學科核心素養(yǎng)視域下體現(xiàn)知識多重教育價值的教學設計

【摘要】知識的教育價值是指知識對個體的個性、素質發(fā)展所起到的積極作用。九年級化學“金屬的腐蝕與保護”這一知識則具有多重教育價值。通過對“金屬的腐蝕與保護”這一知識多重教育價值的挖掘和應用，編寫出教學方案，并進行課堂實踐，不僅有利于學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，還促進了教師的專業(yè)成長。

【關鍵詞】九年級化學；知識多重教育價值；“金屬的腐蝕與保護”

作者簡介：武會敏（1982—），女，廣西壯族自治區(qū)南寧市第二中學。

一、“金屬的腐蝕與保護”的多重教育價值

（一）科學知識學習價值

學習“金屬的腐蝕與保護”相關知識，有助于學生了解金屬腐蝕的原理，對緩慢氧化、元素守恒等科學概念有更深入的理解。這是學生認知發(fā)展的基礎和探索未知世界的前提。

（二）科學思維訓練價值

學生通過對比、分析、歸納、綜合等方法基于實驗事實進行證據(jù)推理，探究出鐵制品銹蝕的條件，掌握運用控制變量思想設計對比實驗方案的學科方法，有助于自身科學思維能力的發(fā)展。

（三）科學探究與創(chuàng)新實踐價值

通過學習，學生可以了解科學探究的基本過程包括觀察、提出問題、設計實驗、收集和分析數(shù)據(jù)、得出結論等?？茖W探究能力的培養(yǎng)對學生未來的學習和工作具有重要意義。查閱資料、改進和優(yōu)化實驗方案，積極探索現(xiàn)代信息技術與化學實驗的深度融合途徑，使用數(shù)字化傳感器等展示鐵制品銹蝕中的化學反應，有助于學生鍛煉實踐能力，并在實踐中培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決問題的能力。

（四）科學態(tài)度與責任研討價值

金屬腐蝕是一個全球性的問題。世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設備和材料占年產量的比例較大。金屬腐蝕可能導致設備損壞或存在安全隱患等。通過學習金屬保護的方法，學生能夠形成節(jié)約資源、減少浪費、回收利用的意識。通過學習金屬腐蝕的原理和防護措施，學生能夠增強安全意識，避免在實際生活中因金屬腐蝕而引發(fā)安全事故，同時學會多角度看待事物發(fā)展過程。

（五）跨學科學習價值

“金屬的腐蝕與保護”涉及化學、物理、信息技術、道德與法治等多門學科，在教學這一知識時進行學科整合，可以引導學生在更寬廣的視野下綜合運用化學和其他學科的知識分析、解決實際問題，例如：與物理學科結合，通過鐵制品銹蝕過程中壓強的變化探究鐵制品銹蝕的條件；與信息技術學科結合，幫助學生運用數(shù)字資源查閱資料、獲取知識，采用數(shù)字化實驗儀器探究鐵制品銹蝕過程中的熱量變化、氧氣濃度變化；和道德與法治學科結合，收集有關鋼鐵銹蝕造成的經濟損失等資料［1］。

（六）生活實踐應用價值

“金屬的腐蝕與保護”與生產生活息息相關。通過本節(jié)課的學習，學生可以了解防止金屬腐蝕的方法包括保持金屬表面清潔干燥、添加保護膜等。這不僅能提高學生的生活技能，還能使學生將所學的化學知識遷移到生產生活的實踐中，體會化學的應用價值。

二、體現(xiàn)知識多重教育價值的教學設計及實施

（一）教學內容及學情分析

人教版九年級下冊第八單元“金屬和金屬材料”課題3“金屬資源的利用和保護”第2課時“金屬資源保護”，是一節(jié)新授課。本課主要內容包括：1.探究鐵制品銹蝕的條件；2.討論防止鐵制品銹蝕的簡單方法；3.了解廢舊金屬對環(huán)境的污染，認識回收利用廢舊金屬、保護金屬資源的重要性［2］。

九年級學生大多對金屬資源的現(xiàn)狀有一定的認識，對于鐵制品容易生銹的事實較為熟悉，對防止金屬生銹的措施也有所了解，知道金屬生銹是一個緩慢氧化的過程，在九年級上冊第七單元的學習中探究了“燃燒的條件”和“滅火的原理和方法”，對收集資料、設計對比實驗方案已有一定的基礎。探究鐵制品銹蝕的條件需要運用控制變量法，可以體現(xiàn)培養(yǎng)學生的科學思維、創(chuàng)新實踐能力的價值。學生受到自身心理發(fā)展特點的影響，認識事物的角度還比較單一，需要教師引導學生多角度分析和解決簡單的開放性問題。

（二）教學目標設定

1.讓學生通過設計創(chuàng)新實驗并進行實踐探究，分析鐵制品銹蝕的條件，發(fā)展創(chuàng)新實踐能力，認識到控制變量法和對比實驗法是常用的科學思維方法。

2.讓學生通過觀察日常生活中的鐵制品，結合鐵制品銹蝕的條件，進一步了解防止金屬腐蝕的方法，并解釋相關生活現(xiàn)象和解決實際問題。

3.讓學生通過課前分組調研，了解廢舊金屬回收利用的意義，并歸納出保護金屬資源的主要途徑，形成保護環(huán)境、節(jié)約資源的意識。

4.借助視頻和圖片資料，展示鐵銹的用途和利用金屬腐蝕的原理服務生產生活的實例，發(fā)展學生的創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)學生的唯物史觀。

（三）主要的教學過程實錄

課前，教師提前一周（教材中給出的實驗探究方案大約需要一周的時間，這樣才能看到鐵釘銹蝕的實驗現(xiàn)象）布置以下任務讓學習小組完成：（1）開展鐵釘生銹的實驗；（2）收集鋼鐵銹蝕造成的經濟損失和帶來的危害等相關資料；（3）調查自己生活的社區(qū)內金屬廢棄物的主要品種、回收情況和回收價值等；（4）收集利用鐵生銹等金屬腐蝕的原理進行生產生活的實例。

1.環(huán)節(jié)一—探究鐵制品銹蝕的條件

課上，教師展示圖片（圖片內容為：與干燥空氣接觸的鐵鍋漆黑光亮，有水漬的鐵鍋表面有少許鐵銹，帶有菜汁的鐵鍋銹跡斑斑），提出問題：“已知鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O。根據(jù)圖片信息，你猜測鐵制品銹蝕的條件是什么？你推理的依據(jù)是什么？請在小組內討論實驗方案，畫出實驗裝置圖?！?/p>

對于教師一周前布置的任務（1），小組1按照教材給出的方案進行實驗，實驗結束后觀察到的現(xiàn)象是：第三天，與空氣、水同時接觸的鐵釘生銹，水面上漂浮著棕黃色的雜質；第六天，放入水中的鐵釘表面變黑；只有與干燥空氣接觸的鐵釘沒有生銹。小組1由此認為鐵釘生銹需要與氧氣、水同時接觸。該組代表與教師的互動過程如下。

師：你們組觀察得很仔細。請你說說為什么放入水中的鐵釘表面會變成黑色？

生：氧氣不易溶于水，而實驗可能受到了水中溶解的少量氧氣的干擾，這部分氧氣將鐵釘氧化了。

師：為什么教材給出的方案需要用到經煮沸迅速冷卻的蒸餾水，并且要在水的表面滴一層植物油？

生：將水煮沸能排出溶解在水中的氧氣，迅速冷卻可以防止氧氣再次溶解在水中，植物油可以隔絕氧氣，這樣就形成了一個無氧氣的環(huán)境。

小組2根據(jù)“化學反應前后元素種類不變”“鐵銹中含有鐵元素、氧元素和氫元素”的知識，結合教師展示的帶有菜汁的鐵鍋銹跡斑斑的圖片，通過查閱資料知道了鐵制品生銹需要氧氣和水，并采用控制變量法設計了4個對比實驗：第1個實驗需要用到鐵制品、水、空氣，第2個實驗需要用到鐵制品、水，第3個實驗需要用到鐵制品、空氣，第4個實驗需要用到鐵制品、食鹽水、空氣。在實驗時，小組2對教材給出的方案做了幾處改進：為增大接觸面積，將鐵釘換成幾根細鐵絲（使它們呈螺旋狀）；第4個實驗使用密閉裝置進行（鐵絲生銹消耗氧氣后，裝置內的壓強會變小，試管內的液面會上升），同時在試管中滴入紅墨水，以便觀察液面上升的情況［3］。經過實驗，小組2觀察到：一天后，第1個實驗中的鐵絲生銹；第2個和第3個實驗中的鐵絲沒有生銹；而實驗開始的15分鐘后，第4個實驗中紅墨水的液面就逐漸升高。由此，小組2得出結論：鐵絲生銹需要與氧氣、水同時接觸；食鹽能讓鐵絲更快生銹。

小組3采用鐵粉及加熱墊（將溫度調成45℃），進行了4個對比實驗：第1個實驗需要用到鐵粉、炭粉、4滴水、植物油，第2個實驗需要用到鐵粉、炭粉、空氣，第3個實驗需要用到鐵粉、炭粉、4滴水，第4個實驗需要用到鐵粉、炭粉、4滴食鹽水、空氣。實驗開始后，對于第4個實驗，小組3在第8分鐘觀察到鐵粉中開始出現(xiàn)紅棕色的鐵銹，在第15分鐘觀察到紅棕色的鐵銹變得很多；對于其他3個實驗，未觀察到明顯現(xiàn)象。小組3由此認為食鹽能讓鐵粉更快生銹。

在各小組匯報展示完之后，教師追問：“通過實驗探究，我們知道了鐵制品銹蝕與氧氣、水有關，食鹽能加快鐵制品的生銹速度?；瘜W變化不僅會生成新物質，還伴隨著能量的變化。那么鐵制品生銹的過程是會放出熱量還是會吸收熱量呢？同學們能否嘗試對實驗裝置進行創(chuàng)新，探究鐵制品生銹過程中熱量的變化呢？”學生們與教師一起分析、交流，決定使用手提電腦、溫度傳感器、塑料飲料杯等儀器和鐵粉、炭粉、食鹽水等藥品。確定的實驗步驟如下：（1）連接好裝置后，打開朗威V8.0軟件的數(shù)據(jù)采集器；（2）將5 g鐵粉和1 g炭粉進行混合并放在塑料杯中，滴入10滴食鹽水，將溫度傳感器插入塑料杯中；（3）調節(jié)參數(shù)后觀察數(shù)據(jù)采集器上的讀數(shù)及塑料杯中的變化。在實驗中，師生觀察到數(shù)據(jù)采集器上的讀數(shù)升高，塑料杯內壁有水珠產生。通過對實驗現(xiàn)象的分析，學生們得出鐵制品生銹的過程會放出熱量的結論。

2.環(huán)節(jié)二—討論防止鐵制品銹蝕的方法

教師展示多張有關生活中美觀的鐵制品的圖片，之后讓學生結合鐵制品銹蝕的原理，嘗試從外部因素和內部因素兩個角度討論防止鐵制品銹蝕的方法。學生經過分析，認識到：從外部因素來看，只要使鐵制品不滿足生銹的條件之一即可。如給自行車的車架表面刷上油漆、鏈條上涂一層潤滑油、車把表面鍍上一層鉻，將使用完的鐵鍋洗干凈并擦干。從內部因素來看，合金的很多性能與組成它們的純金屬不同，在鐵制品中加入某些元素能防止鐵制品生銹。為了拓展學生的視野，教師通過播放視頻，介紹發(fā)藍處理、搪瓷、電化學保護法等防止鐵制品銹蝕的有效方法。

3.環(huán)節(jié)三—歸納保護金屬資源的措施

對于教師提出的“廢舊的金屬能不能直接丟棄呢？如何保護金屬資源？”這一問題，小組1的代表回答道：“不能將廢舊金屬直接丟棄，因為這樣不僅會浪費金屬資源，還可能造成地下水和土壤污染，危害人類健康。另外，有數(shù)據(jù)顯示，一些發(fā)達國家每年因金屬腐蝕而造成的經濟損失超過每年重大災害損失的總和?！毙〗M2的代表回答道：“保護金屬資源的措施有防止金屬腐蝕、回收利用金屬、合理開采礦物、尋找金屬的代用品等?！毙〗M3的代表則展示了本組調查的某個社區(qū)內的金屬回收站回收的金屬廢棄物的品種，如氧化鐵皮、易拉罐、損壞的刀具等。

4.環(huán)節(jié)四—介紹金屬腐蝕的利用價值

教師講述的部分內容如下：金屬的腐蝕對生產帶來了危害，但人們也會利用金屬腐蝕的原理為生產服務，如應用電化學刻蝕、等離子體刻蝕等技術［4］。金屬腐蝕過程中放出的熱量可以用于生活，如“暖寶寶”、蒸汽眼罩就利用了鐵粉銹蝕放熱的原理。鐵制品生銹后生成的氧化鐵在建筑、食品加工等領域也具有重要用途。由此可見，我們在看待事物發(fā)展過程時，要注意從多個角度、抓住事物的主要矛盾去分析。

5.環(huán)節(jié)五—布置能力提升型課后作業(yè)

教師布置的作業(yè)是：根據(jù)本課學習的鐵制品銹蝕的條件，請嘗試設計實驗方案探究銅生銹的條件（已知銅銹的主要成分是Cu2（OH）2CO3）。

（四）教學實施的注意事項分析

實施本課的教學需要教師做好以下準備工作：帶領學習小組進行教材實驗的探究；引導學生充分利用數(shù)字資源，如鐵制品銹蝕實驗改進的相關文獻，與防止金屬腐蝕的工藝、方法相關的視頻；提前查看各組收集的所有資料，引導學生進行整理歸納，以此幫助學生在有限的課堂時間內展示探究成果。開展本課的學習則需要學生合理分配每天的學習時間，需要小組成員之間分工合理、配合得當。

（五）教學實效分析

一方面，知識多重教育價值的挖掘和應用對學生具有重要的促進作用。教師通過觀察學生的課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)的完成情況，發(fā)現(xiàn)學生在有關“金屬的腐蝕與保護”的科學知識學習、科學思維訓練、科學探究與創(chuàng)新實踐等方面收獲較大，能更全面地了解“金屬的腐蝕與保護”的內涵和外延，順利設計出銅生銹條件的實驗探究方案。通過查閱資料和分組合作、交流、展示，學生認識到“金屬的腐蝕與保護”在節(jié)約資源、保護環(huán)境等方面的作用，拓展了視野，提高了綜合素質。

另一方面，知識多重教育價值的挖掘和應用對教師也具有重要的促進作用。挖掘和應用知識的多重教育價值，能幫助教師更好地把握教學內容，提升教學效果和質量，促進教師的專業(yè)發(fā)展和成長，提高教師的教育素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

【參考文獻】

［1］中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022．

［2］武艷云.生活化教學法提升初中生核心素養(yǎng)的有效策略探析［J］.考試周刊，2021（31）：7-8.

［3］劉廣斌.“鐵銹蝕條件的探究”實驗的創(chuàng)新設計［J］.實驗教學與儀器，2022，39（4）：37-39.

［4］胡旭亮.“金屬的電化學腐蝕與防護”教學［J］.中學化學教學參考，2022（12）：22-25.