基于化学学科核心素养的教学设计分析

吴燕萍

培养化学学科核心素养的课堂教学，应该从以“教”为主转向以“学”为主，从重视学科知识的传授、灌输转向重视学生自主学习、思考探究，设计一系列问题链，将科学精神宏观辨识与微观探析、科学态度与社会责任等学科核心素养融入教学活动，让学生在学习中反思，获得化学核心知识，发展化学学科核心素养。

人教版《化学必修一》第三章第二节《金属材料》，学生在学习了铁及其化合物性质的基础上，进一步学习铝及其化合物，主要涉及常见铁合金、铝合金的重要应用，铝及氧化铝的主要性质，金属材料在国民经济中的重要地位。此部分内容集中体现了教材的时代感，反映了教学与生产生活实际的联系。

环节一：创设情境，引入课题

准备锂电池1个，口香糖纸若干张。教师提问：如果我在野外想生火，但没带打火机或火柴，你们能帮我想办法吗？学生提出钻木取火、利用凸透镜等。教师演示实验，用电池和口香糖纸点火，并讲解：口香糖纸外层是金属铝，易燃。铝在我们生活很常见，比如铝合金门窗、铝合金扶手，连我们校音乐室的外墙也是铝合金。

环节二：探究学习，了解铝的化学性质

教师提出第1个任务：预测一下，铝能否和CuSO4溶液反应？你的依据是什么？

学生回答：铝片表面有红色物质析出，溶液颜色由蓝色逐渐变为无色。

接着各组做实验，取出一片铝片，用剪刀剪开一个小口子，把它放入硫酸铜溶液中。各组实验都没有现象。学生交流讨论，认为铝片表面有致密的氧化膜。

教师展示铝表面氧化膜的微观结构图并讲解：用电子显微镜放大100万倍，可以看到铝经过阳极氧化形成的氧化膜的结构。致密氧化膜上有均匀多孔的结构，这种特殊的结构就决定了它有特殊的用途，例如在金属材料铝合金表面着色，可以在分子层面上选择合适的染色剂，填入铝合金表面氧化膜的空隙，再用大小合适的分子当作塞子，封住空隙口，就可以从微观层面上获得牢固的着色效果。

进一步加深学生对“结构决定性质，性质决定用途”核心观念的认识。

教师提出第2个任务：预测一下，镁、铝能否和水反应？你的依据是什么？

学生回答：能。根据金属活动性顺序，排在镁、铝前面的钠以及后面的铁都能和水反应，所以镁、铝也能和水反应。

接着做实验，将打磨后的镁、铝分别与水反应。可适当加热，不要沸腾。把2支试管放在一起比较。

学生描述实验现象：镁、铝都能和水反应，产生气泡，镁比铝要快，镁和水在常温下就有气泡产生，铝和水要加热才有少量的气泡产生。

教师追问：为什么镁比铝要容易？

答：因为镁比铝更活泼。

再追问：把一块钠丢入水中，能剧烈反应到钠完全消失。为什么镁、铝反应就这么慢？

答：因为它们和水反应生成的Mg（OH）2和Al（OH）3是不溶的，会覆盖在镁、铝表面，阻止了反应继续进行。

教师提问：初三学习制CO2时，不用CaCO3和稀硫酸，就是因为生成的硫酸钙微溶，会覆盖在碳酸钙表面阻止反应的进一步发生。那我们可以采取哪些策略使反应不断进行直至镁、铝完全消耗？

有学生回答改用镁粉和铝粉。教师评价：可行。现在有一项很成熟的技术，就是铝冰火箭燃料，它是利用铝粉和冰快速反应产生强大的推动力将火箭送入太空。这项技术的关键是铝粉要用纳米级的。

又有学生回答加酸。教师评价：可行。这是初三学过的。

还有学生回答加碱。教师评价：我们也可以试试加碱，科学史上有很多重大发现就是科学家不按常理出牌才偶然发现的。

学生继续做实验，往镁、铝和水反应体系中加入氢氧化钠溶液。描述实验现象：镁水反应中加入氢氧化钠溶液没现象，铝水反应中加入氢氧化钠有大量气泡产生。

教师提问：你觉得铝和氢氧化钠产生的气体是什么？你预测的依据是什么？设计实验证明。

答：H2，根据氧化还原规律，铝元素化合价升高，必有元素化合价降低，这里就只可能是氢元素，产生氢气。

下一个实验，学生用大试管、带导管的单孔胶塞、铝箔、氢氧化钠溶液、肥皂水、火柴、木条等，发现产生的气体可被点燃。

小组讨论：你认为Al、Al2O3、Al（OH）3能和NaOH溶液反应吗？

学生回答：Al和NaOH溶液反应产生大量气泡，说明铝会和NaOH溶液反应;一开始反应没有明显现象，说明是铝表面的氧化膜先和NaOH溶液反应;往铝水反应中加入NaOH溶液能持续反应是因为NaOH先和表面的Al（OH）3反应了。

教师讲解：反应的产物之一是NaAlO2。Al（OH）3+OH- → Al（OH）4-，简写成2H2O+AlO2-，或者Al（OH）3和碱反应时可写成H3AlO3，简化成H2O+HAlO2。学生写如上反应的化学方程式。

教师小结研究物质性质的方法：要有物质的类别思维，氧化还原思维，物质的特性。介绍两性化合物的概念：氧化铝、氢氧化铝既能和酸反应，又能和碱反应生成盐和水，我们把它们称为两性化合物。

本环节通过学生分组实验，激发学生的学习兴趣，提升学生的实验操作技能。引导学生从已有知识去预测物质的性质，再通过实验验证，培养逻辑推理能力和利用科学探究方法解决问题的能力。

环节三：承上启下，过渡到下一章学习

教师提问：钠、镁、铝、铁、铜等金属中，为什么只有铝会和NaOH反应？

学生答：因为铝在元素周期表中的位置介于金属和非金属的交界线。

教师展示周期表，突出铝的位置：周期表是化学史上一个伟大的发现，由它可预测每个位置的元素可能具有的性质，铝位于金属和非金属的交界处，所谓“近朱者赤，近墨者黑”，所以它不仅具有金属的通性，还有一些特性。请预测，还有什么金属会和NaOH反应？

答：Be，Ge。

迁移应用：如果Ge会和NaOH溶液反应，写出对应的化学方程式。学生根据Ge在周期表中位于第ⅣA族，推测它在化合物中的化合价为+4价，所以写出产物之一是Na2GeO3。另一学生根据氧化还原规律，推出另一产物是H2。

教学反思

《普通高中化学课程标准》中提到：能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。以第三周期的钠、镁、铝、硅、硫、氯，以及碱金属和卤族元素为例，了解同周期和主族元素性质的递变规律。

在本课之前，学生已经具备了金属的化学性质、化合价、氧化还原等知识，所以本课在探究铝的化学性质时遵循如下顺序：预测铝的性质→设计实验验证→发现问题，包括：①铝和硫酸銅溶液无现象;②镁铝和水反应缓慢→交流讨论→提出假设，包括：①铝表面有致密的氧化膜;②镁铝和水反应生成的Mg（OH）2、Al（OH）3覆盖在固体反应物的表面阻止了反应的继续进行→设计实验验证，包括：①铝片剪开的断面先析出红色物质;②往镁铝和水的反应体系中加入NaOH溶液→发现新问题（Mg和NaOH不反应，Al和NaOH反应）→设计实验继续探究Al和NaOH反应的产物→得出铝的特性→升华（引出元素周期表的应用，为下章做铺垫）。

在这节课中，学生体验了完整的科学探究过程，能准确地用化学语言描述现象，并进行分析、归纳得出结论，初步培养了科学探究能力。通过拓展阅读《铝的一生》，学生认识到化学在促进社会发展中的重要作用。

注：本专题文章为2020年广东省普通高中新课程新教材实施国家级示范校建设研讨交流活动教学反思成果选。