渗透学科思想的教学

尚修正

摘 要：在进行化学教学的过程中，如果忽视学科思想的渗透，很有可能造成“只见树木不见森林”，学生缺乏有效建构知识过程中运用到的学科方法、学科思想，这将影响到学生学习成绩和学生的发展。如果在进行元素化合物知识教学过程中，能有效渗透学科思想，学生就能有效建构知识点的关系网，理解元素化合物转化主线。目前的高考题也越来越重视学科思想方法的考查。因此在教学中渗透学科思想，也应该引起教师的重视。

关键词：学科思想；铝的重要化合物；元素化合物教学

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）24-212-03

通常来讲，一个学科由学科知识、学科能力和学科思想三部分组成，其中学科思想是学科的灵魂和核心。在进行化学教学的过程中，如果忽视学科思想的渗透，很有可能造成“只见树木不见森林”，学生缺乏有效建构知识过程中运用到的学科方法、学科思想，这将影响到学生学习成绩和学生的发展。

对于元素化合物知识，学生普遍觉得知识点多而杂，解题方法技巧性较强。如果在进行元素化合物知识教学过程中，能有效渗透学科思想，学生就能有效建构知识点的关系网，理解元素化合物转化主线。在元素化合物知识教学中，常见的学科思想方法有：1.“结构决定性质、性质决定用途”；2.通过对物质进行分类，运用比较和联想思想；3.数形结合；4强弱规律；5微粒观；6.科学探究，包括实验探究；7.运用化学史，体现化学史的知识和教育价值等。本文以人教版必修1第三章第二节——铝的重要化合物为例，具体阐释怎么样渗透化学学科思想。

一、引入新课

[讲述]著名物理化学家和化学教育家傅鹰说“化学给人以知识，化学史给人以智慧”，我们追寻古人和科学前辈的足迹，去了解铝的历史、铝发展，来获得有关铝的认识。

[ppt呈现] 科学史话 铝的价值几何：1746年，拉瓦锡（法国）证实不能用C还原Al2O3；1852年，奥尔斯泰（丹麦）用钾汞齐还原无水氯化铝，然后再真空条件下蒸馏出去汞，人类第一次得到几毫克的铝粉；1854年，戴维尔（法国）用金属Na还原NaAlCl4，得到纯度为97%的铝；1855年，巴黎国际博览会上，展出了一小块铝，标签上写到：“来自粘土的白银”，当时铝比黄金还贵，铝成为达官贵人炫耀财富的饰品；1886年，霍尔（美国）和埃鲁（法国）分别独立地发现了用冰晶石Na3AlF6作为助熔剂，通过电解熔融Al2O3制备铝的方法，从此人类找到大规模、廉价的获得金属铝的方法，铝价身价大跌成为“平民金属”；1892年，拜耳（奥地利）发明了用碱液从铝土矿中提取氧化铝的方法，这一方法与霍尔电解法结合奠定了现代工业电解法冶炼铝的基础。

[问题讨论]在1885年，铝价怎能比黄金？是什么使得铝身价大跌呢？用化学方程式解释霍尔电解法生产铝的原理。

[讲述]门捷列夫曾经说过：科学不但给人以知识，还能创造真正的精神和物质财富，更能创造出我们不能获得的东西。正式由于化学工业技术的进步，铝的大规模的使用才有可能。

学科思想：运用化学史，体现化学史的知识和教育价值。著名物理化学家和化学教育家傅鹰说“化学给人以知识，化学史给人以智慧”，通过金属铝的化学史的介绍，了解铝的发展历史、铝的冶炼方法，了解化学技术的进步对人类生产生活的影响。

二、Al2O3、Al（OH）3的性质

1、Al2O3的物理性质

[讲述]既然电解铝的过程中使用了氧化铝，那么氧化铝的物理性质、化学性质如何？

物质 Na2O MgO CaO Al2O3 Fe2O3 CuO

熔点 1275?C 2800℃ 2572℃ 2050℃ 1565℃ 1326℃

[阅读资料]阅读下面的表格1和资料，总结氧化铝的用途，并解释氧化铝具有这些用途的原因是什么？

表1常见氧化物的熔点

资料：天然存在的氧化铝——刚玉的硬度仅次于金刚石，是价廉的磨料、切割工具；熔点高于2000℃的物质可以作特级耐火材料，如制作耐火坩埚、耐火管、高温金属陶瓷；氧化铝在陶瓷工业中常做增白剂；④铝制品通常利用阳极氧化处理其表面从而形成致密氧化膜，保护内层金属

学科思想：性质决定用途，用途反映性质。从氧化铝的用途着手，反推氧化铝的物理性质。避免说教式介绍氧化铝的物理性质。

2、Al2O3的化学性质

[讲述]在第一节学习金属的有关性质时，我们学习到了铝与酸碱溶液的反应。不知同学们是否还记得实验现象，它有何特殊之处呢？

[实验视频]在两支试管中分别加入5 mL盐酸和5 mL氢氧化钠溶液，再分别放入一小段铝片。观察实验现象。

[问题讨论]两支试管中为什么刚开始没有气体产生，后来有气体产生？

[讲述]刚开始时没有气体?金属铝表面有氧化铝，氧化铝与酸、碱反应没有产生气体。一段时间后均有气体产生?氧化铝已经反应完全，金属铝与酸、碱反应产生了气体。说明氧化铝对金属铝的保护也是有限度的，在强酸、强碱条件下，氧化铝也是“泥菩萨过江，自身难保”。

[问题讨论]氧化铝为什么能和酸反应？哪些氧化物能酸反应？

[讲述]从氧化铝所属类别看，Na2O、MgO、CaO、Al2O3属于碱性氧化物：

Na2O+2HCl=2NaCl+H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O，CaO+2HCl=CaCl2+H2O ，

这些反应的实质均为O2-和H+反应（渗透微粒观）。氧化

铝也属于碱性氧化物，和酸反应应该和前几者类似：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O。

[问题]氧化铝为什么能和碱反应？能和碱反应的氧化有哪些？

[讲述]说明氧化铝应该和CO2类似?均为酸性氧化物。CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，产物Na2CO3得出可以这么理解：Na2CO3中Na+?碱对应阳离子，CO32-?酸性氧化物对应酸根离子。

[问题]氧化铝对应的酸根离子可能是是什么？在哪里学过含铝的阴离子？

[讲述]氧化铝对应的酸根离子可能是AlO2-，于是得到氧化铝和NaOH溶液反应方程式：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。

学科思想：微粒观，类比思想。在比较的基础上根据根据两个事物在某些方面的相似或相同的属性，推测在其他方面也可能相同或相似。通过类比可以得出未知物质的性质。类比推理一般有下列模式[1]：若①A事物具有性质a，b，c，d ②B事物具有性质 ， ， 则③B类事物可能具有性质 。类比推理的核心是求同存异，获取新知。通过类比思想，降低Al2O3的化学性质学习的难度，使得推测出来的结果可靠可信。

3、Al（OH）3的制备

[讲述]了解和掌握物质的性质不是化学工作者最终目的，最终目的之一是制备和创造物质（自然界原来没有的物质）

[问题讨论]在实验室怎么制备一定量的NaOH、Ca（OH）2？如果现在实验室有铝片、稀盐酸、氢氧化钠溶液、氨水、硫酸铝溶液、蒸馏水，怎么样制备Al（OH）3？说出你的设计方案。

[学生方案总结]方案一：Al+H2O→Al（OH）3 方案二：Al2O3+H2O→Al（OH）3 方案三：Al2（SO4）3+NH3 H2O→Al（OH）3 方案四：Al片+稀盐酸+稀氨水→Al（OH）3 方案五：Al片+稀盐酸+ NaOH溶液→Al（OH）3 方案六：Al片+NaOH溶液→Al（OH）3 方案七：Al片+NaOH溶液+稀盐酸→Al（OH）3

[问题讨论]方案一、二、六是否可行？

[讲述]方案一因铝不能在水中溶液也不能跟水反应、方案二因氧化铝不能在水中溶液也不能跟水反应，方案六制备出来的是NaAlO2，这些实验方案都是错误的。其它方案都有可能制备出Al（OH）3。

[问题讨论]其余方案中，试剂（药品）加入有多少种滴加顺序？改变滴加顺序实质上改变什么？

[讲述]改变滴加顺序实质上改变的是物质的相对用量。

[分组实验]分几个小组：第1小组使用方案3制备，观察并记录现象，下同。第2小组使用方案3（和第一组试剂滴加顺序相反），第3小组使用方案4（注意稀盐酸用量），第4小组使用方案4（和第三小组试剂滴加顺序相反，注意稀氨水用量），第5小组使用方案5（注意稀盐酸用量），第6小组使用方案7（注意强氧化钠溶液用量）。

表2小组实验结果

小组 1 2 3 4 5 6

方案 3 3（滴加顺序相反） 4 4（滴加顺序相反） 5 7

现象 有白色沉淀 有白色沉淀 滴加氨水有白色沉淀，继续滴加氨水沉淀未明显溶解 滴加稀盐酸没有沉淀生成 滴加氢氧化钠有白色沉淀，继续滴加氢氧化钠沉淀消失 滴加稀盐酸有白色沉淀，继续滴加稀盐酸沉淀消失

[问题讨论]小组1、2现象为何一致，这说明什么？小组5、6现象类似，为什么刚开始有沉淀，后来沉淀消失？这能说明什么？你能写出这些反应对应的方程式吗？小组3、4仅仅是试剂滴加顺序不同为何现象明显不同？

[讲述]1、2两小组现象说明，Al2（SO4）3+6NH3 H2O=2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4（弱碱制备更弱的碱），Al（OH）3不能被NH3 H2O溶解。第5小组现象说明，2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑，AlCl3+3NaOH=Al（OH）3↓+3NaCl（强碱制备弱碱），生成的Al（OH）3可以被NaOH溶解，第6小组现象说明：2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑，NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al（OH）3↓，生成的Al（OH）3可以被HCl溶解。小组4说明铝片不能和氨水反应，滴加稀盐酸时稀盐酸和氨水反应生成氯化铵。小组3反应原理和小组5类似，只是Al（OH）3不能被氨水溶解。

[问题讨论]Al（OH）3可以被HCl溶解，也可以被NaOH溶解？能和碱反应的物质属于哪些类别物质？Al（OH）3能和碱反应，说明Al（OH）3属于哪类物质？

[讲述]H+ + AlO2- + H2O?Al（OH）3?Al3+ + 3OH-，实际上Al（OH）3和铝酸H3AlO3是同一个物质。

NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al（OH）3↓可以看成盐酸制备出了铝酸H3AlO3。Al（OH）3在强碱性条件下会发生酸式电离Al（OH）3?H+ + AlO2- + H2O，在这种条件下Al（OH）3表现出酸

性——铝酸H3AlO3，因此Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+H2O，相当于弱酸和碱反应，制备出了更弱的酸——H2O。

[问题讨论]1.上述方案3、4、5、7能否制备出Al（OH）3？这些方案中哪些较好？2.课本上是怎么样制备Al（OH）3的？为什么不用强碱如NaOH来制备？

学科思想：强弱规律，科学探究。利用“强电解质可以制备弱电解质，弱电解质可以制备出更弱的电解质”，这一原理来深刻理解有关氢氧化铝的反应。其次，用科学探究的方法来讨论制备Al（OH）3的方法。科学探究并不等同于动手操作、进行实验活动，凡是有利于学生建构知识体系、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动都属于科学探究范畴。 逻辑推理探究在教材中主要有两种类型：一种是在学生原有认知基础上 通过猜想与假设，运用已掌握的化学规律 从理论上推导出新的化学规律。它注重理论推导。另一种是利用化学实验，在实验基础上，通过对实验结论的分析、综合、比较、归纳和演绎等逻辑推理得出化学规律，它注重逻辑推理[2]。

在做实验之前对方案的评判、指导，如“[问题讨论]方案一、二、六是否可行？”、“[问题讨论]其余方案中，试剂（药品）加入有多少种滴加顺序？改变滴加顺序实质上改变什么？”都属于落体推理探究，这也是科学探究重要形式；其后分小组实验则是实验探究，这是通常教师比较熟悉的科学探究方式。

4、铝的化合物转化关系总结

[问题讨论]通过氧化铝和氢氧化铝的性质的学习，现在你能否总结铝的化合物（氧化铝和氢氧化铝）的重要性质，及其之间转化关系？试着以概念图的方式，画出物质间转化关系：

图1概念图示例图

[小结]氧化铝的性质，氢氧化铝的制备方法

三、启示

元素化合物知识的教学，物质化学性质、制备、用途是核心。如果单纯就知识论知识，必然造成知识点乱、杂、多，若能在教学过程中有效渗透学科思想，必然会对学生长远发展有利。目前的高考题也越来越重视学科思想方法的考查[3]，这是和素质教育的本质要求是吻合的。在教学中渗透学科思想，也应该引起教师的重视。

参考文献：

[1] 林肃浩.《更高妙的高考化学思想方法》[M].杭州：浙江大学出版社，2012.

[2] 周存军.化学思想和方法培养的探究性教学[J].现代教育科学·普教研究，2010，（6）.

[3] 孙建明.王后雄.基于学科思想方法整合的高考化学命题研究[J].课程·教材·教法，2014，34（3）