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以“境脉”驱动化学课堂

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以“境脉”驱动化学课堂*——《金属的冶炼与利用》复习课教学设计与反思徐敏（江蘇省苏州高新区第一初级中学校，215011）

摘要：“境脉”驱动下的化学课堂，应以特定的教学目标为导向，设计能突出学生主体性、激发学生学习兴趣、具有动态生成空间又一脉相承的教学情境，从情境中衍生出问题与任务，以问题的解决和任务的完成来实现对相关基本知识与技能的落实，提升学生的素养与能力。沪教版初中化学九年级上册《金属的冶炼与利用》复习课，以食品脱氧剂为基点组织“境脉”，驱动教学的开展。

关键字：境脉;核心素养;初中化学;《金属的冶炼与利用》

境脉（context），是指上下文、语境、文脉，或指“人或事存在于其中的各种有关的情况”、来龙去脉、背景、环境等。“境脉”一词是一个动态的概念，在不同的应用领域中，所表征的内容也不一样。衍生到教学中，“境”即主题情境，“脉”即教学主线，“境脉”即创设一个主题情境作为教学脉络并贯穿首尾、前后呼应。“境脉”驱动下的化学课堂，应以特定的教学目标为导向，设计能突出学生主体性、激发学生学习兴趣、具有动态生成空间又一脉相承的教学情境，从情境中衍生出问题与任务，以问题的解决和任务的完成来实现对相关基本知识与技能的落实，提升学生的素养与能力。从这个角度出发，“境脉”尤为适合涉及多个有关联知识点的复习课教学。

沪教版初中化学九年级上册《金属的冶炼与利用》一章由三部分内容组成：金属的性质和利用、金属矿物及铁的冶炼、金属防护和废金属回收。铁作为最重要的一种金属，被教材作为重点研究对象（三部分涉及铁的内容有铁的性质、铁的冶炼和铁的锈蚀与防护）。因此，笔者选取富含铁粉的食品脱氧剂作为基点组织“境脉”，并以之驱动复习课教学。

一、教学过程

（一）“境脉”开启：探究食品脱氧剂的成分

师（展示食品脱氧剂）日常生活中，我们经常会在糕点和坚果、炒货类食品的包装袋中发现像这样的一小包食品脱氧剂。请大家猜一猜食品脱氧剂的主要成分是什么？

生铁粉。

师下面让我们来验证一下它是否含有铁粉。

（教师打开一包食品脱氧剂，用磁铁吸引其中的粉末，粉末被吸引。）

师这是利用了铁的什么性质？

生铁能被磁铁吸引。

师显然并不是所有金属都能被磁铁吸引，金属共有的物理性质是什么？

生具有金属光泽、导电性、导热性和延展性。

师共性不能用于物质的鉴定，但个性可以。该黑色粉末能被磁铁吸引，能否据此判定它是铁粉？

生不可以，四氧化三铁粉末与铁粉一样，也是黑色的，也能被磁铁吸引。

师铁粉在空气中燃烧时的现象是——

生火星四射。

（教师用药匙取少量食品脱氧剂粉末在酒精灯火焰上灼烧，观察到火星四射的现象。）

师这样我们才可以判定食品脱氧剂中含有铁粉。这利用了金属的什么性质？

生金属能与氧气发生化学反应。

师除此之外，你还有别的验证方法吗？

生取样，加入稀盐酸或稀硫酸，若产生气泡，溶液变为浅绿色，则其中有铁粉。

师这又利用了金属的什么性质？

生活泼金属能与稀盐酸或稀硫酸发生置换反应，产生氢气。

师还有别的验证方法吗？

生取样，加入硫酸铜溶液，若黑色粉末表面变为红色，溶液由蓝色变为浅绿色，则其中有铁粉。

师这又利用了金属的什么性质？

生活泼金属能与不活泼金属的盐溶液发生置换反应。

师下面请大家动手做一做，利用上述方法进一步验证食品脱氧剂中含有铁粉。

（学生动手实验。）

[设计意图：以食品脱氧剂为“境脉”，通过验证食品脱氧剂中是否含有铁粉，复习金属的物理性质和化学性质，学习验证铁粉的方法。在分组实验中体会如何与他人合作，掌握基本的实验操作技能，并对实验中的异常现象做出合理的猜想。]

（二）“境脉”开枝：探究实验室制取氢气的金属选择

师那实验室为什么不用铁与稀盐酸反应制取氢气呢？（出示图 1）这是密闭容器内相同形状的几种金属与等浓度稀盐酸反应的气压变化曲线，你能从中找到答案吗？从曲线中你能获得哪些结论？

生刚开始反应时的反应速率：镁>锌>铝>铁。铜不与稀盐酸反应。

生铝与稀盐酸反应，一开始气压不变化，是因为铝表面有一层致密的氧化铝保护膜，氧化铝与稀盐酸反应不产生气体。

生镁与稀盐酸的反应很快，只要18秒就结束了。

师镁与稀盐酸反应的曲线出现了拐点，之后略微下降后变平，可能是因为什么原因？

生镁与稀盐酸反应放热，反应结束后不再放热，冷却过程中气压变小。

师所以，实验室制取氢气的最佳原料是——

生锌与稀盐酸反应，速率适中、过程平稳，适合用于实验室制取氢气。

师其实，我们观察与分析曲线是有方法的：第一步，看横坐标和纵坐标;第二步，看曲线的走向;第三步，看曲线的斜率;第四步，看曲线的起点和拐点。（出示图2）再看老师利用手持技术测量的密闭容器中等质量的铁丝和铁粉分别与稀盐酸反应的氢气浓度变化曲线，试着运用这四步方法分析一下。

生横轴为反应时间，竖轴为容器中氢气的相对浓度。

生铁粉曲线随时间的推移，氢气浓度变大;铁丝曲线在200秒内，氢气浓度一直为0。

师氢气浓度为0，并不是说铁丝不与稀盐酸反应。（出示图3）来看实验装置图，氢气传感器测量的是容器上部的氢气浓度。这说明在至少200秒的时间内，产生的氢气还不足以充满容器上部，虽然此时的溶液已经由无色变为了浅绿色。这说明铁丝与稀盐酸的反应——

生很慢。

师所以，实验装置的设计与传感器的位置也会影响曲线的形状。等质量的铁丝和铁粉分别与等浓度的稀盐酸反应，为什么产生氢气的速率不同？

生铁粉与稀盐酸的接触面积较大。

师对于同种金属，除了形状会影响其与稀盐酸反应的速率，还有哪些影响因素？

生温度和酸的浓度。

师不错的猜想！课后，同学们可以自行设计家庭小实验来完成锌皮与稀盐酸的反应速率探究。锌皮可以用干电池的外壳代替，稀盐酸可以用洁厕灵代替。

[设计意图：数字化实验可以让“境脉”的延展更丰富。通过解读金属与稀盐酸反应的数字化曲线，比较相同条件下不同金属与稀盐酸反应的速率，探究影响金属与稀盐酸反应速率大小的内因——金属的活动性顺序;通过比较相同金属的不同形态与稀盐酸反应的速率，探究影响金属与稀盐酸反应速率大小的外因——金属的形状。另外，布置进一步探究金属锌与稀盐酸反应速率的家庭小实验，将“境脉”从课堂延伸至课外，帮助学生在实践活动中培育科学探究能力和创新意识。]

（三）“境脉”发展：探究部分变质的食品脱氧剂的成分

师食品脱氧剂使用一段时间后会出现红棕色的固体。请你猜想红棕色固体的主要成分以及为什么会出现红棕色的固體。

生红棕色固体的主要成分为氧化铁。食品脱氧剂中的铁粉被空气中的氧气和水氧化成红棕色的氧化铁了。

师如何将氧化铁重新变为铁呢？

生用一氧化碳还原氧化铁。

师还记得实验室用哪套实验装置来实现一氧化碳还原氧化铁的化学反应吗？（出示实验室用一氧化碳还原氧化铁的装置图，如图4）请同学们回忆一下这个实验的现象。

生红棕色粉末变为黑色，澄清石灰水变浑浊。

师一氧化碳有毒、易燃、易爆，因此，完成这个实验必须做好风险预判和应对准备，我们要怎么做？

生先通一氧化碳后加热，防止一氧化碳和空气混合加热发生爆炸。

生先停止加热，冷却至室温后再停止通一氧化碳，防止生成的铁再次被空气中的氧气氧化。

生用燃烧法处理尾气，防止有毒气体一氧化碳污染空气。

师大家说得都很好！这个反应也是工业炼铁的主要反应。只不过实验室的反应装置是横向的，工业炼铁是纵向的，它的设备是高炉，原料是铁矿石、焦炭、石灰石和热空气。这样设计有什么好处呢？

生有利于原料之间的充分接触、充分反应;工业炼铁是一个连续的生产过程。

[设计意图：通过分析食品脱氧剂变质的原因及转化方法，复习实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验装置、现象及注意事项，比较实验室模拟炼铁和工业炼铁在原料、设备和产品上的不同，并分析后者的优点。]

（四）“境脉”收尾：食品脱氧剂的再利用

师食品脱氧剂的主要成分为铁粉，能否利用它为寒冷的冬天带来一丝温暖呢？下面请大家通过分组实验来自制暖袋。

[教师出示分组实验要求：取两包食品脱氧剂，打开后将粉末倒入白色纱布中，加入小半匙活性炭、小半匙蛭石，滴加2—3滴饱和食盐水，用橡皮筋轻轻捆扎，感受温度的变化并放入装置（类似“暖蛋”）中。并提醒注意事项：适当揉捏，充分混合;要透气;如果发热不明显，可以适当增加各固体成分的量。学生分组实验。]

师（出示暖宝宝产品信息表）这是一张暖宝宝的产品信息表，主要成分栏写着：铁粉、水、活性炭、吸水性树脂、蛭石、食盐。吸水性树脂和蛭石为暖宝宝提供了相对干燥和保温的环境。结合刚才的实验，请大家猜一猜食盐的作用是什么？

生加速铁的缓慢氧化。

师下面老师要用暖宝宝来做一个实验：利用手持技术测定密闭容器中暖宝宝的耗氧和温度变化曲线。

（出示实验装置，如图5所示：密封钟罩的顶部放有氧气传感器和温度传感器。将暖宝宝贴到温度传感器上，放置好钟罩。点击采集，得到如图6所示的氧气浓度和温度变化曲线。）

师谁来解读一下曲线的变化趋势？

生随着时间推移，密闭容器中氧气浓度越来越低;暖宝宝逐渐放热，温度升高，之后停止放热，温度下降。

师通过实验大家发现，暖宝宝中的铁粉发生缓慢氧化的同时发生了哪两个现象？

生耗氧和放热。

师这很像哪个实验？

生测定空气中氧气含量的实验。

师所以，铁粉的缓慢氧化也被用于测定空气中氧气的含量，且实验结果更准确，只是相对慢一些。

[设计意图：围绕食品脱氧剂中铁的再利用，运用手持技术探究密闭容器中暖宝宝的耗氧变化和温度变化，复习铁的缓慢氧化的两大效应：耗氧和放热。进而，引导学生发现暖宝宝用于测定空气中氧气含量的实验结果更准确，重新认识铁的缓慢氧化反应的意义。]

二、教学反思

“境脉”驱动下的教学相比传统的教学有下列优势：（1）适切的教学情境能激发学生的学习兴趣并唤醒学生的旧知，让学生在运用已学的知识解决情境中的新问题时，体会到学习的意义和价值，进一步激起学习的欲望;（2）依赖于教学情境的教学主线能引导学生将知识系统化，逐渐形成知识网络，有助于学生更高效地提取用于解决问题的信息，提升创造性地分析和解决问题的能力;（3）“境脉”相当于为知识设置了情境编码，学生只要记住了情境编码，便记住了情境的背景知识。

《金属的冶炼与利用》复习课教学中，笔者将与铁有关的知识线索设计成围绕食品脱氧剂的“境脉”，让学生在“境脉”引发的探究问题中不断提取已学过的知识，在对知识整合运用的过程中达成对知识的新理解和新认识，激发内在的创造潜能，提升思维品质，发展核心素养。如：以验证食品脱氧剂中含有铁粉、分析食品脱氧剂变质的原因及转化方法，培养学生的科学探究与证据推理能力;以分析相同形状的不同金属分别与等浓度稀盐酸反应的气压变化曲线，提升学生的模型认知水平;以分析等质量的铁丝和铁粉分别与等浓度稀盐酸反应的氢气浓度变化曲线，帮助学生树立变化的观念与平衡的思想;通过回顾实验室模拟炼铁的反应装置、现象、安全风险及防范措施，并分析比较实验室模拟炼铁和工业炼铁在设备、原料、产品和设计上的不同点及优缺点，帮助学生形成科学精神与社会责任感;通过“自制暖袋”的分组实验活动，培养学生的科学探究和合作能力;通过手持技术测定密闭容器中暖宝宝耗氧和温度变化的数字化实验，培养学生对数字化曲线的模型认知和证据推理能力;通过分析铁粉的缓慢氧化用于空气中氧气含量测定实验的可行性，发展学生勇于创新的思维品质。

*本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“基于化学核心素养的‘境脉引领——互动生成教学模式研究”（编号：D/2018/02/227）的阶段性研究成果。

参考文献：

[1] 王星乔，滕瑛巧，汪纪苗，等.基于化学核心素养的教学设计——以“铁及其化合物的应用”为例[J].化学教学，2017（5）.

[2] 汪纪苗，王森淼，任雪明.“境脉”视角下的化学教学实践与思考[J].中学化学教学参考，2017（13）.

[3] 李宏春.“境脉”引领下的化学课堂教学设计——以“氯气的生产原理”为例[J].中学化学教学参考，2017（Z1）.

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