“探究金属制品的腐蚀”教学设计及实施

本文以项目“合理使用金属制品——金属的性质”的任务2为例，介绍整体教学设计，展示课堂实施过程，并基于实践给出了任务2核心活动的教学实施策略。 “合理使用金属制品——金属的性质”项目是以“制作金属制品合理使用的宣传手册”为最终的项目作品。为了分析解决金属制品的使用问题，并制作项目宣传手册，将此项目拆解成了如下的主要任务：认识金属制品，发现问题→研究金属的性质，金属制品材料的选择→研究金属制品的腐蚀与防腐→研究金属制品的选择和使用→走进社区。 一、任务2整体介绍 1.任务2在本项目中的地位 要合理使用金属制品，学生需要知道金属制品的材料、成分以及金属材料所具有的化学性质。通过调研和观察日常生活中的现象，学生会发现金属制品容易被腐蚀。金属制品为什么会发生腐蚀现象？以此展开对金属的腐蚀和防腐问题的研究。之后针对金属制品的共性和特性以及腐蚀的原理，提出合理使用金属制品的方法和措施。 任务1认识金属制品，通过学习金属制品的成分和金属的性能探究金属的化学性质，建立研究金属化学性质的一般思路方法。任务2通过生活中的现象研究金属的腐蚀和防腐问题，引导学生将研究物质性质的思路方法迁移到研究金属的腐蚀问题上，通过调研，依据已有事实初步预测金属制品腐蚀的条件，然后通过实验进行研究，寻找证据，揭示金属制品腐蚀的实质。任务3在研究金属的腐蚀和防腐问题的基础上，总结出合理使用金属制品的方法。因此，任务2探究金属制品的腐蚀问题将任务1和任务3联系到了一起，起到了承上启下的作用。 2.任务2开展的具体活动。 该任务设置了3个活动，活动1认识铁制品的腐蚀现象，通过寻找日常生活中的铁制品的腐蚀现象，观察比较不同环境下铁制品的腐蚀程度，从而总结出铁制品腐蚀的主要因素，并设计实验进行验证，了解腐蚀的本质。活动2研究其他金属制品的腐蚀问题，通过研究其他金属制品的腐蚀问题，使学生意识到金属制品腐蚀的共性和差异性，巩固控制变量的实验方法及研究金属腐蚀问题的思路方法。活动3分析金属制品的防腐措施，在研究金属制品的腐蚀现象和实质的基础上，提出金属制品的防腐措施。 3.任务2的教学目标。 任务2的教学目标撰写金属制品合理使用的宣传册——如何防止金属制品的腐蚀。1 .简要介绍金属制品为什么会被腐蚀；2 .列举日常生活中金属制品的腐蚀现象，针对性地提出防腐措施，并说明依据。项目自身的目标 知识、技能、方法、情感等方面的目标知识与技能1 .能够列举出生活中的腐蚀现象，并对其进行解释；2 .认识金属制品腐蚀的条件和腐蚀的本质；3 .了解金属制品防腐的措施。过程与方法1 .通过实验探究研究一类物质性质的思路方法，建立研究金属腐蚀的思路方法；2 .通过实验方案的设计掌握控制变量的探究方法；3 .初步学会运用分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。情感态度与价值观1 .通过学习金属制品的腐蚀，能关注到生活中的一些简单腐蚀现象，意识到生活中的腐蚀问题与化学的密切联系，增强学生的学习兴趣和探究欲望；2 .通过金属腐蚀和防腐问题的研究，培养学生从化学的视角解决生活中的实际问题的思维习惯。 二、任务2核心活动的教学设计 任务2的教学目标的教学设计核心活动承载栏目 教学活动活动1：调查分析：寻找提前给学生布置任务，明确两个问题：第一，寻找铁制品的腐蚀现象，明白其危害，形成学生活动1.课前查找生活中的腐蚀现象，观察比较不同环境中的腐蚀情况。2.在调查分析的基础上，猜想1.通条件2.培认识铁制品的腐蚀现象铁制品的腐蚀现象初步的感性认识。第二，观察不同环境下的腐蚀现象、腐蚀程度，归纳腐蚀的条件1.认识到铁制品腐蚀的实质。2.加深对铁性质的认识。3.体会科学探究的过程，养成严谨的实验态度。教学意图可能的腐蚀条件，并设计出合理的实验方案。3.记录实验结果，将实验现象以图片的形式拍照保存。1.小组交流实验方案及实验结论。2.分析铁制品腐蚀的实质。1.讨论交流铝制品的腐蚀情况，结合资料修正观点，并设计实验验证铝制品的抗腐蚀能力。2.观察分析教师所提供的铝制品在氯化钠溶液和水中的对比图。3.观察铜制品腐蚀的图片，结合铜绿的化学式，预测铜制品发生腐蚀的条件，并设计实验方案。实验探究：证明铁制品腐蚀的条件组织学生汇报交流，总结评价学生的实验方案和实验结果，引导学生分析腐蚀的本质原因。交流研讨：明确铜、铝制品腐蚀问题的观点1.组织学生交流观点，提供资料，修正观点。2.展示铜制品的腐蚀图片，提供铜绿的化学式，并展示铜铝制品在氯化钠溶液和水中的腐蚀情况对比图。3.总结探究金属制品腐蚀的原因的思路方法。活动2：研究其他金属制品的腐蚀问题1.通过铜铝制品的腐蚀问题，巩固研究物质相关问题的思路方法。2.了解金属腐蚀的共性和差异性。3.建立金属腐蚀与金属性质、所处环境之间的关系。活动3：分析金属制品的防腐措施交流研讨：日常生活中金属制品的防腐措施自主学习：大型金属制品的防腐措施引导学生分析讨论生活中的一些防腐措施，总结提炼金属制品的防腐方法。1.提炼金属制品的防腐措施。2.对保温杯的说明书进行分析解释。1.总结金属防腐的措施。2.构建阻止化学反应发生的基本思路。组织学生汇报交流“金属制品的防腐——我有话说”，并进行总结点评。1.查阅资料，了解大型金属制品防腐的主要措施和发展趋势。2.大胆设想未来的防腐措施，并汇报交流。过调研形成铁制品腐蚀的假设。养学生比较、分析、归纳的思维能力。3.能够依据变量控制设计实验方案。1.了解金属防腐的发展趋势。2.运用所学知识大胆设想未来的防腐措施，培养学生的创新思维能力和想象力。 三、任务2活动2教学实录 【启动】 引入：上一节课我们探究了金属制品中的铁制品的腐蚀现象，学习了铁制品腐蚀的原因。那生活中除了铁制品，还有其他的金属制品，比如铝制品和铜制品，它们是否容易被腐蚀呢？ 交流观点：组内回顾金属的化学性质，交流讨论，汇总观点。大部分学生都认为铝不易被腐蚀，因为铝表面形成了致密的氧化膜，阻止反应的进行。对于铜制品的腐蚀情况观点不一致。 信息检索：提供资料检索，让学生对自己的观点进行修正。铝在常温条件下与空气反应后产生致密的氧化膜阻拦内部继续反应，因此有耐腐蚀能力。但在酸性条件下无耐腐蚀能力。 【过程】 教师：俗话说“眼见为实”，下面我们就通过实验来验证一下铝制品是否容易发生腐蚀。做实验之前，我们首先要设计实验方案，请同学们以小组为单位来讨论实验方案。 交流方案：教师对学生的方案进行点评。有的小组设计的方案采用打磨和未打磨的铝片进行对照实验，但却忽略了酸的量的控制。有的小组是对酸的浓度做了对照实验。那么无论是哪种实验方案，我们都得注意变量的控制，这样得出的结论才是可靠的。 实验验证：学生进行分组实验，并交流，发现打磨的铝制品有气泡产生，而未打磨的并没有气泡产生。 结果讨论：通过实验我们发现打磨的铝表面产生了气泡，根据金属活动性顺序我们知道是铝与酸发生了化学反应。而未打磨的铝并没有反应现象产生，说明铝表面致密的氧化膜对铝起到了一定的保护作用。那我们先把实验放一放，过一会儿再观察未打磨的铝片有没有反应现象产生。 教师：如果也把铝片放入NaCl溶液中呢？观察照片，对比放入水中的现象。（教师提供实验图片，使学生体会到铝制品在NaCl溶液中腐蚀更严重。）接下来我们再来研究铜制品的腐蚀问题。铜制品到底容易发生腐蚀吗？（教师展示铜钱和在实验室所做的铜片的腐蚀现象。） 图1 提出猜测:学生看到铜钱是绿色的，试管中的铜也是绿色的，学生也知道铜本身是紫红色的固体。因而能够推断出发生了化学反应。根据铜绿的化学式，并依据元素守恒及之前对铁制品的学习，学生不难猜测铜制品腐蚀的原因，是跟氧气和二氧化碳还有水发生了作用。 信息检索:提供资料，让学生修正观点。铜会缓慢地被腐蚀为碱式碳酸铜［Cu（OH）2CO3］，在酸性条件下稳定，不发生腐蚀。 图2 教师:那你们能不能设计实验来验证是这些因素的作用呢？ 学生:学生采用控制变量的方法进行了方案的设计。控制其他的条件不变，改变其中的一个或者两个条件来进行对照。落实控制变量的方法。 教师：那么我们如果也把铜片放入NaCl溶液中呢？观察照片，对比放入水中后的现象，证明NaCl溶液加快了铜制品的腐蚀。 教师：我们现在知道了铜制品容易与氧气、水和二氧化碳发生腐蚀，但是根据金属活动性顺序我们知道铜制品是不与酸发生反应的，所以铜制品在空气中容易发生腐蚀，但是不易被酸腐蚀。那我们回过头来观察一下未打磨的铝制品是否易被酸腐蚀？ 学生：学生观察实验，发现未打磨的铝制品表面也产生了气泡。 教师：通过实验我们知道了铝制品表面致密的氧化膜对它起到了一定的保护作用，阻止了它与空气进一步作用，因而不易被空气腐蚀，但是这层氧化膜却容易被酸腐蚀，因而铝制品不宜长时间与酸接触。 【总结】 师生总结：经过上节课和到现在的学习，你们觉得腐蚀是铁、铜、铝的特性吗？ 图片展示研究一类物质的基本方法。得出大多数金属制品都容易发生腐蚀，但由于性质不同，腐蚀的具体情况不同，例如腐蚀的环境、程度、发生的具体化学反应等。 图3 四、核心活动教学实施策略 1.“调查分析：寻找铁制品的腐蚀现象”教学策略。 建立对腐蚀问题的感性认识。通过寻找日常生活中不同环境下铁制品的腐蚀现象，知晓铁制品腐蚀的危害，意识到防腐的重要性。铁制品的腐蚀对人类生产生活的影响可以概括为三个方面：一是安全问题，如大桥、飞机等，一旦出现腐蚀，可能会危及人的生命安全；二是人体健康，生锈的厨具等可能会对人体健康有一定的影响；三是经济问题，金属制品被腐蚀需要花费人力、物力、财力来解决。 腐蚀因素的预测和实验方案的设计。强调学生做实验之前，一定要通过观察不同环境下的腐蚀现象及腐蚀程度，先归纳预测可能的腐蚀条件，再进行实验方案的设计，并提示学生思考当实验中有多个变量因素时，应该采取什么方法，从而掌握科学的探究方法。 2.“实验探究：证明铁制品腐蚀的条件”教学策略。 小组汇报要有理有据，分层进行，体会控制变量的科学方法。学生汇报小组实验时，要讲清楚他们的预测因素是什么，具体的实验方案是什么，以及实验现象和实验结论之间的关系，实验结论与自己的猜想是否一致等。引导学生体会实验方案的设计中所采用的控制变量的方法，明确什么是自变量，什么是因变量。 了解腐蚀的实质，丰富对铁的认识。通过分析归纳，体会到铁在常温下不与氧气发生反应，铁制品腐蚀是与水和氧气发生了反应，是对金属性质的进一步理解，也是对铁的性质的丰富和发展。学生认识到腐蚀的实质是发生了化学变化，并明确判断发生化学变化的依据，如铁生锈后表面有红色的物质生成，是因为铁发生了化学反应，生成了红色的氧化物。 建立研究金属腐蚀的思路方法。将研究一类物质性质的思路方法，迁移到研究金属腐蚀的问题上。通过铁制品腐蚀的研究，帮助学生建立研究金属制品腐蚀的基本思路，引导学生去研究其他金属制品的腐蚀问题，即通过调研，依据已有事实初步预测金属制品腐蚀的条件，然后通过实验进行研究，寻找证据，揭示金属制品腐蚀的实质。 3.“交流研讨：明确铜、铝制品腐蚀问题的观点”教学策略。 经历实验方案的设计过程，巩固控制变量的方法。在研究铝制品的腐蚀问题时，要让学生经历设计实验的过程，设计实验验证铝制品表面的氧化膜的防腐作用，体会研究金属腐蚀的思路方法和科学探究过程，即根据经验进行预测，设计实验方案，实验验证，分析现象，得出结论。在铜制品的腐蚀问题中，巩固通过多变量因素的控制设计出验证铜制品腐蚀条件的实验方案。 运用元素守恒观念，进一步体会腐蚀的本质。对于铜制品的腐蚀问题，通过形象直观的图片让学生认识到铜制品的腐蚀现象，并通过铜绿的化学式，让学生猜想铜制品腐蚀所需的条件，巩固元素守恒的观念，认识到腐蚀的本质是发生了化学变化。 总结提升，加深研究一类问题的思路方法。分析完铜铝制品的腐蚀问题，引导学生总结研究金属腐蚀问题的思路方法，根据已有事实，预测一类物质可能具有的性质，选取代表物进行实验探究，结合事实资料，归纳概括出一类物质所具有的共性和差异性。 4.“交流研讨：日常生活中金属制品的防腐措施”教学策略。 从腐蚀的实质出发讨论防腐措施。通过前两个活动，学生已经知道金属腐蚀的实质是发生了化学变化，所以学生刚开始想到的防腐方法就是阻止反应的进行。而要阻止反应的进行有两种方法：一种办法是使环境不满足该物质发生化学反应的条件，使该物质与其他反应物（水和氧气、酸性溶液、氯化钠溶液）隔绝，如保持干燥环境或使用干燥剂，刷漆、涂油等；另一种办法是使其他物质发生反应，即可以牺牲更活泼的金属，使其与环境中的物质发生反应，如轮船上的锌块等。通过分析生活中的一些金属制品的其他防腐措施，如门窗等，让学生总结出防腐的第三种措施，即改变金属材料，增强抗腐蚀能力，例如制备抗腐蚀能力更强的合金等。 5.“自主学习：大型金属制品的防腐措施”教学策略。 积极评价，鼓励创新，巩固防腐的三大根本措施。教师要对学生的汇报表现给予积极的评价，鼓励学生大胆创新，并动手实践去实现自己的创新想法，引导学生树立对未来发展的社会责任。同时，要对学生的创新想法进行总结，使学生意识到无论是哪种创新的防腐措施，其原理都离不开提炼出来的三大根本防腐措施。

文章来源：《中国腐蚀与防护学报》 网址: http://www.zgfsyfhxb.cn/qikandaodu/2020/1107/448.html