金屬的化學性質——金屬活動性順序一、使用教材教材版本人民教育出版社教材名稱九年級《化學》冊次下冊學段初中年級九年級課程名稱金屬的化學性質課時1探究制作最美“銅樹”的最佳濃度替代原教材內容人教版《化學》第九單元溶液，實驗活動5：一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的配制。課時2用“銅樹”制作教學提升學生三重表征能力替代原教材內容人教版《化學》第八單元金屬和金屬材料，課題2金屬的化學性質二、實驗器材（一）課時1器材和藥品藥品：培養皿、膠頭滴管、宣紙（白色生宣或黑宣）、剪刀；托盤天平（帶砝碼），鑰匙，玻璃棒，燒杯，細口瓶，標簽紙等。藥品：氯化銅固體、鋅粒等。（二）課時2器材和藥品器材：培養皿、膠頭滴管、宣紙（白色生宣或黑宣）、老虎鉗、剪刀等；藥品：金屬（鋅粒、鐵絲、鈉塊等），金屬化合物溶液（1mol/L硫酸銅溶液，1mol/L二氯化錫溶液，1mol/L硝酸銀溶液，1mol/L氯化銅溶液）等。三、實驗創新要求/改進要點傳統的置換反應實驗都是在試管進行，如鋁和硫酸銅溶液，銅和硝酸銀溶液的置換反應，試管中藥品不僅用量多，不美觀，而且生成的金屬樹附著在金屬絲上不牢固，稍微震動就會脫落，不利于多個班級的教學演示，見圖1。改進要點：把試管中的置換反應實驗改成在宣紙上實驗，不僅藥品用量少，而且置換出的金屬漂亮美觀，見圖2。用五彩繽紛的化學變化，讓學生不僅體驗化學美，創造美，并欣賞美，且能激發學習欲望，調動學生探究熱情，發揮學生的想象力和創造欲望。圖1教材中試管里的置換反應圖片圖2教材中的實驗改在宣紙上的置換反應圖片在金屬活動順序表里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從他們的化合物溶液中置換出來。再此基礎上設計成制作最美“金屬樹”的實驗，如制“錫樹”：鋅粒與二氯化錫溶液（Zn+SnCl2=ZnCl2+Sn）反應，見圖3，左為黑色背景右為白色背景下的銀白色的“錫樹”。圖3鋅粒和二氯化錫溶液制得的“錫樹”圖片鐵絲是中學常見的一種金屬，因鐵絲具有可以裁剪折成不同形狀，置換出來的“銅樹”具有不同的美感，見圖4。以化學美激發學生的探索欲、求知欲和審美能力。因而可以小組合作，做成項目式學習——制作最美的“金屬樹”，化被動學習為學生主動探究，培養學生的合作競爭意識和審美情趣。圖44個不同形狀鐵絲和氯化銅溶液置換出的“銅樹”圖片學生是獨立的個體，每個人都有自己的想法，可以大膽的鼓勵他們去嘗試，也許會得到意外的驚喜。如剪切成三角形的銅片放置成正方形，放置在浸有硝酸銀的宣紙上制出的“銀樹”圖案正反面，見圖5。再如用四個鋅粒放置在浸有氯化銅的宣紙上，制出的銅片有個明顯的十字分界線，像一朵花一樣漂亮美觀，見圖6。不按規則的隨意擺放，有時也會有意外的驚喜，如折成的銅絲放置在浸有硝酸銀的宣紙上，長出的“銀樹”像冬天樹枝上的凝結的雪花，見圖7。圖54個銅片和硝酸銀溶液置換出的“銀樹”圖片圖6四個鋅粒和氯化銅溶液置換出的“銅樹”圖片圖7不規則銅絲和硝酸銀溶液置換出的“銀樹”圖片四、實驗原理/實驗設計思路在金屬活動順序表里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從他們的化合物溶液中置換出來。把相對活潑金屬放到浸有不活潑金屬化合物溶液的紙上，置換出來的金屬沿著紙張就像樹枝以一樣逐漸生長，即可觀察到多姿多彩的“金屬樹”。以學生化學學科核心素養的發展為目標，把“金屬樹”趣味實驗設計成2個具有化學特色的主題課程，見表1，以置換反應、金屬活動性順序表等化學知識為核心，讓學生在“玩”的過程中突破難點，為學科核心素養的落實尋找落腳點。表1“金屬樹”趣味實驗課程內容情況活動課題實驗教學內容科學探究能力1、探究制作“銅樹”的最佳濃度（1學時）①制作“銅樹”②配制一定質量分數的氯化銅溶液③探究不同濃度氯化銅溶液對“銅樹”生長因素培養學生動手制作科技作品的能力培養學生觀察實驗、記錄實驗現象及分析解釋的能力培養根據資料進行簡單實驗的設計能力培養學生的審美情趣，體驗化學美、創造美、并欣賞美2、制作最美的“金屬樹”（1學時）①用宏觀金屬樹、微觀動畫和符號化學方程式培養學生的三重表征能力②設計項目比賽：制作最美的“金屬樹”五、實驗教學目標通過項目式教學：制作最美“金屬樹”，激發學生學習興趣，培養學生的合作探究能力，提高學生審美情趣，滲透化學學科核心素養的培養，提升初中生三重表征能力。知識與技能：掌握基本的實驗操作技能，準確配置一定質量分數的溶液。了解置換反應的特點，理解金屬活動順序表的價值和意義，并能用金屬活動順序表解決問題。（2）過程與方法：通過小組合作，綜合運用金屬活動順序表等已學化學知識，實驗技能和方法，研究生活常見的置換反應，培養學生科學的合作意識、探究能力和實踐能力。（3）情感、態度、價值觀：體驗探究帶來的樂趣，提升審美情趣，感受化學在生活中的應用。六、實驗教學內容基于項目式學習：制作最美的“金屬樹”。打破原有教材教學內容排布，把“金屬樹”趣味實驗作為一個教學突破口，滲透學生核心素養培養。在學生認知的能力基礎上，基于義務教育化學課程標準，設計成2個課時的課上教學。鑒于初三學生面臨中考課時緊張的壓力，可以采用課下小組合作探究，課上解決課下的知識困惑并歸納完善知識的理解。如制作“銅樹”，采用文字和視頻呈現制作步驟，小組合作課下嘗試制作簡單易成功的“銅樹”，教師輔導。針對學生用同樣的試劑和藥品制作的“銅樹”圖像具有很大的差異，轉到課上探究鹽溶液濃度對“銅樹”生長的影響。在學習了金屬活動順序表之后，進而讓學生設計制作其他“金屬樹”，并課下實踐。課上在對本單元金屬的化學性質的重點——金屬活動順序表進行知識梳理，并結合多媒體培養學生的三重表征能力。（一）探究制作最美“銅樹”的最佳濃度人教版教材《化學（九年級下冊）》第九單元實驗活動5“一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的配制”。實驗目的：①練習配制一定溶質質量分數的溶液；②加深對溶質的質量分數概念的理解。本節課的不足之處：①學生配制的溶液沒有用處。②配制的氯化鈉溶液是無色透明的，不便于從顏色比較配制溶液的誤差。③單純的練習操作能力，趣味性不夠，學生興趣不大。因而，筆者嘗試把本節課“一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的配制”改成“最美‘銅樹’濃度的探究”。表2配制12％的氯化銅溶液的教學內容教學環節實驗步驟設計意圖配制質量分數為12％的氯化銅溶液計算：配制50g質量分數為12％的氯化銅溶液，所需氯化銅6.0g；水44.0g。稱量：用托盤天平稱量所需的氯化銅，放入燒杯中。量取：用量筒量取所需的水（水的密度可近似看做1g/cm3），倒入盛有氯化銅的燒杯中。溶解：用玻璃棒攪拌，使氯化鈉溶解。裝瓶：把配置好的溶液裝入3個試劑瓶，蓋好瓶塞貼上標簽，其中兩瓶與其他組交換，備用。①練習用固體配制一定溶質質量分數的溶液；②加深對溶質的質量分數概念的理解。③合作探究學習，不僅提高了課堂時間利用效率，而且強化了班級體的團體觀念，培養學生合作學習的意識。探究鋅和氯化銅溶液制“銅樹”的最佳濃度用6％、12％和42％的氯化銅溶液，進行實驗探究。（1）把三片相同大小的宣紙，分別放入三個潔凈的培養皿（直徑5.0cm的培養皿）內。（2）用膠頭滴管分別往宣紙的中央各滴10滴不同濃度的溶液，讓溶液由中心擴散直至宣紙呈潤濕狀態。（3）把三粒大小相當的鋅粒分別放到三個培養皿中的浸有金屬化合物溶液的宣紙上，蓋好培養皿蓋，觀察現象。①培養學生科學探究能力和實驗操作能力，理解科學研究的嚴謹，端正學習化學的態度；②加深對溶質的質量分數概念的理解和應用。知道在社會生產和科學研究中，一定質量分數溶液的重要作用。（二）用“銅樹”制作教學提升學生三重表征能力從宏觀、微觀和符號3種水平上認識和理解化學知識，并建立3者之間的內在聯系，已成為國際上公認的化學科學不同于其他科學最具特征的思維方式，即化學的三重表征思維方式。有研究發現：任何一種表征的薄弱都會引起不同表征間轉換的困難，并會進一步影響學生進行三重表征的水平和能力。作為一名中學化學的教師，在教學實踐中發現，學生三重表征發展不均衡或結合意識淡薄，宏觀化學反應與化學方程式結合困難，微觀表征更是薄弱，無法抓住物質轉化的本質，造成學習脫節。黃華玲認為，“物質構成的奧秘”是初中生形成三重表征思維的鋪墊時期，“水的組成”是初中生形成三重表征思維的入門時期，“化學方程式”是初中生形成三重表征思維的突破時期，“復分解反應”是初中生形成三重表征思維的深化時期。而復分解反應是初中一線教師公認的教學難點和分水嶺，涉及轉化規律以及化學反應的本質理解。筆者認為在“化學方程式”與“復分解反應”的跨度太大，造成學生三重表征和認知上的困難，這兩者中間忽視了一個重要的臺階——置換反應。筆者嘗試借助“銅樹”的制作，鞏固和加深學生對金屬活動順序表的理解和應用，提升學生三重表征能力，詳見教學過程。七、實驗教學過程本節是按照義務教育課程標準和學生認識發展規律，利用置換反應產生美麗“金屬樹”，引起學生用所學知識拓展探究的興趣，設計成一系列的課程。并采用課下分組合作探究，課上教師教授的教學模式。課上設計成兩節成熟的課程，課程1（探究制作最美“銅樹”的最佳濃度）和課程2（用“銅樹”制作提升學生三重表征能力），并通過教學提升學生三重表征能力，完善對金屬活動順序表的理解。（一）探究制作最美“銅樹”的最佳濃度為了順利高效地完成課堂教學目標，筆者采用分組合作探究教學模式，即把全班分成不同的組，同時配制不同濃度的氯化銅溶液（6％，12％，42％），最后配制的溶液不同組之間共享，在進行探究實驗，見圖8圖8分組合作探究教學過程不同濃度的氯化銅溶液（6％，12％，42％）制的“銅樹”，見圖9，12%的CuCl2溶液（即1.0mol/L的CuCl2溶液）所形成的“銅樹”最快，枝條清晰、顏色亮麗。這和許燕紅等[8]所得的銅樹的最佳生長條件（用30℃，1.0mol/L的CuCl2溶液與鋅片反應）結論相同。圖9不同濃度制的“銅樹”（二）用“銅樹”制作提升學生三重表征能力經過學生制作“金屬樹”，學生對金屬活動順序表和置換反應有了更深層次的理解，但仍是支離破碎的不夠系統完整。筆者嘗試借助“銅樹”的制作，提升學生三重表征能力，歸納置換反應的規律，完善學生對金屬活動順序表的理解和應用，教學設計見表3。表3“銅樹”三重表征的教學設計教師活動學生活動設計意圖【視頻】播放美麗的“銅樹”制作和生長過程。學生觀察，思考。展現化學的美，激發學生的好奇心和求知欲。【設問】選擇什么樣的藥品，制作“銅樹”呢？（提供可選擇的藥品：硝酸銀溶液，氯化銅溶液，氯化鈉溶液；鐵釘、銅片、鋅粒、銀片）【提問】為什么不選擇氯化鈉溶液或者硝酸銀溶液？學生分組討論選擇的藥品，并派代表進行匯報實驗方案，其他組同學質疑討論。最終確定以下兩種方案來制“銅樹”：①氯化銅溶液和鋅粒；②氯化銅溶液和鐵釘。復習鞏固金屬活動順序，加深對金屬活動性順序表的理解，學會利用金屬活動順序表來解決問題。學習合作交流，運用知識解決問題。【總結】肯定學生的兩種方案。引導學生分組合作做實驗，教師巡視并給予指導。學生分組，按操作步驟完成實驗，觀察記錄實驗現象。培養學生合作意識、溝通交流、邏輯思維和動手操作能力。【教師引導】播放“美麗化學”視頻中的置換反應，記錄描述實驗現象。描述實驗現象：以鋅粒或鐵釘為中心，慢慢生長出紅色的物質。宏觀表征：以能被學生感知的宏觀化學之美，吸引學生的注意，增進對化學的感情和欣賞，加深對宏觀化學變化的印象。【教師引導】鋅粒或鐵釘周圍生成的紅色物質是什么物質？播放反應的Flash微觀動畫視頻。描述實驗現象，結合Flash微觀動畫和質量守恒定律推導反應產物。微觀探析：結合Flash微觀動畫和質量守恒定律探析化學轉化的本質。加深對質量守恒定律和物質的微觀組成和結構等微觀屬性的理解。【教師引導】嘗試用化學的語言，即化學方程式來表示“銅樹”的形成。學生合作嘗試寫出化學方程式。Zn+CuCl2=ZnCl2+Cu；Fe+CuCl2=FeCl2+Cu。符號表征：化學符號是宏觀和微觀的紐帶，集宏觀、微觀和化學計算與一身，是用精煉的化學方程式或圖形符號表達物質轉化，是化學入門的標志。【總結】三重表征是化學學科的一種重要方式。三重表征間切換越順暢，對化學的理解越深刻，學習效果越好。識記“微觀—宏觀—符號”三重表征是化學獨特的表示物質及其變化的方法。有意識的對三重表征之間的互相切換和理解。三重表征不能完全依靠學生自己形成，需要教師的引導和培養。提高學生三重表征的意識。【遷移】如果我們把“銅樹”實驗放到試管中去做，能用語言描述一下實驗現象嗎？（鋅和氯化銅溶液；鋅與硫酸銅溶液；鋁與硫酸銅溶液；鐵與硫酸銅溶液）。學生討論交流。鋅（或鋁）和氯化銅（或硫酸銅）溶液的反應現象：金屬的表面會有紅色的物質生成，溶液的顏色由綠色變淺，乃至無色。鐵與硫酸銅溶液反應現象：鐵的表面有紅色的物質生成，溶液的顏色由藍色變成淺綠色。培養學生的語言表達能力、邏輯分析能力。并學會歸納總結現象描述的一般規律：固體角度（描述被置換出的金屬的顏色），溶液角度（原溶液的顏色變成生成物溶液的顏色），氣體角度（置換反應也可能產生氣體）。【類比】如果我們在試管中放入無色的硝酸銀溶液，把銅、鐵、鋅、鋁、鎂中的一種放入溶液中，能描述一下實驗現象嗎？學生嘗試預測描述實驗現象。都會有銀白色的銀生成，溶液顏色部分會有變化。總結強化規律，學習利用規律快速獲取大量的信息，用金屬活動順序表的規律預測推斷的思維能力，增強語言表達能力、邏輯分析能力。【認知沖突】如果我們把金屬鈉放入氯化銅溶液中，能描述一下實驗現象嗎？【教師驗證】把鈉放入盛有氯化銅溶液的燒杯中。【總結】鉀、鈣、鈉因為特別活潑，當把它們放到溶液中，它們先和水發生化學反應。學生推斷：金屬鈉的表面生成紅色物質，溶液顏色變淺（生活常識氯化鈉溶液呈無色）。學生觀察實驗，思考、分析。用實驗引發學生的認知沖突，突出強調化學要遵循客觀事實，引導學生從宏觀現象分析，得出一般規律中的特例。完善對金屬活動順序表的理解。八、實驗效果評價改變傳統的單純課上教學模式，課上和課下想結合，對教師的要求較高，一是要求教師投入額外的時間和精力課下輔導學生制作各種“金屬樹”，二是要求按課程標準創造性的使用教材、改編作業形式和評價方法。新一輪的課程標準明確提出要更新教學內容：進一步精選學科內容，重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情景化，促進學科核心素養的落實。借助于項目式的學習制作最美的“金屬樹”，采用課下學生分組實驗探究，課上教師把學生掌握的零碎知識系統化的教學，見圖10，學生玩的愉快，學的開心，教師課堂教學效率高。對學生能力提升和學科核心素養的落實都很有借鑒和啟發意義。圖10項目式教學實施過程模型（一）學生能力提升方面1.分析能力的提升：通過指導學生閱讀實驗操作步驟和視頻，培養學生提煉信息和對信息進行分析、整合的能力；通過項目式學習：制作最美的“金屬樹”，整合跨學科知識去制作不同形態的“金屬樹”，發現新的問題并做出假設，設計實驗方案，最終分析本質解決問題。2.操作能力的提升：從最初嘗試制作“銅樹”到最后有目的的制作最美的不同的“金屬樹”，需要學生具備簡單實驗操作技能，隨著學習的深入探究能力越來越高，需要考慮的問題越來越復雜，創新空間也更大。通過對“銅樹”最佳濃度的探究，不僅練習了配制一定溶質質量分數的溶液，而且強化班集體的團體觀念，提高了課堂時間利用效率。3.審美情趣的提升：從試中的置換反應產生的銅，現象金屬表面有一層紅色物質析出，到形如蒼松的的“銅樹”，再到各種各種的“金屬樹”，凸顯了化學美。義務教育課程標準在“身邊的化學物質”章節明確提出：用五彩繽紛的化學物質和豐富多彩的化學變化，讓學生體驗化學美。如梁琰等人組成的“美麗化學”團隊，給化學美找到了一種新的打開方式，陶冶學生的審美情操。（二）借助“金屬樹”的制作培養學科核心素養化學知識的意義蘊含于宏觀與微觀的聯系中，對化學知識意義的建構是通過符號、宏觀、微觀的三重表征形成的。如果以符號、宏觀、微觀三重表征來代表學生對化學知識的理解，那么水平面的面積越大代表學生獲得的知識量越多；學生獲得化學知識的過程體驗越豐富，那么對化學學科本質和研究特征理解越深刻；學生把化學知識應用于生活情境中解釋和解決問題的意向和能力越大，那么對化學的態度和情感越積極，化學學科核心素養結構模型見圖11。圖11化學學科核心素養結構模型最美“金屬樹”的教學，以美麗的宏觀現象，微觀Flash動畫，化學方程式的不同轉換建構了對化學基本知識的理解。在保證了化學知識的理解過程中，借助項目式的學習和課堂教學強化了對知識內在邏輯的思維過程的理解，并通過知識應用于制作其他金屬樹完善了對金屬活動順序和置換反應本質的理解，滲透了化學學科核心素養的培養，見表4.表4“金屬