陳麗娟，毛彩霞，李亞婷

（中國(guó)科學(xué)院蘭州分院中學(xué)，甘肅蘭州 730000）

一、問題的提出

“金屬和酸的反應(yīng)”是九年級(jí)化學(xué)的重要組成內(nèi)容，它包含了金屬與酸反應(yīng)的條件、金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱等方面的問題；且金屬和酸反應(yīng)的圖像題在這幾年的中考中出現(xiàn)的頻率也高，為了考察學(xué)生的科學(xué)思維，試題呈現(xiàn)的因變量和自變量也隨題境而變，但在教師教學(xué)過程中只能以最常見的教學(xué)問題來設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生分析各變量的關(guān)系，缺少了對(duì)該知識(shí)點(diǎn)價(jià)值的深度挖掘，引領(lǐng)學(xué)生分析問題的邏輯起點(diǎn)也受到了局限。如何用一個(gè)有效的教學(xué)設(shè)計(jì)突破教學(xué)中的這個(gè)難點(diǎn)迫在眉睫。

二、設(shè)計(jì)思路

本教學(xué)案例的設(shè)計(jì)主要以金屬和酸反應(yīng)為知識(shí)載體，本節(jié)課的核心任務(wù)是解決金屬與酸反應(yīng)速率的影響因素和用圖像來表征因素中自變量和因變量的關(guān)系。故圍繞這個(gè)核心任務(wù)建立了教學(xué)設(shè)計(jì)。本教學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)“提出問題→證據(jù)推理→圖像構(gòu)建→問題解決”的思路，創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式來展開實(shí)驗(yàn)探究，運(yùn)用控制變量的思想，從眾多知識(shí)要素中分析出影響金屬與酸反應(yīng)的速度及生成氫氣質(zhì)量的核心要素，并經(jīng)過學(xué)生對(duì)知識(shí)整合后，再以直觀的圖像輸出理解的信息，從而提升學(xué)生的提問能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、分析解決問題的能力、繪圖能力等，將提升學(xué)生的素養(yǎng)落到實(shí)處。

三、教學(xué)內(nèi)容分析

金屬與酸的反應(yīng)是人教版教材九年級(jí)化學(xué)第八章第二課題的重要內(nèi)容，課標(biāo)中該部分內(nèi)容屬于二級(jí)主題，屬于身邊的化學(xué)物質(zhì)范疇，通過觀察、探究幫助學(xué)生理解它們對(duì)人類生活的影響，能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的好奇心和探究欲望，讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)物質(zhì)的用途和性質(zhì)之間的關(guān)系。在教學(xué)中，金屬和酸的反應(yīng)既是金屬又是酸的核心知識(shí)，具有承上啟下的作用，對(duì)此金屬與酸反應(yīng)的速率中各要素之間的關(guān)系處理是否得當(dāng)即為后期酸的學(xué)習(xí)埋下伏筆，又為學(xué)生繼質(zhì)量守恒定律學(xué)習(xí)后再次接觸到化學(xué)量的計(jì)算做到了補(bǔ)充，為形成化學(xué)學(xué)科的思維和化學(xué)觀念起到了非常重要的作用。

四、學(xué)情分析

1.知識(shí)的儲(chǔ)備及化學(xué)基本觀念。初三學(xué)生已經(jīng)完成了化合物、單質(zhì)、置換反應(yīng)等基本概念的學(xué)習(xí)，且掌握了質(zhì)量守恒定律及化學(xué)反應(yīng)前后反應(yīng)物、生成物之間的量的轉(zhuǎn)化關(guān)系。學(xué)生前期知識(shí)的儲(chǔ)備較為全面，微粒觀已經(jīng)形成，變化觀有待補(bǔ)充和完善，這些都對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)起到了很好的支撐作用。另外，學(xué)生已經(jīng)掌握了實(shí)驗(yàn)探究的基本步驟，能完成簡(jiǎn)單的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，能完整地表述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推理、歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，分析實(shí)驗(yàn)誤差影響因素，很好地樹立了科學(xué)的實(shí)證觀。

2.實(shí)驗(yàn)的推理論證能力。學(xué)生已經(jīng)掌握了實(shí)驗(yàn)探究的五個(gè)步驟，并對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路比較清晰，另外對(duì)生成物的收集和驗(yàn)證也較為熟悉，為實(shí)驗(yàn)的推理論證以致顯性的輸出也有了基本的保障。但是在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)化不太清晰，缺乏對(duì)知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)框架的凝練和內(nèi)化，缺乏內(nèi)化后知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的顯性化輸出環(huán)節(jié)。

3.學(xué)生心理特點(diǎn)。初三學(xué)生正處于思維由感性化轉(zhuǎn)化為理性化的階段，其思維敏銳，活躍，好奇心強(qiáng)，對(duì)知識(shí)的獲取方法和輸出途徑非常感興趣，不輕易接收某些觀點(diǎn)，喜歡自己探究得出結(jié)論的過程。另外，學(xué)生自尊心強(qiáng)，都希望通過自己的努力證實(shí)自己，同時(shí)得到同齡人的認(rèn)可和教師的肯定。

五、《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求

基于《課程標(biāo)準(zhǔn)》中化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的相關(guān)要求，該教學(xué)設(shè)計(jì)可以從以下兩點(diǎn)切入：（1）“科學(xué)思維”，采用控制變量的思維處理影響金屬和酸反應(yīng)速率的影響因素。（2）“科學(xué)探究與實(shí)踐”，應(yīng)用分組探究的方式，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和推理，在實(shí)驗(yàn)中獲得結(jié)論，形成學(xué)科觀念和科學(xué)思維。

六、教學(xué)流程

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出問題。教師在教學(xué)中可用生活中的情境作為課堂引入，設(shè)問提出生活中的金屬和酸反應(yīng)的具體的例子，并從生活觀察著手，對(duì)照實(shí)驗(yàn)室制備氫氣的反應(yīng)速度，親身感知金屬與酸反應(yīng)速率的不同。

2.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證據(jù)推理。初三的學(xué)生對(duì)探究世界中物質(zhì)的興趣是非常濃厚的，教師可在問題的驅(qū)動(dòng)下引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)已有的知識(shí)進(jìn)行思考，列出影響反應(yīng)速度的多種可能因素：金屬的種類、金屬的質(zhì)量大小、金屬的純度、酸的種類、酸的濃度等。在此基礎(chǔ)上使用分組實(shí)驗(yàn)探究的方法，不同的組領(lǐng)取不同的任務(wù)，完成不同的影響因素對(duì)金屬和酸反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。教師首先引導(dǎo)學(xué)生采用控制變量的思維，提升分析解決問題的能力，然后學(xué)生完成儀器的組裝，操作實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的記錄，并依據(jù)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)驗(yàn)證猜想。不同組的學(xué)生代表發(fā)言，說出自己組的觀點(diǎn)；多組將實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總，整合歸納，分析要素，得出結(jié)論。教師再繼續(xù)設(shè)問：既然金屬與酸反應(yīng)的速度與上述因素有關(guān)，那這四個(gè)因素又是如何影響氫氣的生成量的？學(xué)生積極思考，分情況提出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并分解實(shí)驗(yàn)的實(shí)施步驟，完成實(shí)驗(yàn)。教師講述在實(shí)驗(yàn)過程中影響氣體的生成量主要有兩個(gè)因素，一個(gè)是酸的質(zhì)量，另外一個(gè)是金屬的質(zhì)量。若酸的量足夠多，氫氣的生成量就只與金屬的量和種類有關(guān)系；若金屬的量足夠多，氫氣的生成量就與酸中溶質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)系；再運(yùn)用控制變量的思維來解決這部分內(nèi)容。

3.圖像構(gòu)建。教師提出問題：如何能更直觀地反映出氣體生產(chǎn)量和影響因素之間的關(guān)系？學(xué)生再次分組活動(dòng)，針對(duì)不同組引領(lǐng)的不同任務(wù)仔細(xì)思考，區(qū)分各項(xiàng)任務(wù)中的變量問題。組內(nèi)成員可以合作交流，各抒己見，在能力范圍內(nèi)用圖像直觀展示。教師引導(dǎo)學(xué)生分析各組展示圖像中的自變量和因變量，將控制變量的科學(xué)思維方法貫穿于教學(xué)的整個(gè)活動(dòng)中。學(xué)生再次活動(dòng)，按自己對(duì)知識(shí)及因變量、自變量的理解，繪制出對(duì)應(yīng)圖像。教師引導(dǎo)學(xué)生分析各自繪制的圖像，達(dá)成共識(shí)，完成教學(xué)目標(biāo)。

4.問題解決。學(xué)生在合作探究、推理的基礎(chǔ)上，掌握了在復(fù)雜因素中使用控制變量的思維，將問題整合后再確定自變量和因變量，挖掘知識(shí)的價(jià)值，并通過最直觀的圖像呈現(xiàn)出來，得到事半功倍的效果。

七、教學(xué)實(shí)錄

（一）課堂引入

教師：酸雨主要是化石燃料燃燒后的氣體擴(kuò)散到空氣中和水作用形成的酸溶液，酸雨有什么危害？具體可以和哪些類別的物質(zhì)反應(yīng)？實(shí)驗(yàn)室制備氫氣的原料是什么？酸雨與金屬的反應(yīng)和實(shí)驗(yàn)室制備氫氣的反應(yīng)速度有什么不同？

設(shè)計(jì)意圖：從生活入手創(chuàng)設(shè)情境，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

（二）分析要素，聚焦論證過程

學(xué)生：依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和觀察，做出回答。

教師：同學(xué)們能從生活中細(xì)心觀察，是非常值得表揚(yáng)的。另外通過同學(xué)們的回答，可以從中歸納出影響金屬和酸反應(yīng)速度的因素有溫度、金屬的性質(zhì)、酸的性質(zhì)、金屬的量、酸的量等。這些因素可以劃分為內(nèi)因和外因，外因諸如溫度等。對(duì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)我們主要考慮內(nèi)因?qū)饘俸退岱磻?yīng)速率的影響，如金屬的性質(zhì)、酸的性質(zhì)、金屬的量、酸的量等。如何證實(shí)？

學(xué)生：分組實(shí)驗(yàn)探究，不同的組領(lǐng)取不同的任務(wù)，完成不同的影響因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。1 號(hào)組負(fù)責(zé)探究金屬的性質(zhì)對(duì)金屬和酸反應(yīng)速率的影響；2 號(hào)組負(fù)責(zé)探究酸的性質(zhì)對(duì)反應(yīng)速率的影響；3 號(hào)組負(fù)責(zé)金屬的量是如何影響金屬和酸反應(yīng)速率的；4 號(hào)組負(fù)責(zé)酸的量是如何影響金屬和酸反應(yīng)速率的。

學(xué)生：依據(jù)設(shè)計(jì)思路，選擇必要的儀器，完成儀器的組裝，操作實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的記錄任務(wù)。1 號(hào)組的學(xué)生設(shè)計(jì)中選取了不同種類的金屬，不同純度的鋅粒。金屬的顆粒大小，酸的種類，酸的濃度都是相同的。2 號(hào)組的學(xué)生設(shè)計(jì)中選取了不同濃度的酸，金屬的種類、金屬的純度、金屬的表面積都是相同的。3 號(hào)組的學(xué)生設(shè)計(jì)中選取了不同質(zhì)量的鋅粒，對(duì)鋅的純度、顆粒大小，酸的種類、濃度等的選取都是相同的。

設(shè)計(jì)意圖：以小組探究的形式，學(xué)生分工合作，明確探究?jī)?nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、觀察能力，科學(xué)態(tài)度和控制變量的科學(xué)思維能力。

學(xué)生：描述現(xiàn)象，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，驗(yàn)證猜想。

設(shè)計(jì)意圖：提升學(xué)生的語言表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理論證的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和實(shí)踐能力。

學(xué)生：將多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總，整合歸納，分析要素，得出結(jié)論：金屬與酸反應(yīng)的快慢主要有如下幾個(gè)影響因素：金屬的性質(zhì)、酸的性質(zhì)、金屬的純度和表面積、酸的濃度。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息的分析和處理能力。

教師：既然金屬與酸反應(yīng)的速度與上述因素有關(guān)，那這四個(gè)因素又是如何影響氫氣的生成量的了？

學(xué)生：分情況提出假設(shè)，分兩組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并分解實(shí)驗(yàn)的實(shí)施步驟。

設(shè)計(jì)意圖：提升學(xué)生分析解決問題的能力。

學(xué)生：完成實(shí)驗(yàn)。第一組（1 號(hào)組和2 號(hào)組）采用質(zhì)量守恒定律，分別測(cè)定反應(yīng)前燒杯中的硫酸（酸足量）和托盤上的鋅粒、鐵的質(zhì)量總和，再將鋅和鐵分別投入酸中，待不再產(chǎn)生氣泡后，再次稱量，記錄數(shù)據(jù)；第二組（3 號(hào)組合4 號(hào)組）同操作，只是在操作中選用相同質(zhì)量（少量）和溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸，金屬過量，實(shí)驗(yàn)完畢后稱量、記錄數(shù)據(jù)。學(xué)生分析同一個(gè)問題不同小組得到的數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

教師：我們通過對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的分析，可以得出影響氣體的生成量主要有兩個(gè)因素，一個(gè)是酸的質(zhì)量，另外一個(gè)是金屬的質(zhì)量。若酸的量足夠多，氫氣的生成量就與金屬的量和種類有關(guān)系；若金屬（種類相同）的量足夠多，氫氣的生成量就與酸中溶質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)系。由此可見，控制變量的科學(xué)思維法在這部分知識(shí)的學(xué)習(xí)中是非常重要的。在相同質(zhì)量的不同金屬被用完，酸足夠多的情況下，氫氣的生成量主要受哪些因素的影響？在考慮這個(gè)問題時(shí)，那些次要因素（如酸的濃度、酸的種類、金屬的表面積、金屬的純度等）又如何處理？

學(xué)生：積極思考，在主要任務(wù)的引領(lǐng)下取主去次，確定因變量和自變量的關(guān)系，靈活應(yīng)用控制變量思維解決實(shí)際問題。

設(shè)計(jì)意圖：提升學(xué)生分析解決問題的能力。

（三）圖像構(gòu)建

教師：如何能更直觀地反映出氣體生產(chǎn)量和影響因素之間的關(guān)系。

學(xué)生：用圖像來反應(yīng)更加直觀。1、2、3、4 號(hào)組分別引領(lǐng)了相同質(zhì)量不同種類的金屬和足量的酸反應(yīng)后，繪制氫氣的生成量—反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖；相同質(zhì)量不同種類的足量金屬和相同質(zhì)量不足量的酸反應(yīng)后，繪制氫氣的生成量—反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系圖；相同質(zhì)量不同種類的足量金屬和相同質(zhì)量不足量的酸反應(yīng)后，繪制氫氣的生成量—金屬消耗量的變化關(guān)系圖；相同質(zhì)量不同種類的足量金屬和相同質(zhì)量不足量的酸反應(yīng)后，繪制氫氣的生成量—反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系圖；相同質(zhì)量不同種類的足量金屬在加入同質(zhì)量酸時(shí)，繪制氫氣的生成量—加入酸的質(zhì)量的變化關(guān)系圖。針對(duì)不同組引領(lǐng)的不同任務(wù)，學(xué)生仔細(xì)思考，區(qū)分各項(xiàng)任務(wù)中變量問題，組內(nèi)成員可以合作交流，各抒己見，繪制圖像。

教師：引導(dǎo)學(xué)生分析各組展示圖像中的變量問題，達(dá)成共識(shí)，強(qiáng)化控制變量思維在圖像題中的應(yīng)用，完成教學(xué)目標(biāo)。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生的圖像認(rèn)知能力，提升學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

八、教學(xué)反思

本節(jié)課是圍繞著探究金屬與酸反應(yīng)速率與哪些因素有關(guān)這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)性的問題展開的，把酸雨反應(yīng)的速率和實(shí)驗(yàn)室制備氫氣的速率做對(duì)比引入問題，注重運(yùn)用問題啟發(fā)學(xué)生思維。后基于采用控制變量等的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、分組探究、要素整合等多步環(huán)節(jié)，注重學(xué)生多角度分析解決問題能力的培養(yǎng)；注重學(xué)生分析處理信息的能力的培養(yǎng)；注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)。對(duì)所學(xué)知識(shí)整合后，以教師的問題引入為契機(jī)，順理成章引入圖像分析和圖像的繪制。整個(gè)過程充分應(yīng)用了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、探究的能動(dòng)性，加以教師的引導(dǎo)，很好地完成了核心素養(yǎng)落實(shí)在教學(xué)中的目的，并最大限度地提升了學(xué)生的科學(xué)思維。