高中化學(xué)“鋁和鋁合金”的項目式教學(xué)

劉笑明 王廣才 王澤洋 王淼

一、項目主題選取

“達喜”藥品是生活中常見的一種治療胃痛、胃酸暖氣、飽脹疾病的一種非處方藥物，其藥品全稱為“鋁碳酸鎂咀嚼片”，其商品名稱為“達喜”（下文稱該藥品為“達喜”）。對于“達喜”中金屬元素進行定性分析這一主題與2017版人教版必修第一冊第三章第二節(jié)金屬材料中鋁和鋁合金一節(jié)具有一定聯(lián)系。教材中講述了鋁與鹽酸反應(yīng)生成鋁離子，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，但并未對兩種產(chǎn)物性質(zhì)進行詳細(xì)介紹。

通過“達喜”藥品說明書可知，其主要成分化學(xué)式為AIZMg6（ OH）16CO3.4H2O，所含元素都是學(xué)生所熟悉的元素。因此該研究可以對教材知識進行相應(yīng)拓展，適合學(xué)生進行實驗探究。

1.項目主題對于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展

項目設(shè)計的初心是發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，通過無機元素化合物的檢驗，可以觀察到沉淀、氣體以及顏色的變化等實驗現(xiàn)象，根據(jù)實驗現(xiàn)象分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因，進而分析出其所含元素種類，這一過程正是培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的過程。由于研究的對象是藥品，關(guān)系到人民生命安全，緊抓實驗過程中的嚴(yán)謹(jǐn)性又關(guān)乎生命健康教育這一主題，落實“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”素養(yǎng)的培養(yǎng)。同時，對該藥品的金屬元素進行定性檢驗，能更好地培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的素養(yǎng)，增強學(xué)生知識遷移能力和動手能力，也為教師在講解鋁鹽、偏鋁酸鹽及氫氧化鋁轉(zhuǎn)化內(nèi)容時的情境創(chuàng)設(shè)上提供一些思路。因此，選取本項目為研究主題。

2.項目學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）通過本項目中鋁鹽、偏鋁酸鹽知識的應(yīng)用，深入理解鋁鹽、偏鋁酸鹽和氫氧化鋁之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（2）通過“達喜藥品中金屬元素定性分析”形成定性分析問題的思路和方法。

（3）在實驗設(shè)計過程中，掌握定性分析問題的本領(lǐng)，綜合應(yīng)用化學(xué)知識解決實際問題。

二、項目設(shè)計流程

以“達喜”藥品中金屬元素定性分析為研究中心，本項目分為四個階段：

1.項目課前準(zhǔn)備階段

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出不同的實驗方案。其驅(qū)動性問題集中于“樣品溶解過程選取酸浸還是堿浸”，得出不同的設(shè)計思路。

2.項目實施階段

主要驅(qū)動性問題集中于實驗操作規(guī)范問題。本階段能較好培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任素養(yǎng)。學(xué)生對實驗現(xiàn)象進行清晰、準(zhǔn)確的記錄，并且對相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)原理做出判斷。

3.項目分析階段

是本項目的重難點階段。學(xué)生在實驗過程中會出現(xiàn)很多問題，且學(xué)生自身難于分析出原因所在，需小組共同討論和教師支持。

4.項目評價階段

教師進行總結(jié)性評價。從不同維度發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，做出正確評價，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

三、項目實施階段過程及問題

將班級同學(xué)分為6個小組，并選出各組組長，項目完成時間為2課時。項目實施過程及具體教學(xué)設(shè)計見表1。

四、項目總結(jié)及評價

學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)若干問題，利用這些問題可以激發(fā)學(xué)生進行更加深入的思考，對于鋁鹽、偏鋁酸鹽及氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化問題的理解會更加清晰。

以下為學(xué)生小組討論情況及學(xué)生和教師觀點：

【學(xué)生觀點1】對藥品進行酸浸。因為根據(jù)藥品說明書可知，藥品為一種堿式鎂鋁鹽，所以能溶于鹽酸溶液，可用鹽酸進行溶解，然后進行過濾，得到濾液，向濾液中加入過量的氫氧化鈉溶液，產(chǎn)生沉淀為氫氧化鎂，證明藥品中有鎂元素;再次過濾，向濾液中加入適量的鹽酸如果觀察到沉淀證明藥品中含有鋁元素。

【學(xué)生觀點2】將藥品分為兩份，一份進行堿浸，因為鋁鹽能溶于強堿溶液，然后進行過濾，向藥品中加入適量鹽酸溶液，如果觀察到沉淀，證明藥品中含有鋁元素;另一份進行酸浸，過濾，向濾液中加入過量氫氧化鈉溶液，如有沉淀生成，證明溶液中含鎂元素。

【教師分析】對于兩種觀點同學(xué)的方案都是理論上可行的，通過不同步驟產(chǎn)生沉淀說明溶液中的元素種類，向持有觀點1的學(xué)生提問：在加入過量氫氧化鈉溶液時，如何控制好量的問題？在加入適量鹽酸時，如何控制好量的問題？一但酸過量，就無法觀察到氫氧化鋁沉淀，得到的實驗結(jié)論就截然相反;對于持有觀點2學(xué)生進行提問：如何控制氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液的用量？是否有一種方法可以更好地解決這個問題？

【學(xué)生】學(xué)生通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，常溫下控制溶液pH =13時氫氧化鋁就能完全溶解，通過控制溶液pH，進而控制氫氧化鈉溶液不過量;A1O2-能和CO，反應(yīng)生成氫氧化鋁，CO2最簡單的得到方法就是通過人體呼吸，因此向含A1O2-濾液中吹人大量CO，即可，如果觀察到沉淀就說明溶液中含有鋁元素。

【學(xué)生】實驗過程中發(fā)現(xiàn)吹入CO2沉淀現(xiàn)象不明顯。學(xué)生通過分析得出可能原因有兩方面：一方面可能因為產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象不夠明顯，讓學(xué)生提出解決方案。其中有學(xué)生提出比較合理方案，將濾液b分為兩份，一份吹入CO2，另一份作為參照物，這樣產(chǎn)生渾濁時兩組對比就可以清晰觀察到渾濁的產(chǎn)生;另一種可能原因是因為調(diào)節(jié)pH時加入NaOH溶液過量，要嚴(yán)格控制溶液pH防止堿量過多。

項目評價部分采用教師評價分?jǐn)?shù)，統(tǒng)計見表2。

在小組匯報前將項目評價表發(fā)放到十名聽評課教師手中，教師通過各小組實驗方案匯報、實驗操作、討論、總結(jié)等環(huán)節(jié)對各小組進行評價，同時教師發(fā)表自己觀點以及對扣分原因進行闡述，對優(yōu)秀的小組進行表揚，對實驗中的亮點進行分析，對成績稍差的小組進行鼓勵和指導(dǎo)。

從整體分?jǐn)?shù)看，在實驗?zāi)芰ι嫌袀€別組扣分較多，主要因為實驗操作不夠標(biāo)準(zhǔn)，例如：研缽的使用、藥品取用環(huán)節(jié)等不符合操作要求;在創(chuàng)新能力上各組表現(xiàn)較好，例如：提出改用CO2來代替鹽酸與AlO2-反應(yīng)、利用對照實驗觀察溶液變化等。

聽取教師建議后各小組課后寫出本次項目學(xué)習(xí)的感悟與反思，為下一次項目學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

五、教學(xué)反思

通過項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生對知識有了深入理解，并且能對所學(xué)知識進行運用，解決實際問題。學(xué)生通過自己動手動腦構(gòu)建的科學(xué)研究模型，比教師直接講授效果更好。鋁及其化合物涉及的知識原理并不復(fù)雜，對于學(xué)生來說學(xué)習(xí)該知識的難點在模型構(gòu)建上，通過本節(jié)課，學(xué)生能夠?qū)X鹽、偏鋁酸鹽及氫氧化鋁之間的轉(zhuǎn)化更加系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，為接下來元素化合物學(xué)習(xí)奠定堅實基礎(chǔ)。

基金項目：黑龍江省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點課題（編號：JJB1421407）

（收稿日期：2022 - 02 - 15）80B28349-2B6F-4605-9BA6-456D31CFEDDA