高中化学“铝和铝合金”的项目式教学

刘笑明 王广才 王泽洋 王淼

一、项目主题选取

“达喜”药品是生活中常见的一种治疗胃痛、胃酸暖气、饱胀疾病的一种非处方药物，其药品全称为“铝碳酸镁咀嚼片”，其商品名称为“达喜”（下文称该药品为“达喜”）。对于“达喜”中金属元素进行定性分析这一主题与2017版人教版必修第一册第三章第二节金属材料中铝和铝合金一节具有一定联系。教材中讲述了铝与盐酸反应生成铝离子，铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，但并未对两种产物性质进行详细介绍。

通过“达喜”药品说明书可知，其主要成分化学式为AIZMg6（ OH）16CO3.4H2O，所含元素都是学生所熟悉的元素。因此该研究可以对教材知识进行相应拓展，适合学生进行实验探究。

1.项目主题对于学生核心素养的发展

项目设计的初心是发展学生化学学科的核心素养，通过无机元素化合物的检验，可以观察到沉淀、气体以及颜色的变化等实验现象，根据实验现象分析产生现象的原因，进而分析出其所含元素种类，这一过程正是培养学生“宏观辨识与微观探析”素养的过程。由于研究的对象是药品，关系到人民生命安全，紧抓实验过程中的严谨性又关乎生命健康教育这一主题，落实“科学态度与社会责任”素养的培养。同时，对该药品的金属元素进行定性检验，能更好地培养学生“科学探究与创新意识”的素养，增强学生知识迁移能力和动手能力，也为教师在讲解铝盐、偏铝酸盐及氢氧化铝转化内容时的情境创设上提供一些思路。因此，选取本项目为研究主题。

2.项目学习目标

（1）通过本项目中铝盐、偏铝酸盐知识的应用，深入理解铝盐、偏铝酸盐和氢氧化铝之间的转化关系。

（2）通过“达喜药品中金属元素定性分析”形成定性分析问题的思路和方法。

（3）在实验设计过程中，掌握定性分析问题的本领，综合应用化学知识解决实际问题。

二、项目设计流程

以“达喜”药品中金属元素定性分析为研究中心，本项目分为四个阶段：

1.项目课前准备阶段

引導学生设计出不同的实验方案。其驱动性问题集中于“样品溶解过程选取酸浸还是碱浸”，得出不同的设计思路。

2.项目实施阶段

主要驱动性问题集中于实验操作规范问题。本阶段能较好培养学生科学态度和社会责任素养。学生对实验现象进行清晰、准确的记录，并且对相应化学反应原理做出判断。

3.项目分析阶段

是本项目的重难点阶段。学生在实验过程中会出现很多问题，且学生自身难于分析出原因所在，需小组共同讨论和教师支持。

4.项目评价阶段

教师进行总结性评价。从不同维度发现问题，解决问题，做出正确评价，提高学生学习能力。

三、项目实施阶段过程及问题

将班级同学分为6个小组，并选出各组组长，项目完成时间为2课时。项目实施过程及具体教学设计见表1。

四、项目总结及评价

学生在实验过程中出现若干问题，利用这些问题可以激发学生进行更加深入的思考，对于铝盐、偏铝酸盐及氢氧化铝的转化问题的理解会更加清晰。

以下为学生小组讨论情况及学生和教师观点：

【学生观点1】对药品进行酸浸。因为根据药品说明书可知，药品为一种碱式镁铝盐，所以能溶于盐酸溶液，可用盐酸进行溶解，然后进行过滤，得到滤液，向滤液中加入过量的氢氧化钠溶液，产生沉淀为氢氧化镁，证明药品中有镁元素;再次过滤，向滤液中加入适量的盐酸如果观察到沉淀证明药品中含有铝元素。

【学生观点2】将药品分为两份，一份进行碱浸，因为铝盐能溶于强碱溶液，然后进行过滤，向药品中加入适量盐酸溶液，如果观察到沉淀，证明药品中含有铝元素;另一份进行酸浸，过滤，向滤液中加入过量氢氧化钠溶液，如有沉淀生成，证明溶液中含镁元素。

【教师分析】对于两种观点同学的方案都是理论上可行的，通过不同步骤产生沉淀说明溶液中的元素种类，向持有观点1的学生提问：在加入过量氢氧化钠溶液时，如何控制好量的问题？在加入适量盐酸时，如何控制好量的问题？一但酸过量，就无法观察到氢氧化铝沉淀，得到的实验结论就截然相反;对于持有观点2学生进行提问：如何控制氢氧化钠溶液和盐酸溶液的用量？是否有一种方法可以更好地解决这个问题？

【学生】学生通过查阅资料发现，常温下控制溶液pH =13时氢氧化铝就能完全溶解，通过控制溶液pH，进而控制氢氧化钠溶液不过量;A1O2-能和CO，反应生成氢氧化铝，CO2最简单的得到方法就是通过人体呼吸，因此向含A1O2-滤液中吹人大量CO，即可，如果观察到沉淀就说明溶液中含有铝元素。

【学生】实验过程中发现吹入CO2沉淀现象不明显。学生通过分析得出可能原因有两方面：一方面可能因为产生浑浊现象不够明显，让学生提出解决方案。其中有学生提出比较合理方案，将滤液b分为两份，一份吹入CO2，另一份作为参照物，这样产生浑浊时两组对比就可以清晰观察到浑浊的产生;另一种可能原因是因为调节pH时加入NaOH溶液过量，要严格控制溶液pH防止碱量过多。

项目评价部分采用教师评价分数，统计见表2。

在小组汇报前将项目评价表发放到十名听评课教师手中，教师通过各小组实验方案汇报、实验操作、讨论、总结等环节对各小组进行评价，同时教师发表自己观点以及对扣分原因进行阐述，对优秀的小组进行表扬，对实验中的亮点进行分析，对成绩稍差的小组进行鼓励和指导。

从整体分数看，在实验能力上有个别组扣分较多，主要因为实验操作不够标准，例如：研钵的使用、药品取用环节等不符合操作要求;在创新能力上各组表现较好，例如：提出改用CO2来代替盐酸与AlO2-反应、利用对照实验观察溶液变化等。

听取教师建议后各小组课后写出本次项目学习的感悟与反思，为下一次项目学习奠定了良好的基础。

五、教学反思

通过项目式学习，学生对知识有了深入理解，并且能对所学知识进行运用，解决实际问题。学生通过自己动手动脑构建的科学研究模型，比教师直接讲授效果更好。铝及其化合物涉及的知识原理并不复杂，对于学生来说学习该知识的难点在模型构建上，通过本节课，学生能够将铝盐、偏铝酸盐及氢氧化铝之间的转化更加系统化、结构化，为接下来元素化合物学习奠定坚实基础。

基金项目：黑龙江省教育科学“十四五”规划2021年度重点课题（编号：JJB1421407）

（收稿日期：2022 - 02 - 15）80B28349-2B6F-4605-9BA6-456D31CFEDDA