基于“五要素”的初中化学教学设计

林丹 徐懿

摘要：以2008年北京奥运会的祥云火炬为主题情境，设计了“识火炬材料”“探火焰奥秘”“揭云纹制作”三个环节，带领学生探究学习金属的性质和利用。探索基于学习内容情境化、学习板块结构化、学习过程问题化、学习活动探究化、学习语言艺术化等“五要素”的化学教学实践，让学生在生本课堂中润物无声地提升核心素养。

关键词：金属的性质和利用；五要素；教学设计；生本课堂；核心素养

文章编号：1008-0546（2021）10-0052-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.10.012

在倡导素养为本的课堂中，一节精彩的化学课，不仅能让学生掌握学科的基础知识与技能，更重要的是能让学生将化学与社会、科技、人文等联系起来，感受化学的学科化价值、生活化价值、生命化价值。笔者以“金属的性质和利用”的教学为例，探索追寻融合“情境”“结构”“问题”“探究”“艺术”等五要素的化学教学实践。

一、基于“五要素”的初中化学教学流程框架

在生产、生活及新材料的应用中，金属占有举足轻重的地位，学生对金属也有直观的认识。如果直奔主题，学生找不到学习的意义，将丧失学习的主动性，课堂也毫无美感可言。笔者以“祥云火炬”为情境，设计了“识火炬材料”“探火焰奥秘”“揭云纹制作”三个核心展开的课堂学习环节。通过奥运火炬中金属材料的对比产生问题，促进学生开展探究，从而了解金属的物理特征，强化性质决定用途的基本观念；通过奥运火炬的燃烧与制作的讨论产生问题，学生开展实验探究，从而了解金属的化学性质，感受化学与科技的紧密联系，感悟科技是推动文明发展的不竭动力。具体教学设计框架见图1。

二、基于“五要素”的初中化学教学课例分享

环节一：识火炬材料

【引入课题】2022年北京将举办冬奥会，届时北京将成为首个同时举办过夏季和冬季奥运会的城市。

【学生活动】观看视频，回顾2008奥运开幕式点火瞬间。

【教师活动】展示奥运会火炬材料[1]（图2）。

【提问】奥运火炬用到了哪些金属？

【学生活动】观察实验盒中的镁、铝、铁、铜，比较物理性质的异同点。

【连线生活】以下用途利用了何种金属的何种性质？

导线温度计白炽灯丝锅干电池负极

设计意图：从火炬所使用的金属材料引入，学生通过观察，归纳金属物理性质中的共性和个性，如大多数金属具有银白色金属光泽，铜是亮红色的金属。连线生活，将生活中常见的物品与金属建立关联，通过用途推测性质，建立性质决定用途的化学观，同时感受到化学与生活息息相关，无论是高大上的奥运火炬，还是平凡的身边物质，都用到了金属材料，都伴随有化学的身影。

环节二：探火焰奥秘

【过渡】1948年伦敦奥运会使用了一种金属作为火炬燃料。

【学生活动】观看视频，感受1948年的奥运圣火。

【提问】火炬燃烧有什么现象？其中可能含什么金属？

【资料】1948年伦敦奥运会圣火以镁为燃料，燃烧效果好，阳光明媚时也能看清。

【提问】除了镁，其他金属能作为火炬燃料吗？

【学生活动】回忆铁、铜与氧气反应的现象，书写反应方程式。

【过渡】作为祥云火炬主材料的铝，加热情况下能否与氧气反应呢？

【演示】用喷枪加热铝片。

【提问】为什么熔而不滴？资料：喷枪火焰：1300℃，铝的熔点：660℃，氧化铝熔点：2054℃。

【学生讨论】加热后铝片外表形成了氧化铝膜，其结构致密，包裹住内部的液态铝。

设计意图：从1948年伦敦火炬的燃烧，自然引出镁条的燃烧，系统认识金属与氧气的反应。对于已学的内容，采用联想、回忆的方式。铝与氧气的反应，是本节课的一个重点。以往用酒精灯加热铝片熔而不滴的现象不明显，需要摇晃铝片才看得出，而且加热的时间较长。改用丁烷喷枪效果很好，点燃方便，且火焰温度能达到1300℃，对着铝片一加热，熔而不滴的现象非常直观明显。

环节三：揭云紋制作

【资料】照相蚀刻技术：在金属表面覆盖一层材料，通过曝光显影，将云纹图案固化在火炬表面。然后再以酸液或碱液，对露出部位产生化学侵蚀，溶解金属，实现立体的祥云效果。

【提问】其他金属能用蚀刻的方法制作图案吗？

【学生活动】利用矿泉水瓶作为容器，进行Mg、Al、Fe、Cu与HCl溶液的反应。

【归纳小结】Mg、Al、Fe能与HCl溶液反应产生气泡，反应的快慢为Mg>Al>Fe，Cu不与HCl溶液反应。

【资料】铁与稀盐酸反应，溶液呈现浅绿色，这是由于生成了+2价的亚铁离子。

【讲解】其他变量一致时，金属与酸反应的速率与活动性相关。

【思考讨论】金属活动性顺序：镁>铝>铁>铜。

【继续探究】将镁丝置于输液袋中，注入稀盐酸。

【观察思考】输液袋体积先明显膨胀，后略微变瘪。体积膨胀的原因：产生气体且放热。

【提问】产生的气体可能是什么呢？

【猜测】盐酸溶质为HCl，气体可能为氢气或氯气。

【资料】氯气呈黄绿色。

【实验】打开输液袋开关，点燃气体。针头处产生火焰，说明产生氢气。

【学生活动】书写金属与酸反应的化学方程式，从反应物和生成物的类别角度寻找共同点。

【过渡】祥云火炬选择汉代漆红作为承载中国千年印象的色彩[2]，除了直接给火炬涂色，还有其他化学方法能让火炬呈现红色吗？

【资料】《淮南万毕术》“曾青得铁则化为铜”。

【学生活动】用毛笔蘸取CuSO4溶液，在铁片上绘制图案，观察现象，思考原理。

【结束语】回望奥运火炬的变迁，我们能感受到化学的发展带来的金属材料的演变，人们能根据需要合成更优良的材料，满足需求。确定了材料后，制作环节的精心雕刻更离不开匠人的匠心，这是化平凡为神奇的力量！同学们也是一块块金属，畅游在知识的海洋中，只要你们握紧光阴这把刻刀，一定能描画出美好的未来，绽放最耀眼的光芒。

设计意图：金属与酸的反应是本节课的关键，设计了两个创新实验来突破。学生实验，利用废弃的矿泉水瓶作为反应容器，克服了试管实验中不能同时添加液体、较难比较反应速率的缺陷。演示实验，利用输液袋作为反应容器，通过前后输液袋体积的变化，让学生多角度感受金属与酸的反应是放热反应，且便于检验气体。由祥云火炬的中国红色彩过渡，是否有化学方法能让火炬呈现红色？学生设计方案并动手实验，以硫酸铜溶液为刻刀，在铁片上描绘出了祥云图案。借火炬的选材、制作激励学生珍惜时间，为伟大的中国梦奋发图强！

三、基于“五要素”的初中化学教学思考

1.学习内容情境化

情境之于知识，犹如汤之于盐，情境是教学活动进行的载体，核心素养的培育也必须在一定的情境中才能实现。有价值的情境具有全程性、真实性、开放性，使学习的内容变得生活化、具体化、形象化，凸显化学的学科价值[3]。情境选择和应用时要注意三个方面：源于生产生活，凸显学科价值；情境衍生问题，引导知识建构；全程发挥作用，推动教学活动。本节课以祥云火炬作为素材，素材真实，学生觉得亲近，但祥云火炬之于学生，又是“熟悉的陌生人”，学生只知道它是北京奥运会的火炬，但对于火炬的材料、火焰的燃烧、云纹的雕刻等，是很陌生的，因此这一情境还能诱发学生探究的欲望。学生在教师的引导下认识了火炬使用的材料、探究了火焰燃烧的奥秘、揭示了云纹制作的原理，不知不觉中，系统学习了金属的性质和应用，感受到了劳动人民的智慧，体会化学对于推动人类文明发展具有举足轻重的作用。

2.学习板块结构化

一节45分钟的课，学生要完成若干学习任务，即一节课可以被分为若干板块。每个板块都要包含“情境、任务、活动、评价”等要素[4]，而且板块之间应该有机整合在一起。本节课设计了三个板块“识火炬材料”“探火焰奥秘”“揭云纹制作”，围绕火炬三个板块浑然一体。本节课的明线是对于奥运火炬的探究，暗线是金属的性质及用途。通过奥运火炬中金属材料的对比，归纳金属物理特征的异同点，联系金属的应用场景，加深物质的性质决定用途的基本观念。通过1948年伦敦奥运圣火以镁为燃料，引出金属与氧气的作用，回顾Mg、Fe、Cu与O2的反应现象及方程式，重点探究了祥云火炬主材料——铝与氧气的反应。通过揭示火炬上立体的祥云效果的缘由——照相蚀刻技术，自然过渡出金属与酸的反应这一化学性质。最后聚焦火炬上的“中国红”，能否利用化学方法给火炬“涂”上红色，引出铁与硫酸铜的反应。明线和暗线呼应，整节课逻辑清晰，过渡衔接自然。

3.学习过程问题化

一节课应该是由问题统领和串联起来的，设计好一节课的问题线索，就形成了教学的基本框架，学生能在思考的过程中拾阶而上，不断突破思维的边界，攀登思维的高峰，获得心灵体验。设计问题时，教师先结合课标，明确本节课的教学目标和重难点，在主题情境和核心知识间建立桥梁，思考如何将核心知识转化为问题。问题的设计要有深度和广度，要注意层次性。根据主题情境设置本节课的大问题，在大问题的框架下每一环节设置一个核心问题，在这个核心问题下开展若干具体问题。本节课的问题设计如图3所示：板块一“识火炬材料”中，问题1和2意在训练学生提取、比较、归纳信息的能力，问题3意在让学生联系生活，建立性质决定用途的基本观念。板块二“探火焰奥秘”中，问题4-6从回忆已知到通过实验探究未知，学生的思维经历了从记忆到应用再到分析的过程，锻炼了高阶思维。板块三“揭云纹制作”中，问题7-9都需要学生经历设计方案、进行实验、收集证据、得出结论的探究过程，培养了学生实验探究的素养。

4.學习活动探究化

实验探究是化学课堂中最重要的活动形式，教师在课堂中要让学生充分体验科学探究的过程，发展创新精神和实践能力。本节课在学生实验和教师实验方面均进行了创新设计。学生进行金属与酸的反应时，利用矿泉水瓶作为反应容器（如图4所示），将镁铝铁铜分别置于矿泉水瓶底的凹槽内，将矿泉水瓶的上半部分倒置作为漏斗。这一创新基本实现了金属与酸同时接触，更好地比较反应速率。在验证金属与酸反应产生何种气体时，教师一般是在试管中进行镁条与酸的反应，通过点燃听爆鸣声证明氢气的存在。该操作有一定的危险性，并且现象转瞬即逝。在本节课的设计中，教师先在输液袋中装入镁条，向输液袋中注入稀盐酸，将产生的气体储存在输液袋中。在输液袋的塑料导管处安装一个针头，打开活塞，在酒精灯上点燃，后移开酒精灯，慢慢挤压输液袋中的气体，氢气能安静地燃烧，学生能持续观察到针头处有火焰产生（如图5所示），直观地体现了氢气的可燃性。

5.学习语言艺术化

教学语言包括口头、文字和符号等，教师在课堂教学中要深入挖掘学科的育人价值，让学生在融洽的课堂气氛中实现世界观、人生观、价值观的自我塑造。火炬的“祥云”图案象征着“渊源共生，和谐共融”的寓意，疫情当前，更能体现世界各国是休戚与共的命运共同体，学生体悟合作共赢的智慧。在熊熊火焰的照耀下（板书设计如图6所示），学生体悟到奥运会不仅是体育的盛会，也是科技的盛宴，我们能依照科学方法，探索更广阔的未知世界。在中国红的映照下，鲜红的血液在学生血脉里奔流，仿佛点燃了拳拳的爱国心，为中国千年的悠久历史和传统文化而心醉。学生在学习的过程中内心始终涌动着浓浓的爱国情意和强烈民族自豪感，产生情感的共鸣，主动、愉悦地投入学习中。

化学教学关乎学生未来生活所需的基本科学观念和科学素养，学科之于学生成长不应仅仅只有知识、技能，还应包括人性的塑造和开发。不管课堂如何变革，学生是课堂的主体这一朴素的理念应该深植于教师心中，让学生乐于学习、善于学习、勇于学习，是教师们不懈的追求。

参考文献

[1]闫蒙钢，圣永刚，张剑锋.奥运火炬中的化学[J].化学教育，2008（7）：1-2，17

[2]钟炜.“祥云”火炬的中国元素[J].对外传播，2008（5）：51

[3]马娟娟.基于真实情境下实际问题解决的化学课例分析——以“盐类的水解”复习课为例[J].化学教与学，2020（9）：44-47

[4]温旭.基于学科核心素养的高中化学板块式教学设计与实践研究[D].南昌：江西师范大学，2020：19