巧用实验达到深度学习——以“金属和金属材料”为例

文| 陈海霞

深度学习的核心是通过激活学生的内在驱动力、提升他们的元认知技能、推动他们的深度处理和深度理解、构建他们的知识体系和思考模式、增强他们的创新能力和批判性思考等手段，以达到全方位学习。中学化学是一门基础与实践课程，它不仅具备严谨的逻辑和抽象的特质，也具备广泛的现实意义和启示作用。初中化学课堂教学应该遵循深度学习的原则，采用信息技术融合手段，引导学生主动探究、积极参与、合作交流、反思评价。下面以人教版化学九年级下册第八单元“金属和金属材料”课题2 金属的化学性质第一课时为例说明。

【教学目标】

1.通过动手实验和观察实验现象，探究铝与铝合金的化学性质。

2.通过拓展延伸，学生将学到的化学知识与其在生活中的应用联系起来。

【教学重点】

1.通过研究铝的构成、来源、价值和用途，从多个角度提升对铝这一金属材料的理解。

2.掌握铝合金的特性，对其结构的影响因素有更深的认知，提升学生对实验现象的判断力以及对实验细节进行分析的关键技巧。

3.激发学生的社会责任感，培养学生的科学态度和对安全的重视。

【教学难点】

如何提高学生的参与度，让他们在学习过程中展现出自己的独特性，以便培养他们的创新思维、实际操作技巧、科研修养及人文修养。

【教学方法】

通过“猜测—设计实验—解析—得出结论”的方法，分析铝以及其化学成分的特性，理解了氧化铝、氢氧化铝的双重特质，进一步加强了化学实验观、物质变化观以及化学元素观，并开始形成了对微观世界的理解。各种类型的互动活动，不仅可以提升学生搜集和整理信息的技能，还能激发他们表达自己观点的能力，同时能培养他们的团队协作精神等。

【教学过程】

一、问题导入——了解铝在生活中的运用

师：同学们，我们兰州的地铁已经开通了。首先请大家观看这段关于地铁的短片。（师播放短片）视频中介绍地铁车厢是用铝合金制作的，你们知道为什么吗？

（学生自由发言）

师总结：没错，这是因为铝合金具备重量轻、强度高、耐腐蚀等特点。铝合金制成的地铁车厢对车体质量和磁力损耗有很好的控制作用。那么，在我们的日常生活中，铝还有哪些具体的运用呢？

生:铝合金窗户、药品包装袋、太空飞船外壳……

（教师用课件展示铝的用途）

师：铝有哪些特性呢？

生：铝的柔韧性和优秀的扩展能力。铝制的锅具与壶体都显现出其卓越的散热特质。铝有导电特性，可作导线用。

师：铝合金作为地铁的材料有哪些特性？

生：外观非常美观，质地轻盈，表面平滑，并且可以多次使用，还具有很强的抗腐蚀性。

师：这是为什么呢？

生：铝的表层会形成氧化层。

师：如果环境变得更加严酷，那么铝是否可以在空气里燃烧呢？

（设计意图：借助关于地铁的短片，以铝合金车身为教学场景，吸引学生参与本节课。这样可以激发学生的学习兴趣，并且效果显著。）

二、猜测——了解铝的燃烧和氧化反应

展示实验1：使用钳子将铝块放在火中燃烧，以了解其状态。学生观察实验并探讨其背后的原因。

生：铝块并没有被点燃，它已经变成了一种液体，并且其外部覆盖着一层保护膜来保护已经融化的铝块。

师：那为何还未燃烧？这个表面的保护层是什么？

生：在表层形成了一层厚重的氧化膜，防止了铝与氧气的反应。

师：哪些方式可以使铝在空气里燃烧？

生：对铝片进行研磨，扩展其接触区域。

展示实验2：使用清洁的耳塞吸收一定数量的铝粉，然后将其投入火源里，学生进行观测并讨论。

生：火星带来了耀眼的光芒。

师：空气中的铝粉燃烧力比较强，工厂中铝粉管理不当是可以引起火灾的。

（PPT 详细展示铝的应用，包括生产燃料弹和信号弹）

（设计意图：通过探讨铝片无法燃烧引发的认识矛盾，激励学生思考如何在使铝燃烧的同时，也要注意其潜在风险。）

三、设计实验——验证猜想

师：实际上，铝粉与氧化铁都是火箭燃料的主要组成部分。铝与氧化铁在实验室中的反应被定义为铝热反应。请大家观看下面的影片，并说说看到了什么。

（PPT 展示铝热反应的影片，学生观察相关现象）

生：发出耀眼的光芒，火花四溅。

师总结：经过团队研讨，我们确定了铝的吸氧特性。

过渡：各位同学，在乘坐地铁进站之前，通常必须通过什么呢？

生：通过安全检查。

师：请注意，所有的不符合安全规则的物品都不可以带入。

（PPT 呈现一些在地铁中经常出现的违规物品，如硫酸、苛性钠和盐酸等）

师：那么，你们有没有领悟到，为什么不能携带酸性或碱性的物质呢？

生：有可能对其他人造成一定的伤害。

师：还可能产生什么问题呢？

生：还有可能对地铁造成一定的伤害。

师：是否存在酸与碱与铝的化学作用？下面我们做一个实验：将两个小孔内的氢氧化钠溶液以及稀盐酸分别倒入预先准备好的还没有被研磨的铝片上。接着，将溶液的高度调整至小孔的三分之二，再分别加入6 滴肥皂水。当大量的气泡生成之后，我们使用燃烧的火柴棒接触这些气泡，以便观察它们的变化。在实验完成后，将废液倾倒进烧杯。

（学生按照小组进行实验）

师：希望你们能分享一下你们小组的实验进展。

生：一开始并未出现气泡，但随着时间的推移，两组的气体生成量增加，其中由碱与铝的化合物所形成的气体的生成速度更为迅猛。当接触到已经点燃的小木棍时，可能会听到一些轻微的爆炸声。

师：想一想两组实验会形成何种气态？尝试建立铝和盐酸、氢氧化钠的化学反应模型。

生：这极有可能对铝的外部氧化膜造成伤害，产出的是氢。

师：我们将这种金属称为两性金属，因为它既能与酸反应，又能与碱反应。

（设计意图：继续以地铁为背景，引导学生进行铝的两性实验和分组讨论。）

过渡：提升酸的浓度能否加快反应的进程？请看下一个实验：将已经处理的铝片（去除氧化膜）逐一加入浓硫酸和浓硝酸里，接着查看实验的成效。

生：我们并未察觉到任何不正常的情况，这很大程度上是由于铝的外层形成了一层厚重的氧化层，阻止了接下来的反应。

师：我已经为你们准备好了硫酸铜、浓硫酸、浓硝酸以及经过精细打磨的铝片（清除了氧化膜），期待通过对话和实验设计的检查来验证你们的预期。

生：我们首先将硫酸铜溶液注入微型实验板的三个小洞里，然后将经过砂纸研磨的铝片与已经从浓硝酸、浓硫酸中提炼并清洁的铝片一起放进去，最终对其表面进行检查。

师：这个方案非常有创意，请每组4 个人进行一次实验，观察结果，探究问题的根源。

生：经过精细研磨的铝板上会浮现一层深红的铜离子。然而，使用高浓度的硫酸或者硝酸提炼的铝却无此异常。经过验证，高浓度的硫酸与硝酸可以在铝的表层生成一层牢固的氧化层，这样就可以防止更深层次的反应。

师：这个结论非常有效。铝的钝化可能是由于两者的强氧化性在铝表面形成了厚重的氧化膜。

（设计意图：通过协作研究和独立设计实验来研究铝单质的钝化。提升学生的科研能力和专业基础能力。）

四、解析与结论

转折：铝的属性极其活跃，其内在原因是什么？

生：铝的表面有三个电子，这些电子很容易丢失，这表明了它高度的还原能力。

师：你的回应非常出色，能否告诉我这堂课的核心知识点是哪些？

生：关于铝的物理属性、构造、化学属性以及其实际运用。

师：那么，结构、特征和运用这三个方面有什么联系呢？

生：构造决定特性，特性决定应用。

师：真棒！这同样是我们掌握其他元素化合物知识的关键途径。

（设计意图：持续研究铝活跃的原因，并对本课的主题进行概括。利用对铝的理解来掌握其他元素化合物的知识。）

过渡：管道通是由纯净的白色颗粒和深灰色的铝粉混合而成的。你了解什么样的固体物质被称为白色的颗粒吗？

生：氢氧化钠。

师：是如何清理管道的？

生：提高了气体的压强，这对疏通非常有益。氢氧化钠自身具备清洁油渍的特性。

（设计意图：将所学应用于实际。展示“将生活融入化学，将化学引入社会”的教育观念，培养学生的社会责任感。）

【课堂小结】

本节课通过两个方面来激发学生的学习兴趣。一是以兰州地铁为例，结合生活实际，让学生更有代入感。二是通过实验设计和PPT 展示，让课程能够更加直观地呈现。本课程对金属材料知识内容的学习，是以铝为重点进行讲述。通过师生问答互动、实验引导等，让学生通过课程了解了铝的物理特性、铝的主要用途、铝的氧化反应以及铝的活性。这些内容可以与后续金属材料课程关联，形成学生对金属材料学习的初步知识体系。

本节课的成功之处在于课程与生活的衔接以及实践。“问题引导—实验探究—解析—得出结论”的方式，有助于学生更好地掌握知识，也增长了学生的见识。本节课基本调动了学生的学习积极性，课堂氛围较好，学生的配合也不错。

【教学反思】

在整个实验过程中，学生能够积极配合教师进行实验探究，并通过提问、观察等多种方式来了解金属元素的特性，该课程倡导学生积极投入协作、沟通以及自我发掘等多元化的学习过程中，并在这些科研探索的过程中达成教育目标。

实验教学是一种非常有效的教学方式，学生通过自己动手操作、观察、实验，深入体验化学的乐趣，激发自身学习兴趣，也能更好地了解和应用知识。在具体的课堂教学中，学生通过实验实现深入学习，需要注意以下几个方面：

第一，教师需要合理地引导，通过问题导入激发学生的好奇心和探究欲，鼓励学生提问、思考，发现问题的规律。

第二，提供合适的工具与材料。在实验教学时，教师需要准备充足的实验材料，以“简单、安全”为原则，引导学生自行进行实验，提升他们的实践能力。

第三，注重实验结果的分析与总结。实验是为了让学生通过观察来发现问题和规律，实验结果的分析与总结可以引导学生思考实验过程中的问题与不足，拓展他们的化学思维。

第四，需要将实验教学与课堂知识结合。实验是对课堂知识的有效补充，教师通过实验导入，引导学生将实验与理论结合，能够使其形成完整的认知，对知识可以更好地掌握。

总之，实验课程能够有效地激发学生学习化学的兴趣。学生的积极参与、实验操作、提出问题并解决问题，能够让他们形成化学思维，达到更好的学习效果。