基于模型认知与建构的元素化学教学设计探析

李灵敏

[摘   要]新课程标准提出了要发展学生的化学学科核心素养，核心素养的获得关键靠课堂教学。以《镁的提取及应用》教学设计为例，从模型认知与建构的角度对元素内容进行教学设计与探析，结合情景引入、层层设问、分组实验、联系实际、深入推进等环节，逐步实现学生核心素养的发展。

[关键词]镁的提取;实验探究;模型认知;教学设计

[中图分类号]   G633.8        [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2018）35-0060-02

一、教学与评价目标

1.教学目标

（1）通过海水中镁的提取过程，认识含镁物质及其转化关系，建立物质性质与物质用途的关联;

（2）通过实验探究镁的主要化学性质，初步形成基于物质类别、元素价态和原子结构对物质的性质进行预测和检验的认知模型;

（3）了解镁及其化合物的重要用途，深刻认识化学对满足人们日益增长的生活需要的重大贡献。

2.评价目标

（1）通过自主预习预测镁的性质，诊断学生基于前期所学经验使用模型认识物质的水平（经验水平、系统水平）;

（2）通过对含镁物质及其转化关系的讨论和点评，诊断并发展学生对物质及其转化思路的认识水平（孤立水平、系统水平）;

（3）通过镁的提取过程中试剂的选择、加热方法的确立等，诊断学生根据已知信息解決实际问题的能力水平（孤立水平、系统水平）及其对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角）。

二、教学与评价思路

三、教学过程

1.情景引入，学生尝试，激发兴趣，引出主题

【情景】观看《野外生存与挑战》节目——点火工具“打火棒”的使用，并请一位学生自愿上讲台来试一试。

【学生】根据视频介绍，利用打火棒引燃一张白纸。

【提问】打火棒是什么材料做的，如何提炼？

设计意图：联系生活实际，让学生感受化学魅力，培养学生的科学态度与社会责任感;同时激发学生学习兴趣，引发学生对“打火棒主体材料是什么，如何提炼”等问题的积极思考，为本堂课接下来的探究奠定基础。

2.层层设问，分组实验，遭遇困惑，不断优化

【教师】介绍镁在地壳和海水中的存在形式和含量。

【设问1】从矿石中提取镁与从海水中提取镁，哪个更合适？为什么？

【学生】从海水中提取镁更合适。因为原料来源丰富，而且矿石作业容易产生粉尘。

【设问2】我们该如何从海水中分离出Mg2+ 呢？（每个小组面对自己桌上放着的那瓶海水进行讨论）

【学生】讨论之后，各组代表回答：①先加NaOH溶液再过滤;②先加Ca（OH）2溶液再过滤;③先加Na2CO3溶液再过滤;等等。

【学生】分组实验，发现海水中直接加NaOH溶液，加得再多也没有明显的沉淀。（学生心中充满困惑）

【教师】我们通过实验发现，直接往海水中加试剂，效果非常不明显，现在用浓缩海水试试。

【学生】再次分组实验，看到明显沉淀。

【设问3】为什么海水直接加NaOH试剂没有沉淀产生？有没有必要专门对海水进行浓缩？

【学生】因为海水中镁离子的浓度太低，所以有必要将海水浓缩成母液。

设计意图：“学起于思，思源于疑。”富含思考性是课堂生命力所在，学生若能够积极思考，主动质疑，就能变“被动接受”为“主动发现”，从而实现自主学习。本实验看似非常简单，就是让海水中的Mg2+沉淀下来以便分离，但实验结果却出乎意料，学生肯定会产生疑惑，会去思考，于是就有了思考的空间，进而培养“科学探究”与“创新意识”之化学核心素养。

3.联系实际，捕捉信息，迎难而上，获取新知

【设问4】那么实际生产中，我们应该选择什么作为沉淀剂？

【PPT投影】

【学生】根据表格信息进行筛选，选择Ca（OH）2。

【设问5】实际生产中我们选择物美价廉的石灰乳，使镁离子转化为Mg（OH）2，那么又如何实现从Mg（OH）2到Mg的生产呢？

【学生】分组讨论，各组代表发言，最终汇总出以下几个方案：

①加热氢氧化镁，制得氧化镁，用C等置换Mg;②加盐酸，制得氯化镁，再用钾或钠来置换镁;③加盐酸，制得氯化镁，然后电解（教材上有）;④加热氢氧化镁，制得氧化镁，再电解。

【追问】现在我们来看看方案①行不行得通？

【教师】演示实验

步骤：（1）向一定量的装有碳酸钠粉末的集气瓶中加入稀硫酸;

（2）用燃着的木条检验CO2是否已经收集满;

（3）点燃镁条并插入收集满CO2的集气瓶中。<E：＼教育学院杂志社＼中学教学参考＼中学教学参考2018年12月（理科中旬）＼h2.tif>

【学生】描述现象，得出结论： 2Mg+CO2=2MgO+C。

【设问6】通过实验事实我们发现存在上述反应，接下来请大家判断该反应的还原剂和还原产物，并结合还原性强弱规律分析C能否置换出Mg。

【学生】还原剂是Mg，还原产物是C;根据“还原剂的还原性大于还原产物”这一规律，C不可能置换出Mg。

【教师】实验事实告诉我们用C置换镁是行不通的，选择用K的确可以，但是K比较贵，所以我们只能考虑用电解法来制取Mg。那么是电解MgCl2 好，还是电解MgO好呢？

【PPT投影】

表3   几种物质的熔点

[物 质 MgO MgCl2 MgSO4 熔点/℃ 2825 714 1327 ]

【学生】结合表中信息选择电解MgCl2。

【追问】是电解MgCl2 溶液，还是电解熔融的MgCl2？

【学生】思考讨论，并结合电解饱和食盐水和电解熔融的NaCl的情况，得出应该选择电解熔融的MgCl2 。

设计意图：联系工业生产实际，沿着学生已有知识与思维模型，层层设问，逐个突破，建构新的模型认知：建立认识事物的一般认知模型，根据已有经验进行假设，通过实验或推理进行证伪。此外，本环节还通过多张图表数据，来引导学生对信息进行筛选、类比、分析、推理，并得出结论，逐步发展他们的思维能力和创新素养。

4.深入推进，交流讨论，展示自我，提升能力

【教师】通过电解熔融的MgCl2，我们终于得到了单质镁，那么镁还有哪些化学性质呢？

【学生】结合预习学案，根据镁的原子结构预测镁的化学性质。

【教师】点评学生的预测情况，完善镁的化学性质。

【设问7】从海水到镁，再到镁的性质，这整个过程大家是否可以用流程图来表示？请设计海水到镁以及镁及其化合物转化关系的整体框架图，并进行展示、交流与评价。

【学生】展示分享与交流成果。

设计意图：学生在交流与讨论中绘制出镁的提取流程图，并认识镁及其化合物的相互转化关系，建立起元素化合物学习的一般认知模型，并能将这种认知模型推广到其他元素及其化合物的学习中去。

四、教学反思

本节课的课堂主线明确、条理清晰，围绕如何从海水中提取镁这一过程，通过层层设问、实验操作、分组討论、信息提示与处理等形式把中间遇到的小难关一个个攻破，顺利完成本节课新知识的学习。整堂课的设问有梯度，符合学生从感性到理性的认知过程，并通过元素化合物学习的一般认知模型，建构海水到镁以及镁及其化合物转化关系的知识网络图，有效促进学生的认知发展，不断完善学生的整体思维，提高学生的化学学科核心素养。

[  参   考   文   献  ]

[1]  王祖浩.普通高中课程标准实验教科书：化学1（必修）[M].南京：江苏教育出版社，2009.

[2]  中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]  付勇，房寿高，吴星.简析化学文化与化学教育[J].化学教育，2006（6）：12-14.

（责任编辑 罗 艳）