基于學(xué)生核心素養(yǎng)的“鋁及鋁合金”的教學(xué)再設(shè)計(jì)

韋存容　石武賢

摘要：以牛奶的包裝盒“利樂包”為核心，以利樂包是何組成、為何使用鋁來制作利樂包、為何鋁箔不直接和牛奶接觸、如何實(shí)現(xiàn)利樂包的回收利用、回收的鋁有何用途這幾個(gè)問題串聯(lián)起整節(jié)課的情境，在問題解決和實(shí)驗(yàn)探究中學(xué)習(xí)鋁及鋁合金的性質(zhì)，感悟鋁的回收價(jià)值，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、環(huán)保意識(shí)、化學(xué)經(jīng)濟(jì)意識(shí)和工程意識(shí)，從而發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；鋁；性質(zhì)；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號：1008-0546（2017）06-0077-04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.06.023

一、設(shè)計(jì)思路

隨著時(shí)代的發(fā)展，尤其是信息化，全球化時(shí)代的來臨，傳統(tǒng)上那種知識(shí)與技能本位的教育已無法滿足人們?nèi)找鎻?fù)雜的工作環(huán)境[1]，發(fā)展公民的核心素養(yǎng)是全球各國所要面臨的共同問題。高中化學(xué)課程對學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展具有不可替代的作用[2]。對此，筆者嘗試在教學(xué)過程中滲透發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的思想，對鋁及鋁的性質(zhì)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，以此幫助學(xué)生形成科學(xué)價(jià)值觀、理性思維模式、綠色文明生活等核心素養(yǎng)。

本節(jié)課的主要設(shè)計(jì)思路是從利樂包型牛奶包裝盒的拆解來分析鋁的物理性質(zhì)，從利樂包為何選用鋁箔、為何還需加一層塑料薄膜等來研究鋁與氧氣、水、酸反應(yīng)等的化學(xué)性質(zhì)，從利樂包的回收來研究與堿反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)，從回收后鋁的用途來介紹鋁熱反應(yīng)。最后從燒烤用的鋁箔紙的使用來總結(jié)鋁及鋁合金的性質(zhì)。本節(jié)課的設(shè)計(jì)思路如圖1所示：

新一代課程改革的核心是培養(yǎng)全面發(fā)展的人，這對我們化學(xué)的教學(xué)提出了更高的要求：這需要教師嘗試改變當(dāng)前存在的“學(xué)科本位”和“知識(shí)本位”現(xiàn)象，幫助學(xué)生明確未來的發(fā)展方向，激勵(lì)學(xué)生朝著這一目標(biāo)不斷努力[3]。究竟我們要如何教學(xué)，才能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力？對此我們進(jìn)行一些嘗試。目前，鋁的教學(xué)大多從結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-用途的角度進(jìn)行，雖然這樣的課目標(biāo)清晰，但是列舉的鋁的用途的案例未能完整地連貫于課堂，在培養(yǎng)學(xué)生思維能力方面略有欠缺。筆者嘗試將生活中常見的利樂包貫穿于課堂，并在教學(xué)過程中不斷改進(jìn)和反思，最終形成了以利樂包為主線的鋁及鋁合金的教學(xué)設(shè)計(jì)。在教學(xué)過程中，一方面通過對利樂包的挖掘使學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)鋁的物理、化學(xué)性質(zhì)，通過利樂包的回收利用學(xué)生探究了鋁的兩性，另一方面使學(xué)生在學(xué)習(xí)、理解、運(yùn)用鋁的性質(zhì)的過程中形成環(huán)保意識(shí)，以及具備將廢物回收利用的工程思維。

二、教材及學(xué)情分析

“鋁及鋁合金”是蘇教版《化學(xué)1》專題3第一單元的內(nèi)容[4]，在教學(xué)上有著承上啟下的作用。緊扣前專題的鈉鎂的性質(zhì)，同時(shí)為鋁的氧化物和氫氧化物，鋁的提取打下基礎(chǔ)。在此之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過金屬鈉和鎂，對金屬性質(zhì)的探究有了一定的基礎(chǔ)，能依據(jù)已學(xué)的知識(shí)對金屬鋁的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行推測。此外，鋁與鈉、鎂屬于同一周期，通過學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠感受到他們之間化學(xué)性質(zhì)的遞變規(guī)律，為以后必修2的元素周期律打下一定的基礎(chǔ)。

三、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

1. 了解鋁的物理性質(zhì)及用途。

2. 通過實(shí)驗(yàn)掌握鋁的化學(xué)性質(zhì)，感受鋁的兩性。

3. 理解鋁的化學(xué)性質(zhì)對鋁的提純和鋁的用途的影響。

4. 通過對鋁實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與分析，增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

5. 通過對利樂包回收使用實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)垃圾回收使用方案的工程意識(shí)。

6. 深切感受到化學(xué)知識(shí)的力量，并對與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題進(jìn)行思考和決策，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和經(jīng)濟(jì)效益意識(shí)。

四、教學(xué)過程

1. 牛奶包裝盒“利樂包”是何組成？

[實(shí)物展示]這是我們經(jīng)常喝的牛奶的盒子，它被稱為利樂包，是由瑞典利樂公司（Tetra Pak）開發(fā)出的一系列用于液體食品的包裝產(chǎn)品，在中國的飲品包裝市場上占有重要的地位。有沒有同學(xué)嘗試將它剪開看看的，可以看到利樂包內(nèi)層是銀白色的，這是由于利樂包中有一層鋁箔。今天就來學(xué)習(xí)小小的利樂包中的金屬——鋁。

[師]利樂包是由紙、鋁、塑組成的六層復(fù)合紙包裝（如圖2），分別是外層聚乙烯、印刷油墨層、原紙板層（73%），聚乙烯中層、鋁箔（5%，約為6.5微米[5]），內(nèi)側(cè)聚乙烯層。其中鋁箔能夠有效阻隔空氣和光線，讓牛奶和飲料的消費(fèi)更加方便而安全、而且保質(zhì)期更長，實(shí)現(xiàn)了較高的包裝效率。

[師]我們發(fā)現(xiàn)利樂包的內(nèi)層是銀白色的，利樂包中鋁箔只有6.5微米，你能從中歸納出鋁的一些性質(zhì)嗎？

[生] 鋁是一種銀白色的金屬，具有較好的延展性。

[設(shè)計(jì)意圖]從生活常見的牛奶包裝盒引入情境，增加學(xué)生對鋁的親切感，激發(fā)學(xué)生對生活中物質(zhì)的探究興趣。讓學(xué)生從利樂包的組成對鋁的性質(zhì)進(jìn)行推測，體現(xiàn)了“性質(zhì)決定用途”的思想，為接下來研究鋁的物理性質(zhì)的方法埋下伏筆。

[教師引導(dǎo)]（PPT投影） 鋁除了在利樂盒中使用之外，在日常生活中也使用廣泛。鋁及鋁合金常用于制作易拉罐、炊具、導(dǎo)線、建筑材料、刷子中的裝飾材料、飛機(jī)汽車等部件。學(xué)生通過列舉鋁及鋁合金的用途，歸納出鋁的物理性質(zhì)，并說出原因。

[學(xué)生歸納]鋁及鋁合金的物理性質(zhì)：延展性好，可作利樂盒中的鋁箔和易拉罐；導(dǎo)熱性好，熔點(diǎn)高，可作炊具；導(dǎo)電性好，可作導(dǎo)線；強(qiáng)度大，可作建筑鋼材；有銀白色的金屬光澤，可作裝飾物；密度小，可用作飛機(jī)汽車等的零部件。

[板書]一、物理性質(zhì)

[設(shè)計(jì)意圖] 通過生活實(shí)例使學(xué)生知道鋁及鋁合金的實(shí)際應(yīng)用，體會(huì)所學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活的緊密聯(lián)系，以提升學(xué)生的化學(xué)價(jià)值觀。通過對圖片資料的分析，培養(yǎng)學(xué)生的整理、歸納的能力。

2. 為何使用鋁來制作利樂包？

[過渡]為什么用鋁作利樂包裝盒，而不用鐵呢？這與鋁的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

[學(xué)生回答]因?yàn)殇X比鐵輕，鋁不容易生銹。

[圖片展示] 銹跡斑斑的鐵門與光亮如新鋁合金窗戶。

[教師追問]為什么鋁不容易生銹呢？明明鋁的金屬活動(dòng)性比鐵強(qiáng)？

[圖片展示] 掃描隧道顯微鏡下氧化鋁和氧化鐵的表面形態(tài)（圖3）。

[學(xué)生討論]氧化鋁是一種致密排列的氧化膜，它牢固地覆蓋在鋁表面，氧氣很難穿過致密的氧化膜去與里面的鋁反應(yīng)。而氧化鐵是一種疏松多孔的氧化膜，氧氣容易穿過這種疏松的氧化膜接著與里面的鐵反應(yīng)。所以鋁不容易生銹。

[教師總結(jié)] 由于鋁的表面能夠形成一層致密的氧化膜，使得鋁不容易生銹，所以利樂包中選擇鋁做包裝材料，而不用鐵。

[板書]二、化學(xué)性質(zhì)

1. 與氧氣反應(yīng)4Al+3O2 ■ 2Al2O3

[設(shè)計(jì)意圖]通過氧化鋁、氧化鐵微觀圖片的比較觀察，直觀感受到鋁表面存在致密的氧化膜，學(xué)生體會(huì)到微觀世界的奧秘，自然地得出結(jié)論，鍛煉了學(xué)生的圖片分析、總結(jié)歸納的能力。

[圖片展示] 我們利用鋁表面能夠形成致密的氧化膜這個(gè)性質(zhì)，可以將鋁合金用作石油和天然氣等的輸送管道，作醫(yī)療器械等。另外，由于鋁與氧氣的反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，可以將其作為火箭的固體燃料。

[設(shè)計(jì)意圖]豐富的圖片能增加教學(xué)的直觀性，激活學(xué)生的感受。通過鋁能與氧氣反應(yīng)、鋁與水的反應(yīng)性質(zhì)的應(yīng)用，突出性質(zhì)與用途的關(guān)系，并提升學(xué)生的化學(xué)價(jià)值觀。

3. 為何鋁不能直接和牛奶接觸？

[過渡]鋁可以用作牛奶的利樂包裝盒，為什么鋁箔不能直接和牛奶接觸，還需要加一層塑料薄膜（聚乙烯層）呢？

[學(xué)生討論]因?yàn)殇X吃多了會(huì)得老年癡呆。

[教師追問]我又沒有啃紙盒子呀，怎么會(huì)吃鋁呢？

[學(xué)生思考]可能是鋁箔會(huì)和牛奶中的物質(zhì)反應(yīng)。

[教師引導(dǎo)]牛奶的主要成分是水和蛋白質(zhì)，那究竟是和誰反應(yīng)的呢？我們知道鋁是一種活潑的金屬，前面我們也已經(jīng)學(xué)過了兩種活潑的金屬——鈉、鎂，鈉在常溫下能和水反應(yīng)，鎂條在加熱條件下能和水反應(yīng)，那么活潑性比鈉鎂弱的鋁能否與水反應(yīng)呢？

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)1]鋁條與水：將打磨好的鋁條放入水中，滴加酚酞，加熱。

[觀察思考]在加熱的條件下鋁條難與水反應(yīng)。

[教師追問]是不是鋁就和水不反應(yīng)了。有可能是反應(yīng)速率太慢了，我們嘗試增大接觸面積試試看。將鋁條換成鋁粉。

[演示實(shí)驗(yàn)1] 鋁粉與水：將鋁粉放入試管中，加水，滴加2滴酚酞，加熱。

[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]酚酞變紅，用激光筆照射有丁達(dá)爾現(xiàn)象[6]。鋁粉能與水反應(yīng)。

[教師小結(jié)]相比于鈉和鎂，鋁能夠與水反應(yīng)，但反應(yīng)非常緩慢。利樂包最內(nèi)層要加一層塑料薄膜，有防止水與鋁反應(yīng)的作用，但不是主要因素。

[板書]2.與水反應(yīng)2Al+6H2O■2Al（OH）3+3H2↑

[設(shè)計(jì)意圖]通過Al和H2O的反應(yīng)進(jìn)一步體現(xiàn)鈉鎂鋁化學(xué)性質(zhì)的遞變性。通過知識(shí)的遷移完成對產(chǎn)物Al（OH）3的檢驗(yàn)。

[過渡]牛奶的pH為6.3-6.7[7]，呈現(xiàn)出弱酸性，會(huì)不會(huì)是由于在酸性條件下，Al會(huì)和酸反應(yīng)變成Al3+，所以利樂包裝盒中需要加一層塑料薄膜（聚乙烯層）呢？

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)2]Al片打磨后放入裝有3mL的6mol/L的鹽酸，觀察現(xiàn)象。

[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象] 剛開始反應(yīng)不劇烈，產(chǎn)生少量的氣泡。一段時(shí)間后，反應(yīng)加劇，產(chǎn)生大量的氣泡。

[教師]寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，并改寫成離子反應(yīng)方程式。

[板書]3.與酸反應(yīng) 2Al+6HCl■2AlCl3+3H2↑

[教師小結(jié)]通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們知道牛奶呈酸性，會(huì)與鋁發(fā)生反應(yīng)是利樂包最內(nèi)層需要加一層塑料薄膜的原因之一。

[設(shè)計(jì)意圖]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了推測，更好地啟發(fā)了學(xué)生的思維，注重學(xué)生的實(shí)踐，鍛煉學(xué)生解決問題的能力。

[圖片展示]我們在馬路上經(jīng)?？吹戒X槽車，它上面貼著腐蝕品的標(biāo)志。那么，我們可以不可以用它來運(yùn)輸濃鹽酸呢？濃硝酸、濃硫酸可以嗎？

[演示實(shí)驗(yàn)2]Al片打磨后分別放入裝有2支裝有濃硝酸、濃硫酸中，觀察現(xiàn)象。

[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]常溫下，鋁與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)沒有明顯的現(xiàn)象。

[教師解釋]在常溫下鋁能夠和濃硫酸、濃硝酸這樣的強(qiáng)氧化性的酸發(fā)生鈍化反應(yīng)，生成氧化鋁。我們可以用該反應(yīng)來增強(qiáng)鋁表面的氧化膜，例如增強(qiáng)鋁鍋表面的氧化膜，使得它的防腐能力增強(qiáng)。

[設(shè)計(jì)意圖]通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生清楚地看到鋁和濃硝酸、濃硫酸的鈍化。再以現(xiàn)實(shí)生活中常見的鋁槽車為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么鋁槽車可以裝腐蝕品，將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活中，體會(huì)化學(xué)知識(shí)的價(jià)值。

[板書]Al與濃硫酸、濃硝酸發(fā)生鈍化反應(yīng)。

4. 如何實(shí)現(xiàn)利樂包的回收利用？

[圖片展示]2010年上海世博會(huì)期間，1000條由回收牛奶飲料紙包裝制成的廣場座椅日前正式入駐世博園。制作一張長1.2米、寬1.4米的環(huán)保座椅，只需要856個(gè)250毫升大小的牛奶飲料紙包裝[8]。

2009年6月，一直致力于建立復(fù)合紙包裝循環(huán)再利用產(chǎn)業(yè)鏈的利樂公司與上海世博局、新民晚報(bào)社共同發(fā)起“綠色世博‘椅我為榮”牛奶飲料紙包裝回收大行動(dòng)。回收活動(dòng)歷時(shí)半年，受到社會(huì)廣泛的關(guān)注，總回收利樂包量達(dá)到113噸[9]，可回收鋁5.65噸的鋁，84噸的原生紙漿。

[教師講解] 現(xiàn)在使用較多的是利用水力再生漿技術(shù)將利樂包進(jìn)行回收處理。通過水力碎解的辦法，可以得到纖維紙漿和片狀鋁塑薄膜，分離出來的紙漿可以用來生產(chǎn)再生紙，而鋁塑薄膜需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理得到鋁和塑料。那么我們怎么樣將緊密相連的鋁和塑料分離開來呢？工業(yè)上可以通過堿溶的辦法來分離。

[設(shè)計(jì)意圖] 通過回收利樂包自然過渡到鋁與堿的反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，并培養(yǎng)學(xué)生如何設(shè)計(jì)垃圾回收使用方案的工程意識(shí)，體會(huì)化學(xué)知識(shí)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)3]Al片打磨后放入6 mol/L的NaOH溶液中，觀察現(xiàn)象。

[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]鋁條溶解，產(chǎn)生無色無味氣體。

[教師講解]Al能和NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)，生成NaAlO2和H2。請學(xué)生書寫反應(yīng)方程式，并改寫成離子反應(yīng)方程式。提示，NaAlO2是一種強(qiáng)電解質(zhì)，在水溶液中發(fā)生電離：NaAlO2■Na++AlO2-。

[板書]4.與堿反應(yīng)

2Al+2NaOH+2H2O ■ 2NaAlO2+3H2↑

2Al+2OH-+2H2O ■ 2AlO2-+3H2↑

[教師講解]據(jù)統(tǒng)計(jì)2013年，我國奶制品利樂包包裝的回收總量增至13.9萬噸，相當(dāng)于利樂中國2013全年總產(chǎn)量的41%，廢棄利樂包的回收利用成為一個(gè)世界性的技術(shù)難題，國內(nèi)此前幾乎無人涉足，或許你們將來可以從廢棄飲料盒中淘出金來。

[設(shè)計(jì)意圖]利用鋁與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，為從利樂包中提取出鋁提供了一種方法。培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)知識(shí)來解決生產(chǎn)生活中的問題的意識(shí)，并提高他們從廢品中發(fā)現(xiàn)財(cái)富的化學(xué)經(jīng)濟(jì)意識(shí)與工程意識(shí)。

5. 回收的鋁有何用？

[過渡] 我們可以從廢棄的利樂包中提取出大量的鋁，那么這些鋁可以用來干什么呢？除了可以用來做建筑材料、飛機(jī)、火箭固體燃料等之外，還可以依據(jù)鋁金屬性較為活潑的性質(zhì)來冶煉活潑性比它弱的、難熔的金屬。以鋁在高溫下和氧化鐵反應(yīng)為例。

[演示實(shí)驗(yàn)3] 將5g干燥的氧化鐵粉末、2g鋁粉均勻混合后放在漏斗中，在混合物的上面加少量的氯酸鉀，用點(diǎn)燃的鎂條來引燃實(shí)驗(yàn)裝置，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[板書]5.鋁熱反應(yīng) 2Al + Fe2O3■2Fe + Al2O3

[圖片展示]該反應(yīng)可以用于焊接鐵軌和定向爆破。

[設(shè)計(jì)意圖] 學(xué)生在劇烈的化學(xué)反應(yīng)中感受到化學(xué)的魅力，并且與開頭提出的鋁的活潑性比鐵強(qiáng)相呼應(yīng)，再次強(qiáng)化了性質(zhì)決定用途的思想，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

6. 總結(jié)與思考

[教師提問] 我們在燒烤的時(shí)候常用到鋁箔紙來包裹食物，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，你認(rèn)為用于包裹食品的鋁箔，應(yīng)該在使用說明上注明些什么呢？

[學(xué)生思考]不能長期包裹堿性、酸性及腌制的食物。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)首先思考的是如何在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。在這個(gè)思想下，本節(jié)課以牛奶利樂包裝盒這個(gè)生活中常見的物品為核心，從利樂包的設(shè)計(jì)，利樂包為何如此設(shè)計(jì)、如何實(shí)現(xiàn)利樂包的回收利用，到回收后的材料的利用等角度串聯(lián)起整節(jié)課，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。所研究的問題與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣，在一個(gè)個(gè)聯(lián)系實(shí)際問題以及實(shí)驗(yàn)探究的解決問題過程中，讓學(xué)生主動(dòng)地吸收知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和勇于探究的科學(xué)精神。在利樂包的回收利用的設(shè)計(jì)中，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，充分體現(xiàn)了化學(xué)知識(shí)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，深化了學(xué)生的工程意識(shí)。

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)明確，教學(xué)過程開展順利，基本達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。此外，在鋁的探究性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的課堂參與度高，課堂生動(dòng)活潑。但是，在教學(xué)過程中也存在一些問題，例如學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能不夠，出現(xiàn)滴管伸入試管中等現(xiàn)象。此外，由于本節(jié)課的內(nèi)容較多，有很多需要學(xué)生深入思考的問題，沒有給予學(xué)生足夠的思考時(shí)間，例如為什么用鋁箔而不用鐵箔做利樂包的問題，學(xué)生的回答大多集中在鋁密度小這方面，這也與問題設(shè)計(jì)的導(dǎo)向不夠明確有關(guān)。

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