以培养逻辑思维为导向的教学活动设计——以“金属的腐蚀与防护”为例

文| 张 俊

在21 世纪的教育背景下，培养学生的逻辑思维已经成为教学活动的重要目标之一。在高中化学教学中，教师不仅要让学生掌握知识，更要让他们学会如何运用这些知识解决问题。“金属的腐蚀与防护”是高中化学的重要内容之一，既涉及基础的化学知识，又与学生的日常生活密切相关。

本文将以“金属的腐蚀与防护”为例，探讨如何在教学活动中融入逻辑思维的培养，让学生在深度学习的过程中不仅掌握化学知识，更能够发展他们的逻辑思维和实践能力。通过这样的教学设计，期望学生能够更加主动地参与到课堂中来，积极思考问题，提出假设，并通过实验和推理来验证他们的想法，从而培养他们的科学精神和创新能力。

一、教材分析

“金属的腐蚀与防护”主要分为三大部分：首先，通过实例和数据展示金属腐蚀的严重性和危害性，引起学生的关注和思考。其次，深入分析金属腐蚀发生的原因，探讨金属腐蚀的化学原理。最后，探讨防止金属腐蚀的方法，培养学生的实际应用能力。

“金属的腐蚀与防护”内容梳理如图1 所示：

图1

二、学情分析

学生在进入本节课学习之前，已经掌握了金属的基本性质、离子化合物的溶解以及电解质等关键概念。他们对金属的腐蚀和防护有一定的直观认识，但这些认识大多停留在表面，缺乏深入的理论支撑和实践验证。学生普遍存在难以将所学的理论知识与日常生活和工业生产中的实际应用联系起来。他们往往能够理解和记忆课本上的知识点，但在面对实际问题时，难以灵活运用所学知识进行分析和解决。

三、教学目标

（一）知识与理解

学生能够明确阐述化学腐蚀与电化学腐蚀的定义，并能够清晰区分吸氧腐蚀与析氢腐蚀的不同条件。

（二）技能与应用

运用原电池原理，学生能够自主分析电化学腐蚀的形成条件，并能够解释其在实际情境中的应用。

（三）团队合作与沟通

通过小组讨论活动，学生能够合作总结出钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理，并能够清晰、有条理地表达自己的观点。

（四）思维与创新

培养学生的逻辑思维能力，使他们能够运用所学知识解决复杂的实际问题，鼓励学生在学习中提出新的观点和解决方案。

（五）情感、态度与价值观

通过学习金属的腐蚀与防护，增强学生的实践意识和问题解决能力，培养学生的科学精神和创新意识，以及对化学知识的兴趣和热爱。

四、教学重点、难点

教学重点：（1）金属腐蚀的本质：学生需要明确金属腐蚀的核心是金属原子失去电子变为金属阳离子的氧化反应过程。（2）金属腐蚀的类型：特别是电化学腐蚀与化学腐蚀的区分，以及析氢腐蚀与吸氧腐蚀的具体条件和反应过程。（3）金属的防护原理与方法：掌握如何通过电化学防护（如牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法）以及其他方法（如改变金属内部结构）来有效防止金属腐蚀。

教学难点：（1）电化学反应的解释：高中生深入理解和解释金属腐蚀背后的电化学反应可能是一个挑战，因为这需要他们对原电池和电解原理有扎实的理解。（2）金属防护的复杂原理：电镀和涂层防护的形成机理可能涉及较为复杂的物理化学过程，需要学生具备较强的抽象思维和综合分析能力。

五、教学活动设计

（一）情境导入

教师走进教室，手中托着一个盘子，盘子里摆放着一些明显受腐蚀的金属制品：生锈的铁钉、腐蚀的铜器、斑驳的铝锅。这些物品立刻吸引了学生的目光。

教师：同学们，观察我手中的这些金属制品，你们看到了什么？

学生A：老师，这些金属都生锈了！

学生B：那个铜器上绿色的东西是什么？

教师：很好，大家都观察得很仔细。这些金属制品都经历了腐蚀的过程。那么，你们有没有想过，为什么金属会腐蚀？腐蚀又是怎么发生的呢？

学生C：是不是因为金属接触了水和空气？

学生D：我觉得可能跟金属的性质有关。

教师：大家都有自己的猜想，非常棒！今天我们就来一起探究金属的腐蚀与防护。通过这节课的学习，你们将了解金属腐蚀的原理，以及如何有效地防止金属腐蚀。

（二）知识讲解

教师：大家好，上节课我们简单了解了金属腐蚀的现象和危害，这节课我们将进一步探讨金属腐蚀的原理。

教师：金属的腐蚀，从本质上说，是一个氧化还原反应。在这个过程中，金属原子会失去电子，变成金属阳离子。这个电子转移的过程就是金属腐蚀的本质。大家来看这个化学方程式：M→Mn++ne-。这个方程表示金属M 失去电子，变成金属阳离子Mn+的过程。

学生：老师，是不是所有金属都能发生这种反应？

教师：是的，理论上所有金属都有可能发生这种氧化还原反应，但是不同金属的活泼性不同，所以腐蚀的速率和程度也会不同。

现在，我们来看金属腐蚀的两种主要类型：化学腐蚀和电化学腐蚀。

1.化学腐蚀

教师：化学腐蚀是金属直接与周围介质（如氧气、氯气等）发生化学反应而引起的腐蚀。例如，铁与氧气和水反应形成铁锈的过程就是一个典型的化学腐蚀过程。这个反应可以用以下化学方程式表示：

第一个反应是铁与氧气和水反应生成氢氧化铁，第二个反应是氢氧化铁脱水生成铁锈（Fe2O3·xH2O）。

学生：老师，那化学腐蚀的速率受哪些因素的影响呢？

教师：化学腐蚀的速率受温度、湿度、氧气浓度等因素的影响。一般来说，温度越高、湿度越大、氧气浓度越高，化学腐蚀的速率就越快。

2.电化学腐蚀

教师：电化学腐蚀是金属在潮湿的环境中，由于金属表面存在不同活泼性的成分而形成原电池，发生的氧化还原反应。在这个过程中，活泼的金属作为负极失去电子，不活泼的金属作为正极得到电子。

例如，钢铁在潮湿的空气中的腐蚀就是一个典型的电化学腐蚀过程。钢铁中的铁和碳形成无数个微小的原电池，铁作为负极失去电子变成铁离子进入电解质（水膜），而碳作为正极得到电子。这个过程可以用以下化学方程式表示：

这就是电化学腐蚀的基本原理。通过了解这些原理，我们就可以有针对性地采取措施来防止金属的腐蚀，保护我们的资源和环境。

（三）实验探究

1.实验准备

教师：我们将进行一个关于金属腐蚀的实验。通过这个实验，我们将更直观地了解金属腐蚀的过程和原理。首先，请大家检查一下自己的实验材料是否齐全。我们需要准备铁钉、铜片、食盐、水和一个容器。

学生检查实验材料。

2.实验步骤

教师：现在，请大家按照以下步骤进行实验：

①将铁钉和铜片用导线连接起来，确保它们之间有良好的接触。

②将连接好的铁钉和铜片浸入含有食盐的水溶液中。注意，食盐的用量不需要太多，只需让水略带咸味即可。

③观察并记录实验现象，特别是铁钉和铜片的变化，同时也要注意观察水溶液的变化。

④一段时间后（比如半天或一天），取出铁钉和铜片，观察它们的腐蚀情况。

⑤学生进行实验，观察并记录实验现象。

实验过程中的对话与引导：

教师：请大家注意观察铁钉和铜片的变化，有没有发现什么？

学生A：老师，我发现铁钉上开始出现锈蚀了！

教师：很好，观察得很仔细。那么，铜片呢？有没有变化？

学生B：铜片上没有明显变化。

教师：对，这就是电化学腐蚀的一个典型现象。在这个过程中，铁钉作为负极失去电子，而铜片作为正极得到电子。食盐溶液作为电解质促进了电子的转移，从而加速了铁钉的腐蚀。

学生C：老师，为什么我们要用食盐溶液而不是纯水呢？

教师：这个问题问得很好。食盐溶液作为电解质，能够增强溶液的导电性，从而加速电子的转移和金属的腐蚀。而纯水的导电性相对较差，不利于我们观察电化学腐蚀的过程。

3.实验结果与讨论

教师：现在，请大家将铁钉和铜片取出，观察它们的腐蚀情况。同时，我们也可以测量一下铁钉锈蚀部分的长度和重量，记录实验数据。

学生取出铁钉和铜片，观察并记录实验数据。

教师：通过这个实验，我们可以清楚地看到电化学腐蚀的过程和原理。同时，这个实验也告诉我们，在潮湿的环境中，金属更容易发生电化学腐蚀。因此，我们需要采取措施来防止金属的腐蚀，比如使用涂层保护、改变金属的内部结构等。

六、教学反思

（一）因材施教，提高化学实践能力

化学作为一门实践性很强的学科，我在本节课中特别注重因材施教，确保每个学生都能在实验和问题解决中动手操作，提高他们的实践能力。通过观察和指导学生进行金属腐蚀实验，我发现学生对实验过程非常感兴趣，积极参与并认真记录实验现象和数据。在实验过程中，我鼓励学生自主思考和发现问题，并引导他们通过讨论和合作找到解决方案。

（二）层层递进，深入理解金属腐蚀与防护机理

金属腐蚀与防护的知识点涉及化学腐蚀和电化学腐蚀的原理和过程，内容相对复杂。首先，教师介绍金属腐蚀的基本概念和类型，然后详细讲解化学腐蚀和电化学腐蚀的原理和过程。在讲解过程中，我通过举例、图表和动画等多种方式帮助学生理解抽象的概念和原理。同时，我也鼓励学生提出问题和意见，及时调整教学策略以满足他们的需求。通过这种层层递进的教学方式，学生对金属腐蚀与防护的机理有了更深入的理解。

（三）问题深化，引导学生深入思考和分析

为了引导学生深入思考和分析金属腐蚀与防护的问题，我在教学过程中设计了一系列具有挑战性的问题。这些问题不仅要求学生运用所学知识进行分析和解答，还要求他们进行深入的思考和探究。例如，我让学生思考如何减缓金属的腐蚀速率、如何选择合适的防腐措施等问题。这些问题不仅锻炼了学生的思维能力和分析能力，还激发了他们对化学知识的探究欲望。