重视基础知识应用 促进学生认识发展

[摘 要]

初步了解工业冶铝过程，巩固铝及其化合物的性质和转化关系，通过对人类冶铝的历史线索的探寻，努力开发其中蕴含的过程方法和科学态度及科学素养，促进学生认识发展及为探究学习奠定基础。

[关键词]

铝冶炼简史;认识发展;学案

2014年6月第6版的苏教版《化学1》必修教材，将原本置于“铝”和“铝的常见化合物”之前的“从铝土矿中提取铝”调整到置于它们之后，这一调整解决了“从铝土矿中提取铝”置前学习时缺乏有关铝及其化合物知识基础的问题，既为学习“从铝土矿中提取铝”提供了方便，同时也为铝及其化合物知识的应用提供了真实的情境;也就是说调整为“从铝土矿中提取铝”的探究学习奠定了知识基础。

一、设计思考过程

新编排使原先教学设计中的一些内容不再合适，如：以“让学生体会铝在工农业生产生活中应用”为立意所设计的各种导入，因在前面“铝”的学习中已被用过而不宜再用;氧化铝的两性及氢氧化铝与偏铝酸钠和铝盐的转化关系无需再补充等;因此直观的感觉是：内容简单，一课时的时间太充裕了。那么该如何面对新情况进行教学设计呢？有两种取向：①新授“从铝土矿中提取铝”+“铝”和“铝的常见化合物”的复习②改变学习方式，通过深入的学习“从铝土矿中提取铝”，促进学生认识发展;笔者选择了第二种取向。接下来问题便聚焦到：①学生学习“从铝土矿中提取铝”的知识基础是怎样的？此时学生己学过钠、镁、铁、铜的冶炼，对金属的还原剂法和电解法冶炼有了一定的认识，而铝及其化合物的知识则是刚刚学过，这为理解由铝土矿提取氧化铝的化学过程提供了条件。②以“从铝土矿中提取铝”为载体可以在那些方面促进学生认识发展？知识方面，主要是在运用中深化对“铝元素存在及铝的化合物的性质和转化关系”的认识;过程和方法方面，通过对铝冶炼简史学习，首先是可以加深对金属冶炼方法的概括性认识，其次是可以加深对发明过程中逻辑思维与创新思维相辅相成关系的认识;情感态度价值观方面，首先是可以通过科学家的具体行为加深对科学态度、科学素养的认识，其次是可以通过铝冶炼方法进步对人类生活的改变及铝回收，加深学生对化学学科价值的认识。③与这些促进学生认识发展目标相匹配的学习方式、学习过程是怎样的？由于本节内容中知识层面要求不高，主要是理解并表达工业流程中相应的化学反应，学生也有相应的知识基础，故从知识层面讲采用问题引导下的自主学习是可行的;对于要求学生通过对铝冶炼简史学习，达到在方法层面体会人类铝冶炼方法二次进步历程及其对人类生活的改变，是比较困难的，首先需要调用学生在金属冶炼方面已有知识，做冶炼方法层面引导，其次还要补充与冶炼相关的氯化铝、六氟合铝酸钠的性质信息，为学生理解冶炼方法二次进步中的困境及其突破做好知识层面的支持;最后还需要设计一些问题启发学生对提供的铝冶炼简史进行深入的思考;为了达成较为全面理解铝冶炼简史之目的，需要集思广益，因此学习时宜采用自主阅读、小组讨论、交流展示的学习方式。

二、形成的学案

[学习目标]

①通过阅读教材了解铝元素在地壳中的含量、主要存在形式;

②通过分析铝冶炼简史材料，体会铝冶炼方法进步的关键及其对人类生活的改变;

③运用己知的“铝的化合物的性质和转化关系”等知识，理解从铝土矿提取铝的化学原理。

[学习活动]

活动1：寻找样例，由此及彼

1.钠、镁均用电解法冶炼，铁、铜均用还原剂法冶炼，铝冶炼该用何法？为什么？

（设计意图：调用学生在金属冶炼方面已有知识，做冶炼方法层面引导。学习方式：小组讨论、交流展示）

2.地壳中铝元素的含量如何？铝元素以什么形式存在？

（设计意图：使学生明确金属冶炼的起点。学习方式：回忆、看课件，展示完成的学案）

活动2：阅读铝冶炼简史，体会冶铝方法进步的关键及对其人类生活的改变

（基于“想法与困境”和“对人类的贡献”两个问题的开放性，就整个简史一次呈现全部讨论会过于复杂，时间上也难以保证重点，故采用依格分步投影逐步研读讨论交流的方法，并在整个简史学完时归纳小结）

活动3：运用已知，理解工业冶铝的化学原理

通过前面的学习我们已知：①铝元素是地壳中含量最多的金属元素，占地壳总量的7.73%;铝元素在地壳中的主要存在形式之一是铝土矿，它的主要成分是Al2O3（注：有少量杂质）;②借助冰晶石可以实现电解氧化铝制铝;因此工业冶铝过程可分为两大部分：获得纯度较高的氧化铝和电解氧化铝。请先在下面流程图中将电解氧化铝部分表示出来，然后再运用已知的“铝的化合物的性质和转化关系”等知识完成其余部分，并完成下面表格。

从铝土矿中提取铝的工艺流程图

表：理解工业冶铝的化学原理

[步骤＼&目的＼&化学反应方程式＼&溶解＼&得到______溶液＼&＼&过滤＼&除去____ ＼&＼&酸化＼&得到______沉淀＼&（易错点是： ）＼&过滤＼&得到纯氢氧化铝固体＼&＼&灼烧＼&得到高纯度____＼&＼&电解＼&得到______＼&＼&]

活动4：绿色理念，铝的再生

资料：再生铝又称二次铝。废铝是目前废物中最有价值的材料，现在世界每年从废铝回收的铝量约为400万吨，相当于每年铝产量的25%左右。与以铝土矿为起点相比，生产1吨再生铝能耗仅为新铝的2.6%，并节省10.5吨水，少用固体材料11吨，比电解铝时少排放CO291%，少处理废液、废渣1.9吨。

看了以上资料，你想到什么？说出1点即可。

（预设：由于材料简单，拟采用阅读后提问的方式，最后归纳）

归纳小结

①冶铝简史中的化学路径及反应

提出电解冶铝的想法用钾、钠与无水氯化铝反应置换出铝用冰晶石助熔实现电解氧化铝制铝

②工业冶铝的工艺流程与反应

巩固练习

对比一下镁和铝的提取，看有没有相似之处？

三、两个遗存的问题

在教学设计及教学过程中也发现了一些难以把握和处理的问题，现摘要两问，以求大家共同研究（1）对于复杂的化学史实，如何合理地简化，使之成为适合中学生的学习素材？本课的采用的是提供信息帮助学生的方法，但信息给予有时可能会违背史实的时空顺序，即当时的化学家们并不知道这些知识，这算不算是用史学习中的作伪？（2）真实的、复杂的化工生产过程中，往往隐含有大量中学生还不能理解的化学、化工过程，如本节教材“由铝土矿中提取氧化铝”，实际上只介绍主流工艺之一拜耳法，而另两种主流工艺碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法并未介绍，且就是拜耳法也回避了二氧化硅除去原理，实际上这样的简化曾使不少老师和学生对该工艺心存疑虑，甚至有教师据此认为该工艺没有能除去二氧化硅，进而要求学生探究改进该工艺;其实对该工艺的简省还带来了其他一些问题，如：①误认为之所以使用CO2而不用盐酸（或硫酸）是因为后者为强酸，过量时会溶解氢氧化铝②因杂质不明，对为何先碱后酸而不先酸后碱无法进行全面的分析;由此看来怎样合理的简化化工生产过程？以及对教材中己经简化的化工生产过程如何使用？都是急需解决的问题。

[参 考 文 献]

[1]王祖浩，吴星.高中化学教学参考书化学1（必修）[M].南京：江苏教育出版社，2007.

[2]王祝堂，熊慧.拜耳法提取氧化铝[J].轻合金加工技术，2013（11）.

[3]王祝堂，熊慧.烧结法与联合法提取氧化铝[J].轻合金加工技术，2014（2）.

[4]吴星，吕琳，张天若.中学化学疑难辨析[M].南京：江苏教育出版社，2012.