渗透学科思想的教学

摘 要：在进行化学教学的过程中,如果忽视学科思想的渗透,很有可能造成“只见树木不见森林”,学生缺乏有效建构知识过程中运用到的学科方法、学科思想,这将影响到学生学习成绩和学生的发展.如果在进行元素化合物知识教学过程中,能有效渗透学科思想,学生就能有效建构知识点的关系网,理解元素化合物转化主线.目前的高考题也越来越重视学科思想方法的考查.因此在教学中渗透学科思想,也应该引起教师的重视.

关 键 词：学科思想；铝的重要化合物；元素化合物教学

中图分类号：G632文献标识码：B文章编号：1002-7661（2014）24-212-03

通常来讲,一个学科由学科知识、学科能力和学科思想三部分组成,其中学科思想是学科的灵魂和核心.在进行化学教学的过程中,如果忽视学科思想的渗透,很有可能造成“只见树木不见森林”,学生缺乏有效建构知识过程中运用到的学科方法、学科思想,这将影响到学生学习成绩和学生的发展.

对于元素化合物知识,学生普遍觉得知识点多而杂,解题方法技巧性较强.如果在进行元素化合物知识教学过程中,能有效渗透学科思想,学生就能有效建构知识点的关系网,理解元素化合物转化主线.在元素化合物知识教学中,常见的学科思想方法有：1.“结构决定性质、性质决定用途”；2.通过对物质进行分类,运用比较和联想思想；3.数形结合；4强弱规律；5微粒观；6.科学探究,包括实验探究；7.运用化学史,体现化学史的知识和教育价值等.本文以人教版必修1第三章第二节――铝的重要化合物为例,具体阐释怎么样渗透化学学科思想.

一、引入新课

[讲述]著名物理化学家和化学教育家傅鹰说“化学给人以知识,化学史给人以智慧”,我们追寻古人和科学前辈的足迹,去了解铝的历史、铝发展,来获得有关铝的认识.

[ppt呈现]科学史话铝的价值几何：1746年,拉瓦锡（法国）证实不能用C还原Al2O3；1852年,奥尔斯泰（丹麦）用钾汞齐还原无水氯化铝,然后再真空条件下蒸馏出去汞,人类第一次得到几毫克的铝粉；1854年,戴维尔（法国）用金属Na还原NaAlCl4,得到纯度为97%的铝；1855年,巴黎国际博览会上,展出了一小块铝,标签上写到：“来自粘土的白银”,当时铝比黄金还贵,铝成为达官贵人炫耀财富的饰品；1886年,霍尔（美国）和埃鲁（法国）分别独立地发现了用冰晶石Na3AlF6作为助熔剂,通过电解熔融Al2O3制备铝的方法,从此人类找到大规模、廉价的获得金属铝的方法,铝价身价大跌成为“平民金属”；1892年,拜耳（奥地利）发明了用碱液从铝土矿中提取氧化铝的方法,这一方法与霍尔电解法结合奠定了现代工业电解法冶炼铝的基础.

[问题讨论]在1885年,铝价怎能比黄金?是什么使得铝身价大跌呢?用化学方程式解释霍尔电解法生产铝的原理.

[讲述]门捷列夫曾经说过：科学不但给人以知识,还能创造真正的精神和物质财富,更能创造出我们不能获得的东西.正式由于化学工业技术的进步,铝的大规模的使用才有可能.

学科思想：运用化学史,体现化学史的知识和教育价值.著名物理化学家和化学教育家傅鹰说“化学给人以知识,化学史给人以智慧”,通过金属铝的化学史的介绍,了解铝的发展历史、铝的冶炼方法,了解化学技术的进步对人类生产生活的影响.

二、Al2O3、Al（OH）3的性质

1.Al2O3的物理性质

[讲述]既然电解铝的过程中使用了氧化铝,那么氧化铝的物理性质、化学性质如何?

物质Na2OMgOCaOAl2O3Fe2O3CuO

熔点1275C2800℃2572℃2050℃1565℃1326℃

[阅读资料]阅读下面的表格1和资料,总结氧化铝的用途,并解释氧化铝具有这些用途的原因是什么?

表1常见氧化物的熔点

资料：天然存在的氧化铝――刚玉的硬度仅次于金刚石,是价廉的磨料、切割工具；熔点高于2000℃的物质可以作特级耐火材料,如制作耐火坩埚、耐火管、高温金属陶瓷；氧化铝在陶瓷工业中常做增白剂；④铝制品通常利用阳极氧化处理其表面从而形成致密氧化膜,保护内层金属

学科思想：性质决定用途,用途反映性质.从氧化铝的用途着手,反推氧化铝的物理性质.避免说教式介绍氧化铝的物理性质.

2.Al2O3的化学性质

[讲述]在第一节学习金属的有关性质时,我们学习到了铝与酸碱溶液的反应.不知同学们是否还记得实验现象,它有何特殊之处呢?

[实验视频]在两支试管中分别加入5mL盐酸和5mL氢氧化钠溶液,再分别放入一小段铝片.观察实验现象.

[问题讨论]两支试管中为什么刚开始没有气体产生,后来有气体产生?

[讲述]刚开始时没有气体金属铝表面有氧化铝,氧化铝与酸、碱反应没有产生气体.一段时间后均有气体产生氧化铝已经反应完全,金属铝与酸、碱反应产生了气体.说明氧化铝对金属铝的保护也是有限度的,在强酸、强碱条件下,氧化铝也是“泥菩萨过江,自身难保”.

[问题讨论]氧化铝为什么能和酸反应?哪些氧化物能酸反应?

[讲述]从氧化铝所属类别看,Na2O、MgO、CaO、Al2O3属于碱性氧化物：

Na2O+2HCl等于2NaCl+H2O,MgO+2HCl等于MgCl2+H2O,CaO+2HCl等于CaCl2+H2O,

这些反应的实质均为O2-和H+反应（渗透微粒观）.氧化

铝也属于碱性氧化物,和酸反应应该和前几者类似：Al2O3+6HCl等于2AlCl3+3H2O.

[问题]氧化铝为什么能和碱反应?能和碱反应的氧化有哪些?

[讲述]说明氧化铝应该和CO2类似均为酸性氧化物.CO2+2NaOH等于Na2CO3+H2O,产物Na2CO3得出可以这么理解：Na2CO3中Na+碱对应阳离子,CO32-酸性氧化物对应酸根离子.[问题]氧化铝对应的酸根离子可能是是什么?在哪里学过含铝的阴离子?

[讲述]氧化铝对应的酸根离子可能是AlO2-,于是得到氧化铝和NaOH溶液反应方程式：Al2O3+2NaOH等于2NaAlO2+H2O.

学科思想：微粒观,类比思想.在比较的基础上根据根据两个事物在某些方面的相似或相同的属性,推测在其他方面也可能相同或相似.通过类比可以得出未知物质的性质.类比推理一般有下列模式[1]：若①A事物具有性质a,b,c,d②B事物具有性质,,则③B类事物可能具有性质.类比推理的核心是求同存异,获取新知.通过类比思想,降低Al2O3的化学性质学习的难度,使得推测出来的结果可靠可信.

3.Al（OH）3的制备

[讲述]了解和掌握物质的性质不是化学工作者最终目的,最终目的之一是制备和创造物质（自然界原来没有的物质）

[问题讨论]在实验室怎么制备一定量的NaOH、Ca（OH）2?如果现在实验室有铝片、稀盐酸、氢氧化钠溶液、氨水、硫酸铝溶液、蒸馏水,怎么样制备Al（OH）3?说出你的设计方案.

[学生方案总结]方案一：Al+H2O→Al（OH）3方案二：Al2O3+H2O→Al（OH）3方案三：Al2（SO4）3+NH3H2O→Al（OH）3方案四：Al片+稀盐酸+稀氨水→Al（OH）3方案五：Al片+稀盐酸+NaOH溶液→Al（OH）3方案六：Al片+NaOH溶液→Al（OH）3方案七：Al片+NaOH溶液+稀盐酸→Al（OH）3

[问题讨论]方案一、二、六是否可行?

[讲述]方案一因铝不能在水中溶液也不能跟水反应、方案二因氧化铝不能在水中溶液也不能跟水反应,方案六制备出来的是NaAlO2,这些实验方案都是错误的.其它方案都有可能制备出Al（OH）3.

[问题讨论]其余方案中,试剂（药品）加入有多少种滴加顺序?改变滴加顺序实质上改变什么?

[讲述]改变滴加顺序实质上改变的是物质的相对用量.

[分组实验]分几个小组：第1小组使用方案3制备,观察并记录现象,下同.第2小组使用方案3（和第一组试剂滴加顺序相反）,第3小组使用方案4（注意稀盐酸用量）,第4小组使用方案4（和第三小组试剂滴加顺序相反,注意稀氨水用量）,第5小组使用方案5（注意稀盐酸用量）,第6小组使用方案7（注意强氧化钠溶液用量）.

表2小组实验结果

小组123456

方案33（滴加顺序相反）44（滴加顺序相反）57

现象有白色沉淀有白色沉淀滴加氨水有白色沉淀,继续滴加氨水沉淀未明显溶解滴加稀盐酸没有沉淀生成滴加氢氧化钠有白色沉淀,继续滴加氢氧化钠沉淀消失滴加稀盐酸有白色沉淀,继续滴加稀盐酸沉淀消失

[问题讨论]小组1、2现象为何一致,这说明什么?小组5、6现象类似,为什么刚开始有沉淀,后来沉淀消失?这能说明什么?你能写出这些反应对应的方程式吗?小组3、4仅仅是试剂滴加顺序不同为何现象明显不同?

[讲述]1、2两小组现象说明,Al2（SO4）3+6NH3H2O等于2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4（弱碱制备更弱的碱）,Al（OH）3不能被NH3H2O溶解.第5小组现象说明,2Al+6HCl等于2AlCl3+3H2↑,AlCl3+3NaOH等于Al（OH）3↓+3NaCl（强碱制备弱碱）,生成的Al（OH）3可以被NaOH溶解,第6小组现象说明：2Al+2H2O+2NaOH等于2NaAlO2+3H2↑,NaAlO2+HCl+H2O等于NaCl+Al（OH）3↓,生成的Al（OH）3可以被HCl溶解.小组4说明铝片不能和氨水反应,滴加稀盐酸时稀盐酸和氨水反应生成氯化铵.小组3反应原理和小组5类似,只是Al（OH）3不能被氨水溶解.

[问题讨论]Al（OH）3可以被HCl溶解,也可以被NaOH溶解?能和碱反应的物质属于哪些类别物质?Al（OH）3能和碱反应,说明Al（OH）3属于哪类物质?

[讲述]H++AlO2-+H2OAl（OH）3Al3++3OH-,实际上Al（OH）3和铝酸H3AlO3是同一个物质.

NaAlO2+HCl+H2O等于NaCl+Al（OH）3↓可以看成盐酸制备出了铝酸H3AlO3.Al（OH）3在强碱性条件下会发生酸式电离Al（OH）3H++AlO2-+H2O,在这种条件下Al（OH）3表现出酸

性――铝酸H3AlO3,因此Al（OH）3+NaOH等于NaAlO2+H2O,相当于弱酸和碱反应,制备出了更弱的酸――H2O.

[问题讨论]1.上述方案3、4、5、7能否制备出Al（OH）3?这些方案中哪些较好?2.课本上是怎么样制备Al（OH）3的?为什么不用强碱如NaOH来制备?

学科思想：强弱规律,科学探究.利用“强电解质可以制备弱电解质,弱电解质可以制备出更弱的电解质”,这一原理来深刻理解有关氢氧化铝的反应.其次,用科学探究的方法来讨论制备Al（OH）3的方法.科学探究并不等同于动手操作、进行实验活动,凡是有利于学生建构知识体系、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动都属于科学探究范畴.逻辑推理探究在教材中主要有两种类型：一种是在学生原有认知基础上通过猜想与检测设,运用已掌握的化学规律从理论上推导出新的化学规律.它注重理论推导.另一种是利用化学实验,在实验基础上,通过对实验结论的分析、综合、比较、归纳和演绎等逻辑推理得出化学规律,它注重逻辑推理[2].

在做实验之前对方案的评判、指导,如“[问题讨论]方案一、二、六是否可行?”、“[问题讨论]其余方案中,试剂（药品）加入有多少种滴加顺序?改变滴加顺序实质上改变什么?”都属于落体推理探究,这也是科学探究重要形式；其后分小组实验则是实验探究,这是通常教师比较熟悉的科学探究方式.

4、铝的化合物转化关系总结

[问题讨论]通过氧化铝和氢氧化铝的性质的学习,现在你能否总结铝的化合物（氧化铝和氢氧化铝）的重要性质,及其之间转化关系?试着以概念图的方式,画出物质间转化关系：

图1概念图示例图

[小结]氧化铝的性质,氢氧化铝的制备方法

三、启示

元素化合物知识的教学,物质化学性质、制备、用途是核心.如果单纯就知识论知识,必然造成知识点乱、杂、多,若能在教学过程中有效渗透学科思想,必然会对学生长远发展有利.目前的高考题也越来越重视学科思想方法的考查[3],这是和素质教育的本质要求是吻合的.在教学中渗透学科思想,也应该引起教师的重视.