铝和铝溶液反应的教学设计

铝和铝溶液反应的教学设计

有效的化学勘探教育应包括学生的知识发展水平，以及基于学生认知发展水平的适应过程、知识经验和技能基础的有效探索。设计问题要激发学生的学习积极性，提高学生对化学知识的研究兴趣，为学生提供充分参与化学活动和解决问题的机会。“通过独立的研究和交流，他们可以掌握基本的化学知识、技能和化学思维方式，提前形成科学思维，真正实现学生的知识和发展。”。1有效研究问题的设计应体现教育目标1.1铝和碱更容易反应教学目标不仅是探究问题设计的依据、化学教学的任务与归宿,还是衡量、评价教学效益的标准。要提高问题设计和教学的有效性,必须制定合理的课堂探究性教学目标。笔者认为,设计适切有效的探究问题,要从课标要求出发,将问题设计在学生的最近发展区。目标设计过高或过低都不适宜。目标过低或问题缺乏思维内涵都难以对学生的智力和创新思维构成挑战,问题指向模糊、缺乏思维线索,学生可能失去探究信心或无所适从。[案例1]“铝和铝合金”(上科版高二基础型课程)知识与技能的设计:(1)使学生知道铝的物理性质;(2)通过探究使学生理解铝与某些单质化合物的化学反应实质;(3)知道铝和铝合金的用途。其中落实铝与化合物反应的教学目标的探究问题设计是:“为什么铝和氢氧化钠溶液反应的速率比和纯水的反应速率快得多?”教学目标描述中的行为动词是照抄了课标和教参上的“教学目标”,行为主体是教师,是教师要教授的内容和任务期待,设计强调终结性目标,忽视实施过程的落实与目标的可检测性。这样的设计不具备探究性教学“明确、具体、可操作、可测量是课时教学目标的基本特征”的界定,在实际教学中是很难实现的。下面是该教师落实教学目标的教学片段。师(问题1):“为什么铝和氢氧化钠溶液反应的速率比和纯水的反应速率快得多?”生1:因为铝和氢氧化钠更容易反应。师(追问,问题2):那么,你怎么知道铝和氢氧化钠更容易反应呢?观察1:教师对学生回答中混淆“铝和氢氧化钠溶液反应”与“铝和氢氧化钠反应”非但没有给予点拨更正,反而将错就错。观察2:大多数学生满脸疑惑,不解、茫然。我们认为这些学生可能是课前已预习了课本,因为教材已给出结论“铝先与水反应,生成的氢氧化铝再和氢氧化钠反应”。个别学生似乎有话要说,教师却没有理会。师(问题3):(紧接着问)就算铝更容易和氢氧化钠反应,那么有没有可能同时和水反应呢?观察3:教师进一步误导,“同时……”的假设错上加错,强化了部分学生“铝和氢氧化钠反应”的错误认识,终使探究问题彻底偏离探究主题和学生思维航线。生1:(立刻)可以呀,那不是总的反应速率更加快了吗?!观察4:全班绝大多数学生声援,课堂沸腾,异口同声:铝容易和氢氧化钠反应同时又和水反应,反应速率加起来不是更快了吗!以上落实教学目标的探究问题设计突兀、过难,探究教学过程中讨论、引导、对话缺乏认知铺垫,不符合学生先前的学习经验,不能帮助学生引起对反应速率差异本质的探究和认识。铝不能直接与氢氧化钠反应的基本事实教师重视不够,例如,学生:“因为铝和氢氧化钠更容易反应”,教师的回应不但没有指出反而在追问中予以肯定,追问将学生导入盲目乱说的轨道或无所适从,以致后面学生的讨论、回答始终受教师牵制,被教师的问题和想法束缚和限制,无法在课堂上形成具有个性色彩的探究和真实的过程体验。由文献中的电极电势和反应方程式可以看出,铝不能直接与氢氧化钠反应生成氢气,即铝与氢氧化钠溶液反应不能混淆为“铝与氢氧化钠”,教师的提问“你怎么知道铝和氢氧化钠更容易反应呢?”、“就算铝更容易和氢氧化钠反应”有误导,使探究陷于“铝更容易和氢氧化钠反应”的僵局,导致最后只能跨越式直奔探究目标,通过演示第2课时的学生小组实验告诉学生原因。学生在走进课堂的时候都不是一张白纸,而是带着自己特有的认知结构参与的,而当学生接触新知识的时候往往习惯于把新知识信息纳入自己的认知结构进行同化。落实教学目标的探究问题设计有可比照的媒介才具有可操作性,有利于学生在探究中进行类比迁移,促进研究物质性质思路和方法的拓展。下文案例2是同一课题的探究性问题设计与教学过程实录,对有效落实教学目标“认识铝与强碱溶液反应产生氢气”、“通过探究使学生理解铝与某些单质化合物的化学反应实质”,是成功的、值得提倡的案例。[案例2]铝与氢氧化钠溶液反应实质的探究。师:(课前预习问题1)在初三我们就知道酸性氧化物和碱性氧化物的定义,请尝试通过具体的事实说明这2种氧化物的性质和组成特征?生:(课堂交流)(1)两种氧化物能发生化合反应生成盐,例如:Na2O+CO2=Na2CO3;(2)在反应生成盐的组成中,酸性氧化物中的非金属元素与氧结合成含氧酸根离子,碱性氧化物中的金属变成阳离子;(3)一般地,酸性氧化物是非金属氧化物,碱性氧化物是金属氧化物。师生:(交流课前预习问题2)回顾金属活动顺序表,思考钠、铝分别与水反应,生成氢气速率的快慢;回顾碱的通性,判断金属铝会不会与氢氧化钠直接反应(过程与结论,略)。师:(组织分析归纳评价后)现在请同学们自选实验桌上的药品、仪器等进行实验,探究铝分别与水、氢氧化钠溶液反应的快慢,并解释原因。生:自主选择仪器药品,分组实验。课堂观察:学生的操作主要有2种情况:(1)取2片几乎等表面积的除氧化膜的铝箔,分别加入水(滴有酚酞溶液)、3.0mol·L-1NaOH溶液中;(2)把2片铝箔都加入水(滴有酚酞溶液)中,加热至微沸后停止加热,然后向其中一支试管中滴加6.0mol·L-1NaOH溶液。师(生):看到什么现象?反应速率有什么不同?(学生踊跃回答:加热后溶液变为极浅的红色,但几乎看不到有气泡产生,与氢氧化钠溶液反应速率快;滴加6.0mol·L-1NaOH溶液后反应速率明显加快,铝箔迅速溶解)这能否说明铝更容易直接与氢氧化钠反应产生氢气?(不能,……)那么,如何用你所学的知识解释这一事实呢?生:(同桌、前后桌同学讨论交流)铝先与水反应生成氢氧化铝:2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑,生成的氢氧化铝再与强碱反应生成NaAlO2:Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O,所以反应速率加快。将2式加合可得总反应式:2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑。案例2中问题1通过对已学知识的回顾及思维发散性讨论,为解释反应本质作了理论上的铺垫或提供了类比迁移的方法支架;问题2为探究提供了背景知识。对教材中的实验进行了改进,增加了对比实验,实验方法的选择虽然受控(如试剂的浓度、铝箔的大小)却有自主选择的自由度,学生的主体性受到尊重,探究充分地应用了已有知识和经验,增强了学生的感性认识和对反应原理的深刻理解,有效地促进了“学生对研究物质性质思路和方法的认识发展”。“教师实践性知识通常在具体的问题解决过程中体现出来,具有价值性和行动导向性”。比较以上2个案例还可发现,如果教师对课程的本体性知识缺乏正确理解,实践性知识经验不足,学科思想方法研究不深入,在设计探究性问题时就一定会受到局限,而很难设计出符合学生认知心理发展的探究问题。1.2强化学科情感,激发学生思考探究性问题设计要多维目标兼顾。多维目标兼顾不仅要关注学生是否学会知识与技能,还要关注过程与方法、情感体验与激发、兴趣的保持和发展,关注学生化学科学思维方法的培养以及情感、态度与价值观应该怎样变化。因此,多维目标兼顾的探究问题设计,要充分地利用资源并巧妙地进行教学组织,努力做到“根据现代心理学情绪发生的心理机制与规律,巧妙地组织教学内容,使探究性教学内容与过程符合学生认知发展和求知需要进行知识情感愉悦引发,以超出学生平常认知预期的探究思考性问题引发惊奇,可以增加学科情感,激发探究兴趣,启迪学生智慧”。[案例3]“铜-锌原电池及其原理”(上科版高一基础型课程)的教学,在学生完成2种电池组合实验面临电极名称判断时,教师设问:已知物理学中电流从正极流出,流入负极,你们实验中的Cu和Zn、Zn和石墨分别是什么电极?学生受到启发根据观察到的电流计指针偏转方向会立刻作出判断。在学生认识了原电池原理、归纳总结出构成原电池的条件后,教师接着提问:世界上原电池的发明者是哪个国家的科学家?他是怎样发现的?待同学们稍作思考、交流后,用多媒体演示1780年意大利生物学家伏打在解剖青蛙时发现“动物电”,在动物电的启发下伏打积极思考获得灵感,发明了世界上第一枚电池———伏打电池,让学生穿越时空感受科学家的研究过程。并提出思考问题:“科学家研究原电池的过程给我们怎样的启示?”。上述教学中,学科间相机渗透,知识迁移,智慧共振,起到了使学生触类旁通、加深理解的作用;渗透了科学史教育,符合学科发展逻辑和人的场景认知发展需要,也符合人的情感追求、特定的心理体验和精神情趣需要,有利于激发学生热爱科学甚至由此萌发科学创新的情感。笔者认为,入境入情的体验和感悟比客观的理性分析、说教更为重要。朱光潜先生曾在《诗论》中有云:“当情景相生而且契合无间,情能称景,景也恰能传情,这便是诗的境界”。化学探究性教学必须深入研究课程标准,认真解读课程教学目标及其与教学内容载体的关系,不断实践反思,方能设计出符合学生认知发展的探究性问题,方能扎实有效地落实化学新课程的多维目标。2针对已有知识的背景材料或事件,并采用引导学生探究“不了解学生的知识基础、经验能力和学习需要,就难以做出有效的教学问题设计”。建构主义学习理论指出,学习者并不是空着脑袋进入学习情境中的,教师的教学不能忽视学生已有的知识经验,而应把学习者原有的知识经验作为新知识的生长起点。因此,进行有效的探究问题设计,教师首先要具有“以学定教、学生是学习的主体意识”,充分了解和调动学生的知识经验。[案例4]“苯酚”(上科版高三拓展型课程)的探究性教学问题设计。首先不是“照本宣科”地把教材中的陈述性知识讲一遍,而是通过符合学生已有知识(或生活)经验的背景材料或事件切入,以激发学生对学习课题的探究兴趣。教学中可这样设计:结合历史史实“林则徐虎门销烟”:为什么能用石灰销毁鸦片(同时展示鸦片、苯酚的结构简式),苯的溴代反应需要催化剂及反应物溴必须是纯液体的视频,然后根据探究问题组织学生阅读课本、完成教材中的探究性实验。教师再提出问题:要学好本节内容,哪些知识还需要老师教?待学生发表意见后,教师不急于讲解,而是让学生试着解答,对学生解答不了的问题或实验,如石炭酸与碳酸酸性强弱比较探究、苯酚钠溶液与CO2反应产物判断等,教师再启发引导或设计探究问题或进行实验操作,直到学生通过自主探究弄明白为止。本节内容还是进行化学思想教育(有机物结构决定性质,性质反映结构)的最好素材。可先提出问题:(1)比较环己醇和苯酚等物质的量浓度溶液的pH;(2)比较苯、苯酚溴代反应条件、难易和产物的不同;(3)如何解释苯酚既显酸性又易于发生取代反应。要求利用已积累的知识和经验(官能团决定性质、官能团间的相互影响),让学生通过思考、讨论和交流的方式自己作出解释,对于学生解决有困难的教师再及时启发点拨引导。这样的教学设计使学生对有机物的结构及其反应的研究从实验到理论,实现了理论研究与实验探究的密切结合。任何有效探究问题设计都是基于对学生知识经验的准确了解,始于对学生已有经验的充分利用。美国著名教育心理学家奥苏贝尔的经典论述:“假如让我把全部的教育心理学仅仅归纳为一个原理的话,那么,我一言以蔽之:影响学习的唯一最重要的因素就是学生已经知道了什么,要探明这一点,并据此进行教学”应成为探究问题设计的座右铭。3ccl4药品试验组“有效探究问题设计”有时是相对的,化学新课程探究性教学还要关注动态生成性问题。生成与预设相对,问题预设体现探究性教学的计划性,但教师的问题预设再周密,教学过程中仍难免出现始料未及的问题,这在一定程度上会影响课堂教学的进程、互动与交流。此时仍固守已设计好的“探究问题”,按既定的探究性教学程序进行教学是僵化的,也必然是呆板低效的。因此,有效教学问题设计还必须关注课堂生成,因时因势而变。表面上看,学生的课堂问题“旁逸斜出”,使教学活动偏开原有的问题和程序,但若能斟酌出不能回避而又有探究价值的问题,并给予顺势引导,教学就有可能获得超越教师的“有效问题预设”的效果,使学生的认识获得非预期的生成性发展。笔者在“乙醇催化氧化反应类型研究”教学中就有体会。[案例5]利用学生实验(卤素单质的氧化性)错误资源生成探究性问题生:实验开始后约5min,有几组同学提出疑问:(1)老师,我们向等体积的2份碘化钾溶液中分别滴加氯水(实验老师临时制备),再向其中一份滴入淀粉溶液,发现溶液并没有变蓝;另一份滴加CCl4,振荡、静置,分层后也没有看到CCl4层有明显的颜色变化”。(2)我们的实验没有得到书上所描述的结果,药品是否变质了?(3)……师:(有些出乎意料,但清楚地意识到是因为没有交代试剂用量而出现的问题,这是一个指导学生用错误实验资源生成探究问题、探索失败原因的教学契机)其他组有没有做成功的?(有几组同学举手表示有)“请做成功的同学来帮助他们寻找实验失败的原因”。并示意他们走上讲台,“请你们把操作再做一遍?”生:操作展示。结果一份加淀粉呈现蓝色,另一份滴加CCl4分层后,CCl4层显示浅紫色。师:你们是如何操作的?请把操作过程介绍一下,以便让我们共同分析没有成功的原因。生:讲述错误操作过程。师生:经分析探索,初步形成是新制氯水加过量和氯气有强氧化性的看法。师:那么,请未做成功的同学再做一遍,希望你们这次能获得成功的实验现象。生:重新实验并获得理想的实验现象。成功后感到很满意,露出释然的神情。师:看来不是药品有问题,是什么原因呢,可以找出来吗?师生:通过重新实验、分析和讨论得出结论:发生的是氧化还原反应,碘单质被过量的氯气氧化成高价态的化合物。师:那么,如何能证明呢?生(师):学生分析、交流和推理判断。根据已有练习:5KCl+KClO3+3H2SO4=3K2SO4+3Cl2↑+3H