的成分進行探究,初步培養學生從定性和定量兩方面對物質組成進行研究的思維能力.

2 教學過程

2.1 學生實驗,激起興趣

[學生實驗]在小燒杯中加入少量鐵粉,再倒入少量稀硫酸銅溶液,輕輕晃動燒杯使兩者充分反應,片刻后,觀察現象.(稍過量的鐵粉和硫酸銅反應比較快速且容易觀察到硫酸亞鐵溶液的淺綠色)

設計意圖:以學生實驗導入,活躍課堂氣氛,提出問題.

2.2 回顧歷史,引發思考

[教師]此實驗早在2 000多年前中國古代西漢時期的《淮南萬畢數》中便有記載.這是我國古代人民多次探索而知的反應,但當時并不了解反應的原理.今天讓我們追隨著科學家的腳步,來解開這個奧秘.

設計意圖:以濕法煉銅的史實,增強文化自信.同時,引發學生對此反應原理的思考.

2.3 化學史話,模型初建

[PPT]1625年,化學家意外發現金屬在酸中會“消失”.

[演示實驗]歷史重現:鎂條和稀鹽酸的反應.

[教師]產生的是什么氣體?

[學生]……(引導學生根據化學反應前后元素的種類不變的理論進行合理猜測.)

[教師]其實對于這種氣體到底是什么,科學家經過了漫長的探索.

[PPT]展示卡文迪許和拉瓦錫對金屬和酸反應產生氫氣的探索歷程.

[教師]科學是不斷發展的,當前的認識不一定是終極真理,但科學家為探求真理而勇于對權威質疑的精神和不懈努力值得我們敬畏和學習.回到我們的探索之旅,卡文迪許用了六種金屬和酸反應,說明還有其他金屬可以和稀鹽酸反應,是不是所有金屬都可以和酸反應呢?如果可以反應,各種金屬與酸反應的速率是一樣快的嗎?

[小組討論]如何設計實驗比較不同金屬與酸反應速率的快慢?

[小組實驗設計方案分享]……(體現控制變量法,教師進行適當引導)

[小組實驗]四種金屬分別與稀鹽酸或稀硫酸的反應.

[學生]總結現象,書寫化學方程式,根據化學方程式歸納置換反應的定義,通過與酸反應的劇烈程度分析得出四種金屬活動性的順序:鎂>鋅>鐵>銅.

設計意圖:(1)通過金屬與酸反應產生氣體的猜測和探究,加強化學反應元素守恒觀念,培養學生從化學視角研究物質及其變化規律;(2)通過金屬與酸反應的發現歷程,提出科學是不斷在批判中繼承的,促進學生質疑能力、批判能力的培養;(3)通過設計金屬和酸反應的實驗,滲透控制變量法的思維,增強學生科學探究能力,培養學生與他人分工協作、溝通交流、合作解決問題的能力,使學生能初步運用比較、分析、歸納等方法認識物質及其變化,形成一定的證據推理能力;(4)通過金屬和酸的反應,初步得出四種金屬的活動性順序的知識建構,為解釋鐵和硫酸銅的反應奠定理論基礎.

2.4 總結歸納,概念深化

[教師]本節課開始時我們發現鐵可以將銅從溶液中換出來.其他金屬也可以將銅換出來嗎?請大家利用所給的金屬和硫酸銅溶液進行探究.

[學生實驗]鎂片、鋅片、銅片分別與硫酸銅溶液反應.

[教師]請大家結合實驗現象及PPT給出的鎂、鋅和硫酸亞鐵反應的化學方程式,聯系剛剛所學的金屬活動性順序:鎂>鋅>鐵>銅,猜測金屬能與某些含有另一種金屬元素的化合物溶液進行反應的原理可能是什么?

[學生]金屬活動性強的金屬可以將金屬活動性弱的金屬從它的化合物溶液中置換出來.

[學生實驗]鋁片、銀片分別與硫酸銅溶液反應,觀察現象.

[教師]根據原理,鋁、銅、銀的金屬活動性順序怎么排?

[學生]銅的金屬活動性比鋁弱,比銀強.

[教師]回顧金屬與酸的反應,鎂、鋅、鐵都能將酸溶液中的氫置換出來,而銅不行.氫有類似金屬的性質,若將氫插入四種金屬(鎂、鋅、鐵、銅)的金屬活動性順序中進行排序,應該在什么位置?

[學生]氫排在鐵之后,銅之前.

[教師]非常好,通過能否將另一種金屬從它的化合物溶液中置換出來的方法,我們可以將各種金屬的活動性進行排列,Mg Zn Fe(H) Cu,而科學家經過這樣類似的一系列實驗,得出了金屬活動性順序表.

[PPT]展示金屬活動性順序表.

設計意圖:通過分析比較一系列置換反應,使學生自己提煉出基于金屬活動性的置換反應的原理,深化學生對此類置換反應的認識.再基于對置換反應的新認識,再次分析金屬和酸的反應,明確氫的位置,讓學生對常見金屬活動性順序表內容進一步建構.在學生總結金屬活動性順序的過程中,培養基于實驗事實進行證據推理、建構模型并推測物質及其變化的思維能力.

2.5 觸類旁通,靈活運用

[設問]鋁、錫、金、銀是否能與稀酸反應產生氫氣?

[學生討論]討論出判斷能否與酸反應產生氫氣,需要將金屬的活動性與氫比較.

[總結]如何設計實驗比較銅和銀的金屬活動性強弱?

[學生]用銅和含有銀的化合物溶液或銀和硫酸銅溶液反應.

[學生討論]得出金屬與酸或與金屬化合物溶液反應的原理均為金屬活動性強的金屬將金屬活動性弱的金屬(或氫)置換.

[教師總結]金屬活動性順序可以幫助我們判斷一些反應能不能發生.

[拓展提高]大家桌上的表面皿中各有幾小片未知純金屬,請大家利用桌上的藥品,對該金屬進行探究,推測該金屬可能是什么?

[學生實驗]將該金屬分別與稀鹽酸、硫酸銅等物質反應,并利用控制變量法對比該金屬與其他金屬和酸反應的速率.

[學生討論]該金屬活動性比什么金屬弱,比什么金屬強.

[拓展提高]我們初中所學的金屬活動性順序表并沒有將所有的金屬進行排列,還有很多金屬并不在這個表里,如何進一步對該純金屬成分進行確認?我們可以通過計算的方式.已知該金屬與酸反應后在溶液中顯+2價,2.4 g該金屬與酸充分反應生成0.1 g氫氣,請同學們計算它的相對原子質量,并根據相對原子質量翻閱教材后面的元素周期表中相對原子質量的數據,大致確認該純金屬是什么.

設計意圖:根據歸納得出的反應原理以及金屬活動性順序表,設計一系列問題,使學生能夠運用金屬活動性順序表解答問題.通過對未知金屬的探究,深入了解金屬活動性的應用,并聯系上一章利用化學方程式計算內容進行知識串聯,培養學生對未知物質進行定性到定量研究的思維模式.

3 教學反思

本教學內容采用問題驅動模式,在置換反應原理的探究學習過程中,問題或情節環環相扣,學生自主通過實驗獲得新知識,完成對金屬活動性知識的建構并將其進行靈活運用.整個過程學生的主體作用和教師的主導作用都得到充分的體現,圍繞金屬活動性的應用促進學生多角度分析和解決問題,引導學生建構對化學變化的結構化認識,形成認識化學反應的思路與方法,并發展對化學變化的定量認識和推理能力,促進化學學科思維的形成.由于金屬活動性教學是金屬的化學性質這節課中的一個片段,囿于課堂時間限制,無法對個別問題進行充分討論,并做一定量的練習加以鞏固,因此不夠圓滿.