金属化学性质的教学设计：基于核心素养的实现

阮庆元

[摘 要]

基于《中国学生发展核心素养（征求意见稿）》对化学教学的要求与导向，以浙教版初中科学“金属的化学性质”教学设计为例，探讨通过“宏观表象与微观本质”、“有效的问题驱动”、“归纳与演绎”等基本的化学观点、思维方法来实现学生核心素养的提升。

[关键词]

核心素养；问题驱动；实验探究

《中国学生发展核心素养（征求意见稿）》指出，学生发展核心素养是指学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。[1]作为新课程标准的核心，学生发展核心素养将引领中小学课程改革方向。在全面深化课程改革的背景下，初中科学教师应该深谙初中科学学科教学对学生核心素养所具有的育人价值，明确学科核心素養的构成，把握教学原则、优化教学策略，为学生的终身发展留下最有价值的东西。化学学科核心素养的构成，主要包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识和科学精神与社会责任。

“金属的化学性质”是浙教版初中科学[2]九年级上册第二章第2节第一课时内容，其主要包括常见金属元素符号的识记、金属活动性顺序的得出。金属活动性指金属单质在水溶液中失去电子生成金属阳离子的倾向，属于热力学范畴，可以比较金属在水中的还原性强弱与其对应的阳离子的氧化性强弱，及预测水中一系列的置换反应，是体现不同金属、金属离子关系的重要诠释。在课堂教学中，如何引导学生完成知识建构时，有效提升核心素养的形成，需要教师进行教学设计时多加斟酌。

一、教学设计理念及教学思路

为了更好地在化学学科培养学生良好的思维品质，提升核心素养，本课时的设计采用“生活现象→符号表征→提出问题→实验探究→思维辨析→规律归纳→规律演绎→实验验证→结论得出”教学流程，教学中注重教师的引导，注重学生对知识的建构和对思维的逻辑提升，淡化教师的教和学生对知识机械识记，让学生在积极互动、理性思辨中实现教学目标。

二、教学过程

（一）素材呈现，触发思考

1.素材呈现

2007年，考古队对沉船“南海一号”开展打捞，得到金、银、铜、铁、瓷类文物4000余件，其中黄金首饰，依然闪闪发亮；铜制品色泽暗淡、花纹装饰仅残留些许痕迹；铁锅跟铁钉作为船仓里比较大宗的东西，一摞一摞地变成了铁疙瘩。

设计意图：九年级学生正处于生理、心理迅速发育、成熟的阶段。这年龄阶段的学生具有强烈的好奇心，这种强烈的好奇心会促使学生去探索一个未知的世界。利用考古发现常见金属的变化差异，结合生活体验，密切科学与现实世界的联系，充分调动学生的探索热情。通过文本阅读和生活体验辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象，提升学生宏观辨析的能力；通过金属的锈蚀现象，促使学生树立物质是在不断运动的，物质的变化是有条件的变化观念。

2.问题驱动下的教学预设Ⅰ

①问题：文物告诉我们，在南宋时，我们就已经使用了金、银、铜、铁等多种金属。常见金属有哪些呢？②自学：阅读课本P，了解常见金属。③发现：发现金属的多样性并归纳出金属元素的汉字表征规律，除了汞元素和金元素外，其余都是“钅”旁；在通过生活经验，归纳出金属都有金属光泽、良好的导热性常温下金属单质为固态（除了汞）。

设计意图：在呈现的素材里让学生发现金属多样性的存在及在元素中文名称造字的符号表征规律。所谓符号表征就指代表一定事物的符号，例如学生所学习的英语单词的词形、数学中的数字、物理公式中的符号、化学元素的符号等。符号表征是最简单的陈述性知识，化学元素符号是构成分子式、化学方程式等化学用语的典型组构模型的基础。化学用语比较抽象，一开始学生往往难以理解，为克服这些认知上的困难，在教学过程中，必须使学生首先弄清楚元素符号所表示的意义，然后在后续物质分子式、化学方程式的教学里，加深理解，形成规范定格的化学语言，并会用这种化学语言正确地表示和研究各种化学变化过程及规律。因此，通过锈蚀现象与方程式模型之间的联系，学会文字表达式、化学方程式等多种模型来描述和解释化学现象，从而实现物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的模型思维框架的能力。

3.问题驱动下的教学预设Ⅱ

①问题：为什么一样久远的金属制品，金崭新如故、铜略显晦暗、而铁却锈迹斑斑呢？②猜想：猜想在相同的环境中，不同金属和氧气发生的反应程度不同。

设计意图：现象是事物表现出来的，能被人感觉到的一切情况。而规律是现象中稳定的、深刻的东西，是事物本身所固有的、必然的联系。现象是规律的外在表现形式，规律要通过现象来表现，现象和规律统一在同类事物中。规律是客观的，既不能创造，也不能消灭，人在客观规律面前并不是完全消极被动的，而是通过大量的外部现象，去认识、发现、或推演客观规律。现象是人们认识规律的向导，人们只有认识了现象，借助抽象思维才能揭示规律。因此，让学生在不同金属在历史长河里最后的存在状态这个表象，发现和提出有探究价值的化学问题，成功突破探究活动的首要环节，并在此基础上依据探究目的设计并优化实验方案，从而提升学生科学探究能力。

（二）大胆设想，实验探索

1.不同金属与氧气反应

①探究1：将砂纸打磨过的相同形状的铜、铁、铝丝置于酒精灯上方灼烧。②现象：铜丝、铁丝表面变黑，铝与氧气发生剧烈反应。③结论：铝和氧气发生的反应程度强于铁、铜。④探究2：将带有引火小木条的相同形状的铜、铁、铝丝置于装有氧气的集气瓶内引燃点燃。⑤现象：铜丝表面变黑，铁、铝与氧气发生剧烈反应。⑥结论：铝和氧气发生的反应剧烈程度强于铁，强于铜。

设计意图：培养学生的实验操作能力，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论，从而提升从实验现象这一表象到物质性质、结构这一本质的结论的推理。从而在“性质源于结构”这一角度逆向“结构决定性质”这一基本观点，提升实验探究和创新精神的核心素养。

2.铝致密氧化膜的存在

①设问：既然铝与氧气的反应程度要强于铁，为什么生活中见到的铁要么锈迹斑斑、或外涂油漆、或加入其他金属制成不锈钢，而铝制品却依然银光闪闪？②探究：将铝带置于酒精灯上灼烧。③现象：铝加热的一端慢慢熔化而鼓起，铝液似有一层膜裹着而不下滴。用探针去划开这层膜，液滴仍然不下滴。④资料释疑：酒精灯火焰最高温度为700℃-800℃，而氧化铝和铝的熔点分别为2050℃和660℃。正因为铝表面有一层致密的氧化膜存在，使得内部铝不再进一步氧化，在生活中人们大量使用铝制品。

设计意图：让学生能通过观察、辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象，初步掌握物质及其变化的分类方法，并从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念；能根据物质的微观结构，预测物质在特定条件下可能具有的性质和可能发生的变化。

（三）问题驱动，实验探索

酸与不同金属反应。①问题：不同金属与氧气反应，存在剧烈程度的差异，那么是否金属和其他物质反应也存在这样的差异呢？②探究：将砂纸打磨过的相同形状的铜、铁、铝浸没于稀硫酸中。②现象：铜丝没现象，铁与铝表面有大量气泡产生，且铝表面气泡明显多于铁。③结论：和硫酸发生的反应剧烈程度铝强于铁，强于铜。

设计意图：归纳方法是从个别或特殊的事物概括出共同本质或一般原理的逻辑思维方法，但归纳结果往往只概括一类事物表象上的共同点，未必能确切反映事物的本质，其结论具有或然性。[3]因此，仅从不同金属与氧气反应的剧烈程度来推理金属的活动性的存在是不严谨的；设计不同金属与酸反应来发现也存在与氧气反应存在类似剧烈程度差异，从而增强不完全归纳法的科学性。

（四）思维辨析，规律归纳

归纳与概念得出：不同金属与氧气、稀硫酸反应剧烈程度存在差异，且根据剧烈与否排列不同金属存在着一致性，我们将该顺序规律称之为金属活动性顺序。

设计意图：规律就是事物的必然联系，而不是偶然联系。只有事物变化发展中的确定不移的、必然如此的联系，才能成为规律。从金属与氧气反应的剧烈程度，仅仅只能代表金属与一类物质反应的剧烈程度，并不能推演、归纳出金属与其他物质反应剧烈程度的一般规律。从方法论来看，该规律的得出属于不完全归纳法，该结论带有或然性，可能为真，也可能为假；所以通常采用更多地不断重复来提高其科学精确性。鉴此，在不同金属与氧气反应存在剧烈程度差异后，提出不同金属与酸反应是否也存在剧烈程度差异；若存在差异，是否和与氧气反应的差异一致。在实验探索的结论基础上，归纳出金属活动性概念及活动性顺序。

（五）规律演绎，实验验证

演绎与规律验证。问题：①金属除了和氧气、酸等常见物质反应外，还和哪些物质会反应？②问题：如果将锌片和铁片分别以相同的表面积插入相同的硫酸铜溶液，在一定时间内将会观察到什么现象？③现象：锌片與铁片液面下的表面均变红，但是锌表面变红程度明显较深。④结论：锌和铁均是氢前金属，且锌的金属活动性明显强于铁。

设计意图：演绎推理指的是一类事物所共有的属性，其中归纳每一个别事物都必然具有它，所以从一般中能够推出个别，因此该环节设计是对归纳法得出的金属活动性顺序利用演绎法进行实践应用。同时，演绎推理是一种必然性推理，它揭示了个别和一般的必然联系，只要推理的前提是真实的，推理形式是合乎逻辑的，推理的结论也必然是真实的；因此，该环节的设计也是对归纳法得到的结论的真伪论证。鉴此，初步培养学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行实验与分析推理，证实或证伪假设并解释证据与结论之间的关系，从而确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的证据推理能力。

（六）结论得出

金属活动顺序是客观存在的规律，它是指金属的活跃程度，代表了金属的反应活性。

设计意图：归纳与演绎是逻辑思维的两种方式。人类认识活动，总是先接触到个别事物，而后推及一般，又从一般推及个别，如此循环往复，使认识不断深化。归纳就是从个别到一般，演绎则是从一般到个别。归纳和演绎这两种方法既互相区别、互相对立，又互相联系、互相补充，它们相互之间的辩证关系表现为：一方面，归纳是演绎的基础，没有归纳就没有演绎；另一方面，演绎是归纳的前导，没有演绎也就没有归纳。一离开演绎的归纳和离开归纳的演绎，都不能达到科学的真理。归纳和演绎是互为条件，互相渗透，并在一定条件下互相转化。归纳出来的结论，成为演绎的前提，归纳转化为演绎；以一般原理为指导，通过对大量材料的归纳得出一般结论，演绎又转化为归纳。归纳和演绎是相互补充，交替进行。归纳后随之进行演绎，为归纳出的认识成果得到扩大和加深；演绎后随之进行归纳，用对实际材料的归纳来验证和丰富演绎得出的结论。人们的认识，在这种交互作用的过程中，从个别到一般，又从一般到个别，循环往复，步步深化。因此，从单纯的归纳得出结论是不完整的思维推理过程，在归纳的基础上通过演绎进行规律预测物质在特定条件下可能具有的性质和可能发生的变化，在一正一反两个思维过程培养了学生严谨求实的科学态度。

三、教学后记

本节教学中，通过方法论学习使学生的认知活动变得有序。围绕金属活动性的规律存在，通过一系列的问题与实验，在表现与规律的统一里实现知识中所蕴含的方法得以显化，从而提升学生的核心素养。在深刻理解典型的化学事实和核心概念的基础上，通过自己的思考、体会和知识的运用，可以领悟和内化这些知识中所蕴含的化学基本观念，提升科学素养。

[参 考 文 献]

[1]姜新杰，薛婷彦.中英视角下的学生核心素养培育——2016中英校长高峰论坛侧记[J].上海教育，2016（13）.

[2]朱清时.义务教育教科书·科学七年级上册（M）.杭州：浙江教育出版社，2014.

[3]许为民.当代自然辩证法[M].杭州：浙江大学出版社，2011.

（责任编辑：张华伟）