创设认知冲突，激发知识建构*——“铝及铝合金”教学设计

梁峰丽钱玲艳

（江苏省梅村高级中学江苏无锡214112）

创设认知冲突，激发知识建构*
——“铝及铝合金”教学设计

梁峰丽钱玲艳

（江苏省梅村高级中学江苏无锡214112）

在“铝及铝合金”教学过程中，结合金属铝的性质特点，从学生已有知识出发，设计对比实验，构建矛盾冲突，引发学生的好奇心，激发学生的学习兴趣，引导他们主动建构知识体系，从而提高学生学习积极性和课堂效率。

认知冲突；铝及铝合金；教学设计

一、认知冲突简述

认知冲突是一种心理学认知状态，是当个体意识到个人认知结构与环境或是个人认知结构内部不同成分之间的不一致所形成的状态。学生在学习过程中的认知冲突，通俗地说，就是学生的原有认知结构与所学新知识之间的理解不一致，从而产生认知冲突［1］。比如在学习钠的化合物时，向包有过氧化钠的脱脂棉滴水，脱脂棉即可燃烧起来，这和学生的已有认知“水用于灭火”相矛盾，此时学生会特别想一探究竟，从而引发学生的主动建构，达到积极高效解决问题的目的。认知冲突能极大提高学生的学习兴趣和积极性，教师在教学过程中应有意引导学生激活已有的认知，与新的认知产生矛盾，再进行探究分析，不仅能巩固已有的认知结构，更能让学生在矛盾的解决过程中扩大自身的认知体系，从而让学生的认知发生质的变化，形成新的认知结构，这样的认知过程是学生积极主动参与的，会对学生解决问题的能力有较大提高。笔者在高一学习“铝及铝合金”时，设计了多处认知冲突，达到了很好的教学效果。

二、教学设计过程

（1）引入

观看神舟十一号飞船升天视频，回顾那激动人心的时刻，让学生设想：如果你是飞船的材料总工程师，会对飞船的主体材料性能提出什么要求？同时列出常见金属的密度、熔点、导电性等性能，根据学生的回答（抗腐蚀性，密度小，强度高等）总结出集这些优异性能于一体的是铝，准确来说是铝合金。带领同学们一起学习有着“带翼的金属”美称的铝及铝合金。

（2）复习回顾

请同学回忆金属活动性顺序表，根据铝在金属活动性顺序表中的位置，分析出铝是一种比较活泼的金属。再根据铝在元素周期表中的位置，画出铝的原子结构示意图，根据铝原子结构示意图，分析出铝在化学反应中容易失去电子，表现还原性。

（3）认知冲突1

老师：从铝的原子结构分析得出铝是一种活泼的金属，从铝在生活中的实际应用分析，铝又有较强的抗腐蚀性，如何来解释这一矛盾的统一呢？化学是一门以实验为基础的学科，让我们从实验中寻找答案。

【活动与探究1】在2支试管中各取1～2mL6 mol·L-1盐酸，分别插入未打磨铝条和用砂纸打磨过的铝条。观察实验现象并比较。

学生1：用砂纸打磨的铝条放入后立刻就有气泡，未打磨的铝条开始时没有气泡，后来未打磨的铝条表面也慢慢开始有气泡，速度比打磨的铝条慢。

学生2：铝是一种活泼的金属，可以与盐酸反应产生氢气，发生的反应为：2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑

老师：为什么未打磨的铝条开始没有气泡呢？

学生3：可能因为在铝表面有一层氧化膜。

老师：为什么后来又有气泡了呢？

学生3：因为这层氧化膜后来被破坏了，Al2O3+ 6HCl====2AlCl3+3H2O

老师总结：铝可以与酸反应，铝表面的氧化膜能被酸破坏。金属与酸的反应是同学们司空见惯的，有没有金属也能与碱反应呢？我们还是要从实验中寻找答案，将铝放入氢氧化钠溶液中又会怎样呢？

【活动与探究2】在2支试管中各取1～2mL6 mol·L-1NaOH，分别插入未打磨铝条和用砂纸打磨过的铝条。观察实验现象并比较。

学生4：用砂纸打磨的铝条放入后立刻就有气泡，未打磨的铝条开始时没有气泡，后来未打磨的铝条表面也慢慢开始有气泡，速度比打磨的铝条慢。

学生5：说明铝也能与碱反应，铝表面的氧化膜也能被碱破坏。

老师：写出铝与氢氧化钠的反应并简单分析，2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑

老师：铝表面有一层致密的氧化膜，使铝在空气中有较强的抗腐蚀性，但是这层氧化膜会被酸和碱破坏，由此得出铝制品在使用时有哪些注意事项呢？

学生6：不能放酸性和碱性物质。

老师补充：因为氯离子会阻止铝表面的氧化膜的形成，所以铝制品也不能长时间放置腌制食品。

（4）认知冲突2

刚才的实验告诉我们，铝与酸能发生反应，但是在我们生活中常温下浓硝酸、浓硫酸可以用铝槽车运输（图片展示铝槽车），这又是为什么呢？我们还是要从实验中寻找答案。

【观察与思考1】在2支试管中各取2mL浓硝酸、浓硫酸，分别放入用砂纸打磨过的铝条，（同学们窃窃私语，猜测会有剧烈的反应发生），观察实验现象。

学生7：无明显现象。

老师：无明显现象意味着反应是否发生呢？

学生7：不能确定。

老师：我们如何来判断铝与浓硝酸、浓硫酸是否发生反应了呢？

学生：还是要从实验中寻找答案。

【观察与思考2】在2支试管中各取2mLCuSO4溶液，分别放入用砂纸打磨过的铝条和从浓硫酸中取出的铝条，观察实验现象。

学生8：刚打磨的铝条表面有红色物质生成；从浓硫酸中取出的铝条表面无明显现象。

老师：说明在浓硫酸中浸取后，铝片的表面已经发生了变化，实际是铝遇浓硝酸、浓硫酸时会在表面生成致密的氧化膜，这一过程称为钝化。正是因为常温下，铝在浓硝酸、浓硫酸中能发生钝化，阻止了内部金属的进一步反应，才可以用铝槽车来运输。请同学们特别注意三个关键词，常温，浓硝酸、浓硫酸。对体系加热，或将溶液换成稀硝酸、稀硫酸、盐酸，反应都会进一步进行。

（5）学以致用

在铝与氧气、与酸、与碱的反应中，铝都表现出了还原性，在实际生活中，利用铝的还原性，可用于焊接铁轨。今天老师来给大家利用相同的原理演示焊接铁钉。

【观察与思考3】在蒸发皿中铺好细沙，放好2支铁钉，将干燥的氧化铁和铝粉的均匀混合物放在铁钉的交叉处，在混合物上面加少量氯酸钾，将点燃的镁条插入氯酸钾中，观察现象。

学生9：剧烈反应，火星四射，发出耀眼光芒，产生大量白烟，放出大量热，生成红色熔融物，冷却后2根铁钉被焊接到了一起。

老师：利用铝的还原性和铝转化为氧化铝时能放出大量热的性质，利用铝还原一些金属氧化物的反应称为铝热反应。2Al+Fe2O3====高温Al2O3+2Fe

学生：从氧化还原的角度分析铝热反应。

老师：在焊接铁轨时，人们将铝粉与氧化铁的混合物点燃，由于反应放出大量热，置换出的铁以熔融态形式流出。让熔融的铁流入铁轨的裂缝，冷却后就将铁轨牢牢地黏结在一起。铝热反应也可以是铝与Cr2O3、MnO2等的反应，用于冶炼一些熔点较高的金属。

教师：利用铝的还原性来焊接铁轨，利用铝的导电性可制作电线，铝合金更是因为有许多优良的性能（密度小、强度高、耐腐蚀、塑性好、成本低、易制造）而在生活中有广泛的应用，请同学列举铝及铝合金的常见用途。

学生10：铝合金可用于做门窗。

学生11：做导线。

学生12：飞机、飞船。

学生13：铝箔可用于食品包装。

（6）总结设疑

课堂小结，回顾本节课的重难点，铝在与盐酸、氢氧化钠、浓硝酸、浓硫酸、铝热反应中表现还原性，及其广泛的用途。高端又平凡的金属铝，曾经比黄金还贵，拿破仑以铝制的王冠和餐具为荣，历史上为什么会有这样的事情发生呢？请同学们从后续内容“从铝土矿提取铝”中寻找答案。

三、教学反思

化学是一门以实验为基础的学科，本节课设计时为了增加学生的认知冲突，提高学习积极性，特意在对比实验中设置认知冲突，既提高学生的动手能力和观察能力，又能在解决认识冲突的过程中，掌握新的内容。实验设计时还将课本传统的铝热反应加以改进，通过焊接铁钉，增强了实验的趣味性和实用性，学生也能更加直观地理解焊接铁轨的原理和过程。最后部分的设疑又是一个新的认知冲突，结合历史人物的故事，既提高学生的学习兴趣，也能让学生用发展的眼光来看待科学的发展，从而提高学生的综合素养。

［1］袁维新.认知建构论［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2002（8）：179-182

［2］刘孝华.引发学生认知冲突的教学策略［J］.江西教育科研. 2007（2）：117-119

1008-0546（2017）09-0058-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.017

*本文系江苏省教育科学“十二五”规划2015年度课题“促进学生深度学习的中学化学概念教学研究”（B-b/2015/02/216）的研究成果之一。