摘要：敘述了“從鋁土礦中提取鋁”一課的教學設(shè)計，從能量變化的角度來解讀從鋁土礦中提取鋁的流程，從國家高耗能工業(yè)的電價優(yōu)惠、節(jié)能減排等政策角度來改進、設(shè)計流程。體現(xiàn)了從化學走向化工，從化工走向社會的設(shè)計思想。

關(guān)鍵詞：提取鋁的工業(yè)流程；能量變化；電價優(yōu)惠；節(jié)能減排；教學設(shè)計

文章編號：1005-6629（2013）3-0034-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 教學設(shè)計思想

本課是蘇教版《必修1》專題3第一單元“從鋁土礦中提取鋁”。由于電解鋁是已知工業(yè)品生產(chǎn)中耗電量最大的，電力成本占到生產(chǎn)成本的30%～40%，國家的電價優(yōu)惠是電解鋁工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，所以一定要讓學生充分認識該工業(yè)高耗能的特征，于是能量的綜合利用成為設(shè)計本課的一個初衷，也是貫穿課堂的主線之一。通過專題2中鎂的提取流程的學習，學生已經(jīng)對工業(yè)流程的分析有了初步的認識，如何在此基礎(chǔ)上進一步提高學生對工業(yè)流程分析和設(shè)計的能力是筆者考慮的另外一個角度，同時為后續(xù)鐵、銅的獲取的學習埋下伏筆。于是就把解讀流程、改進流程、創(chuàng)新流程作為了本課的另外一條主線。

2 教學目標

（1）知識與技能：了解鋁元素的存在、含量及鋁的用途；理解從鋁土礦中提取鋁的化學原理；學會用化學流程圖表示和描述工藝操作及物質(zhì)變化的過程。

（2）過程與方法：解讀鋁土礦制備鋁的工藝流程，培養(yǎng)自主學習的能力；通過對流程的完善，學會分析化工流程的一般方法；通過對新流程的設(shè)計，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，提升問題探究的能力；通過實驗驗證物質(zhì)的性質(zhì)，提高實驗操作能力。

（3）情感態(tài)度與價值觀：通過方案解讀、驗證、改進、創(chuàng)新等活動培養(yǎng)探究的科學精神和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度；從煉鋁方法的發(fā)展，體驗化學科學的發(fā)展對人類生活的影響；通過對最大耗能工業(yè)的分析，引導學生關(guān)注社會熱點，對與化學相關(guān)的生產(chǎn)生活問題做出合理分析。

3 教學設(shè)計及流程

3.1 教學流程

3.2 自主學習

（1）通過查找相關(guān)資料，了解鋁及其合金的用途、鋁的冶煉發(fā)展史。

（2）知識準備：金屬鈉和鎂的冶煉方法、鎂的提取的化工流程。

3.3 課堂教學

3.3.1 鋁的存在、含量、用途

[引課]鋁的存在、含量、用途。

2010年12月21日1 kg鋁和黃金的期貨價格分別為16.2元、29.6萬元；1kg鋁的價格從1854年的1200盧布變化到了19世紀的1盧布。

[設(shè)問]既然鋁元素在地殼中含量大，為什么19世紀中葉以前金屬鋁貴過黃金？19世紀末又發(fā)生了什么？

[介紹]霍爾發(fā)現(xiàn)電解鋁的過程。

設(shè)計意圖：用地殼中鋁元素的豐富、現(xiàn)實的便宜與曾經(jīng)的昂貴造成認知沖突，引發(fā)學生思考，為尋找鋁冶煉的難處做好伏筆，同時也體會化學的發(fā)展對人類生產(chǎn)、生活發(fā)展的作用。

3.3.2 從鋁土礦中提取鋁的“流程解讀”

[過渡]雖然霍爾推動了電解鋁工業(yè)的發(fā)展，但是至今電解鋁工業(yè)還是有一個很大的缺憾：高耗能。電解鋁是典型的高耗能工業(yè)，在所有工業(yè)產(chǎn)品中耗電量最大。所以我們今天從提煉鋁的物質(zhì)變化中去了解其耗能大戶的特點。

[問題情境1]電解鋁在所有工業(yè)產(chǎn)品中耗電量最大，每生產(chǎn)1噸鋁的耗電量就高達1.5萬度。自2010年6月1日起，國家繼續(xù)明確對大型電解鋁企業(yè)實行優(yōu)惠電價0.3元/度。每噸鋁的總生產(chǎn)成本是15000元左右。

[學生活動1]算一算：耗電成本約占鋁生產(chǎn)成本的比例。

[提問]電能消耗一般占成本的30%～40%，那么這些電能都消耗在了哪些環(huán)節(jié)？請大家閱讀下圖（蘇教版《必修1》P64），先了解一下從鋁土礦中制備鋁的工藝流程。

[m2jPhhwnHWLFN6RN1l6GYA==學生活動2]學生閱讀，提出困惑，指導解決。

設(shè)計意圖：讀懂整個流程，提出疑問。

[過渡]流程中有兩個反應(yīng)沒有學過，請你按下表中的操作驗證一下。

[學生活動3]學生分組實驗；學生匯報。

設(shè)計意圖：驗證反應(yīng)，并感受兩個反應(yīng)熱量變化不大，為下一步能量綜合分析做準備。

[學生活動4]根據(jù)課本介紹和實驗現(xiàn)象，寫出相關(guān)化學方程式，展示、點評。

[提問]認識了流程中的物質(zhì)變化，下面請大家分析一下流程中的能量變化，看看哪一步耗能最大？

[學生活動5]找一找：學生討論、學生分析。

設(shè)計意圖：掌握流程中的能量變化和物質(zhì)變化，為下一步流程中能量和物質(zhì)綜合利用的分析做準備。

[小結(jié)]能量分析：第一步礦石的粉碎需電能；第二步鼓入CO需電能；第三步反應(yīng)加熱需熱能；第四步加熱需熱能，電解需電能。

設(shè)計意圖：使學生對整個流程中的能量消耗有一個全面的認識。

[總結(jié)]一、從鋁土礦中提取鋁的工藝流程

（1）流程：兩個階段（提純和冶煉）。

（2）反應(yīng)原理：四個反應(yīng)。

（3）能量分析：電解氧化鋁→步耗能最大→氧化鋁熔點高→加冰晶石可降低熔點。

設(shè)計意圖：使學生對流程形成一個完整的認識。

3.3.3 從鋁土礦中提取鋁的“流程改進”

[過渡]我們了解了提取鋁的物質(zhì)變化、能耗情況后發(fā)現(xiàn)，幸虧霍爾引入了冰晶石，否則能耗還更大，但即使是這樣，如果不是國家給的優(yōu)惠電價，電解鋁行業(yè)仍是無法生存的，特別是中小企業(yè)。

[問題情境2]到2010年，我國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗由2005年的1.22噸標準煤下降到1噸標準煤以下，降低20%左右，已完成了十一五規(guī)劃的節(jié)能目標。自2010年6月1日起，國家明確對淘汰類和限制類企業(yè)，取消優(yōu)惠電價，實行1.0元/度。據(jù)第一財經(jīng)日報2010年10月27日消息：電解鋁行業(yè)受沖擊最大，各地鋁廠在過去的五年中紛紛開展了配套流程升級換代。

[學生活動1]算一算：取消優(yōu)惠電價，耗能約占鋁生產(chǎn)成本的比例。

[提問]如果你是鋁廠工程師，對這套經(jīng)典流程可以做哪些改進？

[學生活動2]改一改：能量的綜合利用（學生討論、匯報方案）；物質(zhì)的綜合利用（學生討論、匯報方案）。

[點評]主要是第三、四步的廢熱可以回收利用，轉(zhuǎn)化為電能；把一些物質(zhì)作為副產(chǎn)品或者是建構(gòu)物質(zhì)循環(huán)。

設(shè)計意圖：取消優(yōu)惠電價后電價成本已經(jīng)占成本的100%，進一步讓學生感受其耗能大戶的特點，同時引導學生對現(xiàn)有流程從物質(zhì)和能量綜合利用兩個角度進行分析，提高學生的分析問題能力。

[總結(jié)]二、工業(yè)流程常見的綜合利用：能量的綜合利用→節(jié)能；物質(zhì)的綜合利用→減排。

設(shè)計意圖：在方法層面提升學生的認識。

3.3.4 從鋁土礦中提取鋁的“流程創(chuàng)新”

[過渡]但是國家對高耗能工業(yè)的忍耐是有限的，已經(jīng)對徹底取消高耗能企業(yè)電價優(yōu)惠給出了時間表。很多有實力的企業(yè)紛紛加大對提取鋁的新方式的研究。

[問題情境3]隨著資源價格越來越高，特別是低碳生產(chǎn)與生活的追求，高耗能的提取鋁的方式越來越顯出它的弊端。我國“十二五”規(guī)劃中節(jié)能減排的決心更為凸顯，國家十一五期間已經(jīng)加快了電解鋁行業(yè)的關(guān)停并轉(zhuǎn)，光是2010年前七個月就已淘汰落后產(chǎn)能電解鋁企業(yè)達到17家。很多有實力的企業(yè)紛紛加大了對提取鋁的新方式的研究。假如你是一位科研人員，請你思考設(shè)計一些從鋁土礦中提取鋁的新思路或者提出一些新的研究方向。（可以用物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程表示）

[學生活動]設(shè)計方案、匯報方案、評價方案。

設(shè)計意圖：運用本課剛學的流程分析和綜合利用分析的一般方法設(shè)計新的思路，培養(yǎng)學生綜合創(chuàng)新的能力。

[引導準備]可從礦石中提純、冶煉兩個方面去思考；冶煉方法選擇可類比學過的金屬冶煉；提供學生需要的含鋁物質(zhì)的性質(zhì)。

設(shè)計意圖：通過分析、設(shè)計、評價激發(fā)學生學習更多鋁及其化合物性質(zhì)的激情，為本單元后兩課時的學習做準備。

[總結(jié)]三、設(shè)計提取金屬的工業(yè)流程的一般思路：冶煉方法選擇（依據(jù)金屬活動性）→物質(zhì)提純（依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)）→綜合分析（從物質(zhì)和能量綜合利用兩個角度）。

設(shè)計意圖：提升學生對分析和設(shè)計金屬提取工業(yè)流程的方法的認識。

3.3.5 課堂總結(jié)

從鋁土礦中提取鋁的工業(yè)流程；提取金屬工業(yè)流程設(shè)計的一般思路。

設(shè)計意圖：從知識和方法兩個方面對課堂進行總結(jié)，進一步完善學生對提取金屬鋁的工業(yè)流程的認識。

4 教學反思

4.1 課堂回顧

課堂上學生積極主動，思維活躍，參與度很高，學生的表現(xiàn)讓筆者明顯感受到三維目標基本達成，他們學到了從鋁土礦提取鋁的知識，通過解讀流程、改進流程、創(chuàng)新流程切實提升了閱讀、分析、設(shè)計工業(yè)流程的能力，能量綜合利用這一主線強化了他們珍惜資源、愛護環(huán)境、合理使用化學物質(zhì)的觀念，順利地把學生的視線引向了與化學有關(guān)的社會問題、國家政策，初步形成了主動參與社會決策的意識；教學設(shè)計得以順利實施，提取鋁及其化學工藝流程圖這一重點充分突出，化工流程的分析和設(shè)計這一難點得以有效突破；整節(jié)課比較流暢、緊湊，但是時間偏緊，拖堂三分鐘。

4.2 原因分析

4.2.1 成功之處分析

選擇化學史和生產(chǎn)生活實際引入使學生興趣盎然；抓住鋁冶煉工業(yè)是耗電大戶的特點、高耗能工業(yè)的國家政策展開課堂的教學，學生感到非常特別、新穎；流程學習因為有了鹵素、鎂的提取的基礎(chǔ)，學生具備了—定的流程分析能力。

4.2.2 不足之處分析

本課最大的不足是時間緊，究其原因，首先是引課時在鋁的用途、含量處用時過多，這些內(nèi)容是為了激發(fā)興趣、引發(fā)沖突，但是難度不大，用時6分鐘偏多；其次流程解讀板塊中增加了兩個學生驗證性分組實驗，兩個實驗是為了驗證流程中涉及的兩個新學反應(yīng)，為后續(xù)分析、改進作鋪墊，但讓學生分組實驗、匯報、分析，用時過多；再有就是第三板塊創(chuàng)新流程要求比較高，以學生的基礎(chǔ)，需要更多時間思考。

4.2.3 改進思考

（1）第一個不足的改進方案：既然鋁的用途、含量學習起來比較容易，可以更多地放在自主學習中，讓學生在課前完成，課堂上的引課用2～3分鐘即可。

（2）第二個不足的改進方案：由課程標準和教材安排來看，沒有這兩個實驗的安排，可見本課重點是側(cè)重在工業(yè)流程的學習，所以上完之后筆者有以下兩個改進思路：

①兩個新學反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化以信息形式告知學生。

②改學生分組驗證實驗為教師課堂演示，對于溫度變化可以采用DIS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，通過投影清晰顯示，教學效果也應(yīng)不錯。

（3）第三個不足的改進方案：

①學生總體基礎(chǔ)相對薄弱的班級教學：可以只進行流程解讀與改進兩個板塊的教學，舍去創(chuàng)新流程板塊。

②學生總體基礎(chǔ)相對扎實的班級教學：可以三個板塊完全進行，但是也要對前面的實驗環(huán)節(jié)進行簡化處理，還應(yīng)多準備一些鋁及其化合物的相關(guān)性質(zhì)，以備作為信息提供給學生。