“基于问题学习”模式下的《铝的重要化合物》教学设计

李志新 蒲金凤 马秀平

[摘   要]教学中教师通过实施“基于问题学习”的教学模式，让学生在问题情境中认识Al2O3和Al（OH）3的性质，在实验探究中了解铝的重要化合物之间的转化关系，建立认识物质世界的思考模式，培养学生发现问题、探究问题、解决问题的能力，加強学生对知识的应用，发展学生的核心素养。

[关键词]铝的重要化合物;基于问题学习;教学设计

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）20-0063-04

一、“基于问题学习”模式及其特点

“基于问题学习”模式是通过将学习者置于积极的问题角色，并让他们对现实世界中所映像的劣构型问题进行深入探究，同时发展问题解决策略和学科知识技能的一种教学模式[1]。该模式强调把学生置于真实、有意义的实际情境中，让学生在师生交流、小组合作、实验探究等形式下学习科学知识，解决实际问题，提升学习能力。教学中教师可根据教学目标，分析学科内容，设计问题，让学生在多情境下去搜集资料，深入分析问题，小组合作交流，从而解决问题并发展化学思维。

化学教学应将化学知识与技能学习、化学观念建构、科学探究等融为一体，帮助学生形成正确的学科价值观念。如“铝的重要化合物”教学中教师可应用“基于问题学习”模式，引入大量活动素材，通过一系列生活性、挑战性和可操作性的问题，使学生通过活动的交互与协作参与到课堂教学中来，从而改变学习模式，提高学习兴趣和参与度。

二、教学设计基本思想

铝作为一种典型的金属，既有金属的共性，也有其特性，通过认识铝的重要化合物，可以让学生在实验探究中学习物质的性质，实现物质的转化，认识物质及其转化在促进社会进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值[2]。

以“问题”为线索，让学生在探究中认识铝及其化合物之间的转化关系，建立铝及其化合物之间的“物质—化合价”转化二维图（如图1）。教学中可以让学生用类比、推理的方法去探索问题，形成认识物质世界的思维模式。

本节课的教学重点为Al2O3和Al（OH）3的两性以及氢氧化铝的制备。教师应基于学生对实验探究的好奇心理开展教学，让学生在探究中体会Al2O3和Al（OH）3性质的特殊性，建立个性与共性之间的辩证关系，丰富学生的认知，提升学生的学习能力，发展学生的核心素养。

三、教学情况分析

1.教材分析

铝作为生活中应用广泛的金属，学习其化合物的性质对学生认识物质世界具有重要作用。教材中主要通过两个实验探究、六个化学反应、一个“学与问”、一个资料卡片来介绍铝的几种重要化合物[3]。

Al2O3和Al（OH）3能够与NaOH溶液反应，学生对这部分知识的学习具有认知和思维上的冲突，因此该部分知识为实验探究和理论知识学习提供了丰富的感性材料，能更好地帮助学生从化学事实的角度去探索物质的性质，然后回归到氧化铝和氢氧化铝的“两性”概念上来，由表及里地深化学生对物质性质的理解。

同时，学生掌握这种学习方法后就可以驾轻就熟地学习非金属及其化合物的内容。此外，明矾净水、Al（OH）3治疗胃病等知识的学习可以让学生真正认识化学在促进社会和谐发展、改善人类生活环境等方面所起到的重要作用。

2.学情分析

高一学生对化学具有强烈的好奇心，特别对实验探究充满期待和向往，因此充分利用实验创设教学情境，激发学生学习兴趣，显得尤为重要。通过第一章和第二章的知识学习，学生建立了从实验学化学的思想，掌握了实验探究的基本方法和步骤，能够从实验中收集信息，并对信息进行加工。

在学习了分类法后，学生初步形成了“单质→氧化物→氢氧化物→盐”的认知主线，同时氧化还原、离子反应、物质的量等知识，是本节课的知识、技能和认知的基础，而学生对实验现象的综合分析能力、思维能力、探究能力仍有待进一步培养和提高。

四、教学及评价目标

1.教学目标

（1）通过Al2O3和Al（OH）3的化学性质，掌握两性氧化物和两性氢氧化物的概念。

（2）会用离子方程式表示Al2O3和Al（OH）3的重要化学反应。

（3）基于Al（OH）3的两性，掌握其制备方法。

2.评价目标

（1）通过实验认识Al2O3和Al（OH）3的两性，培养学生的科学素养，诊断学生科学探究的水平。

（2）通过选择Al（OH）3的实验室制备方法，完善学生的创新思维能力，诊断学生用对比的方法认识事物和全面分析事物的逻辑思维能力。

（3）通过明矾净水、Al（OH）3治疗胃病等知识的学习，培养学生从化学视角关注生活的习惯，体会化学对人类生活的重要影响。

五、教学重难点

教学重点：（1）Al2O3和Al（OH）3与强碱的反应;（2）Al（OH）3的制备。

教学难点：两性氧化物和两性氢氧化物的概念。

六、教学过程

1.多情境引入——明确学习任务

【信息引入】出示生活中常见的两种含铝化合物：（1）食品膨松剂——泡打粉，泡打粉是一种复合膨松剂，又称为发泡粉和发酵粉，主要用作面制食品的快速疏松剂，其中一种配方为：钾明矾、碳酸氢钠、碳酸钙、淀粉、糖精钠、香兰素;（2）治疗胃酸的药物——复方氢氧化铝片，用于缓解胃酸过多引起的胃痛、胃灼热感、反酸，也可用于慢性胃炎。每片含氢氧化铝0.245克、三硅酸镁0.105克、颠茄流浸膏0.0026毫升。（如图2）

【问题1】这些物质中都与哪种元素有关？

【学生活动】阅读信息，观察图片，讨论交流，找出学习主题——铝的重要化合物。

【课程推进】展示一组图片：美丽的红宝石、蓝宝石、纯刚玉等（如图3），这些物质中都是含有铝元素的化合物。本节课我们重点研究一下铝的几种重要化合物。

设计意图：以生活中的常见物质为切入点，充分利用交互空间将多种情境线索融合在一起，让学生知道生活中这些物质都是铝的化合物，有针对性地组织学生活动，让学生能够迅速进入学习主题。

2.问题情境学习——在问题情境中探究、思考

（1）氧化铝（Al2O3）的性质

【衔接过渡】图3中展示的宝石的主要成分是Al2O3，这节课我们首先就来学习和认识一下铝的氧化物。

【自主阅读】让学生阅读课本第58页第1自然段，要求学生归纳Al2O3的物理性质和用途。

【学生归纳】小组交流，汇报展示：纯净的氧化铝是白色无定形粉末，俗称矾土，密度3.9～4.0 g/cm3，熔点2050 ℃，沸点2980 ℃，不溶于水，它是铝电解生产中的主要原料。

设计意图：在课堂上给学生一定的阅读时间，让学生养成会阅读、善阅读的习惯，并学会从材料中找到最具有价值的信息，培养学生的自主学习能力和归纳能力。

【问题2】通过学习我们已经知道铝片能与酸和强碱溶液反应，Al2O3是否与铝的性质相似，也能与酸和强碱溶液反应呢？

【自主探究1】开展实验探究，观察Al2O3与稀硫酸、NaOH溶液的反应。

【结果汇报】Al2O3既能与稀硫酸反应，又能与NaOH溶液反应，方程式为：（1）Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O;（2）Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。

设计意图：基于问题情境开展实验，让学生观察、记录并描述实验现象，掌握物质及其转化的关系，并思考Al2O3与其他常见金属氧化物的区别与联系，培养学生的问题意识及运用已学知识解决问题的能力，将化学知识、技能的学习与核心素养培养紧密联系起来。

【信息资料】从物质分类的角度，把氧化物分为酸性氧化物和碱性氧化物。酸性氧化物是指与碱反应生成盐和水的氧化物，而碱性氧化物是指与酸反应生成盐和水的氧化物。

【问题3】请根据这段资料结合所学知识判断Al2O3属于什么氧化物。

【小结】 既能与酸又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫两性氧化物，因此氧化铝是两性氧化物。

设计意图：学生对Al2O3的特性有了较为深入的认识后，需要对其特性有一个观念上的认识，通过问题3引导学生基于经验水平、原理水平和探究水平去理解两性氧化物，认识物质性质，实现深度学习。

（2）氢氧化铝的性质和制备

【问题4】CaO与水反应可生成Ca（OH）2;Na2O与水反应可生成NaOH。Al2O3与水反应能否生成Al（OH）3呢？

【自主探究2】将Al2O3加入水中，观察实验现象。

【结果讨论】Al2O3不溶于水，不能与水发生反应。

【问题5】能否通过这种方法制备Al（OH）3呢？有什么方法可以制备Al（OH）3？

【学生思考】不能。可以用可溶性铝盐溶液和碱反应来制备氢氧化铝。

设计意图：通过类比思想，在问题的层层推进下引发学生思维冲突，让学生带着问题思考，开展实验探究，积极讨论，并形成制备Al（OH）3的初步方案，逐步培养学生能根据已有的知识制订合理的实验方案。

【自主探究3】氢氧化铝的制备与性质探究：选择试剂，让学生在实验中体会氢氧化铝的最佳制备方法。（如图4）

【学生活动】观察并记录现象，写出氨水、氢氧化钠分别与硫酸铝溶液反应的方程式：（1）Al2（SO4）3+6NH3·H2O=2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4;（2）Al2（SO4）3+ 8NaOH=2NaAlO2 +4H2O+3Na2SO4

【问题6】从以上實验及结论来分析，要制备氢氧化铝应选择哪些试剂，不能选择哪些试剂？

【学生小结】应选择可溶性铝盐和氨水，不能选择强碱溶液。

设计意图：让学生在一组对比实验中体会两个实验之间的异同，然后通过问题让学生自主选择试剂。活动层层递进，引导学生在科学探究中发现Al（OH）3的最佳制备方法，从而提升学生解决问题的能力，帮助学生建立思维模型。

【问题7】能否根据刚才的实验结果总结一下Al（OH）3的物理性质？

【学生汇报】氢氧化铝是一种白色胶状物质，不溶于水。

【衔接过渡】由前面的实验可知Al（OH）3可溶解于强碱中，而Al（OH）3作为一种碱，它能否溶于盐酸中呢？

【自主探究4】用新制的氢氧化铝沉淀与盐酸溶液反应（如图5）。

【学生活动】观察分析现象，并写出氢氧化铝与盐酸反应的化学方程式：Al（OH）3 +3HCl=AlCl3 +3H2O。

【活动小结】根据实验现象，由学生总结出Al（OH）3的化学性质：既能与强酸反应又能与强碱反应的氢氧化物，是两性氢氧化物。

设计意图：让学生在实验操作、现象分析的基础上，通过与Al2O3的性质相比较，形成对Al2O3和Al（OH）3“两性”性质的深入认识，提升学生解决问题的能力;让思路方法逐渐外显，促进知识的迁移，建立基本的化学观念，帮助学生形成系统的认识。

3.从生活中来，到生活中去——学习明矾净水原理

【衔接过渡】除了氧化铝和氢氧化铝在生活中用处比较多外，铝的其他化合物还有很多，在日常生活中也有着重要的用途。

【自主探究5】用矿泉水瓶取一瓶浑浊的水，向其中加入1～2 g的明矾，拧上瓶盖，用力上下振荡数次后静置，观察现象。

设计意图：让学生在科学探究中认识明矾的用途，将化学与生活实际结合起来，引起学生的心灵共鸣，培养学生学以致用的能力。在这种模块化的学习中，学生通过一个个相关“问题”，从学科价值、社会价值的视角去审视化学在生活中的用途，激发了学习兴趣和求知欲，学会了学以致用。

【归纳总结】这节课我们主要学习了氧化铝和氢氧化铝的性质，性质决定用途，铝的化合物在我们日常生活中有着重要的用途。我们要善于观察自然界中的物质，了解它们的性质和用途，以便更好地为我们的生产和生活服务。

七、教学反思

本节课以问题为中心开展课堂教学，基于“目标—任务—活动”整体规划学生的学习过程，以日常生活场景引入主题，充分激发学生的学习兴趣，吸引学生将关注点迅速聚焦到铝的重要化合物上来。认知冲突是学生已有认知结构与新知识之间无法互相包容而产生的矛盾，是新旧知识之间的不协调，是激发思维的第一步[4]。氧化铝和氢氧化铝能与强碱溶液反应，使学生产生认知冲突，将这些矛盾以问题的形式呈现，让学生在问题的引领下主动探索，几组探究性实验更是帮助学生深入地认识问题，从问题的提出、方案的设计、过程的实施、实验现象的观察分析并得出结论，到最后抽象概念的形成，极大地调动了学生学习的积极性和主动性，教学的重难点也在问题引导下的探究活动中得到突破。在此过程中，学生的思维逐渐外显，每个环节学生都积极主动地参与，将陌生问题迅速串联起来，实现了情境的自主迁移，问题的自主归类，充分体现了“以人为本”的新课程理念。

化学教学让学生终身受益的不是具体的专业知识，而是影响他们世界观、人生观和价值观的化学思想观念，不是诸如分类、实验、计算等特殊的方法和技能，而是影响他们思维方式和问题解决能力的具有化学特点的认识论和方法论[5]。只有不断探索，将知识以最合适的形式呈现给学生，化学教学才会具有生长性和启发性，才能给学生展示化学之美，最终帮助学生逐步养成化学学科核心素养。

[   参   考   文   献   ]

[1]  陈静.以人为本，构建和谐的问题交互平台：“基于问题学习模式”在化学教学中的实践尝试[J].化学教与学， 2010（8）：15-17.

[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]  人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书·化学（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2016.

[4]  張高豪. 基于认知心理学的化学迷思概念转化策略：以“离子方程式书写”为例[J].福建基础教育研究， 2019（2）：120-121.

[5]  宋心琦，胡美玲.对中学化学的主要任务专论和教材改革的看法[J].化学教育，2001（9）：9-13.

（责任编辑 罗 艳）