1、硬币金属材料的选择教学基本信息课题硬币金属材料的选择是否属于地方课程或校本课程否学科学段： 初中年级九年级相关领域初中化学教材书名：义务教育教科书化学 出版社：人民教育出版社 出版日期：2012年6月指导思想与理论依据硬币金属材料的选择单元教学关注学生学科核心素养培养，采取项目式学习的学习方式，重视STS教育理念，从金属教学内容的知识结构到金属制品中金属材料的选择依据、材料问题的分析框架、物质性质到用途、性质与使用注意事项关联和研究一类物质性质的思路方法到解决实际问题时密切考虑可持续发展、绿色化学的学科素养。课例力图通过真实问题解决的过程培养学生“证据推理与模型认知”、“实验探究与创新意识”和
2、“科学精神与社会责任”等方面的核心素养。 “证据推理与模型认知”素养：能基于证据进行分析推理，能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径；能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架等。 “实验探究与创新意识”素养：能依据探究目的设计并优化实验方案，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论；能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想；能尊重事实和证据，不迷信权威，具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神。 “科学精神与社会责任”素养：能认识环境保护和资源合理开发的重要性，具有可持续发展意识和绿色化学观念；深刻理解化学、技术、社会和
3、环境之间的相互关系，赞赏化学对社会发展的重大贡献，能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响，权衡利弊，勇于承担责任，积极参与有关化学问题的社会决策。项目式学习：以学生为主体，让学生在真实的问题情境中去实践，并在探究和解决问题过程中获得基本知识和技能，关键能力和必备品格，其学习方式和教学目标都是与当前基础教育教学改革相一致的。项目式学习以小组合作方式进行规划和解决项目任务的学习方式，在项目式学习中，学生致力于问题的探究，强调学生的自我导向学习能力，倡导学生和教师共同做出决策，注重学生过程技能和核心素养的培养。因此，项目式学习能有效打通知识到素养的通道：学生在解决真实复杂问题的
4、过程中深度参与，亲自研究实践，形成较综合、全面的能力。STS教育：重视科学的价值取向，要求人们在从事科学发现、技术发明创造时要考虑社会效果，并能为科技发展带来的不良后果承担社会责任。教学方式上重视学习过程中的探究与体验，探究立足于物质世界，把握客观事物的本质与规律；体验立足于精神世界，建构的是人与自然、人与社会的意义与价值。STS教育重在唤醒主体的自我意识及情感体验，而不只是把联系学生的生活、贴近学生的生活仅仅视为理论联系实际的途径与手段。主题简介 课例的教学内容属于教材中金属和金属材料单元学习内容，帮助学生初步建立一类物质性质的研究思路和方法，学习应用性质和转化关系分析解决实际问题材料的选择
5、和使用。 本案例的教学为6课时，设计为“金属材料的选择和使用”项目式教学，是基于项目式学习理论设计和实施的单元整体教学。硬币金属材料通常为铁、铝、铜等材料，是学生生活经验中非常熟悉的材料，是课程标准要求掌握的重要物质。 “硬币金属材料的选择和使用”涵盖材料领域的基本问题：材料的性能、制备、回收和利用，同时也涵盖核心的化学知识：金属的物理性特征、常见金属的主要化学性质、防止金属腐蚀的简单方法、铁矿石的冶炼等。研究材料性能、制备、回收和利用需要综合利用上述化学知识，应用化学学科认识和研究物质的一般思路和方法。以“I am Mr Coins（争做硬币先生，硬币金属材料的选择）”为项目成果，需要学生以
6、小组合作、课内外结合的方式，通过查阅资料、实验探究、社会性议题辩论等多种活动，最终形成小组项目学习成果，成果的表达方式多样，包括视频、海报等形式，有助于培养学生的合作探究意识及创新质疑等综合能力。该项目成果的完成贯穿学习始终，因此，将其作为本主题持续性评价的主要任务。选择该问题开展项目式教学，能够较好地承载内容的 STS 教学功能和价值，也能够让学生在真实问题解决的体验过程中发展化学学科能力，提升化学学科素养。教学背景分析教学内容分析金属与金属矿物是课程标准中一级主题“身边的化学物质”下的二级主题，要求学生能够认识常见金属的主要化学性质，知道在金属中加入其它元素可以改变金属材料的性能等问题，同
7、时要认识金属材料在生产、生活、社会发展中的重要作用。课程标准一级主题“化学与社会发展”中提到，要了解我国能源与资源短缺的国情，认识资源综合利用和新能源开发的重要意义。从化学学科角度，物质及其变化是化学的研究对象，金属作为初中化学学习的核心物质，对金属性质的学习是从研究一种物质过渡到研究一类物质的“分水岭”。在教材中，位于金属之后的酸碱盐内容的学习，仍然是基于物质性质的学习，因此，金属在教材中具有特殊重要的地位，学生通过学习，能够基于类别认识物质。 核心物质承载着科学探究主题的学习。义务教育阶段的化学教育，要激发学生学习化学的好奇心，引导学生体验科学探究的过程，启迪学生的科学思维。研究金属的化学
8、性质实验是课程标准中学生必做的八个实验之一，对金属与氧气和盐酸、稀硫酸的研究可以增进对科学探究的理解，发展科学探究能力，进一步提升学生的观察能力，培养学生有角度的筛选有价值信息，既基于目的的观察，能够从化学学科的角度推理问题等能力。学生应在学习中逐渐认识化学学科的科学本质和科学探究特点，培养基于化学学科的思维方式，学会从化学学科角度的分析、解决问题的方法。学生分析 学生在认识氧气、二氧化碳阶段学习的是一种物质的性质，可以通过一一对应的方式逐一了解和掌握。本课题学习的是一类物质的化学性质，既要根据共性预测一种金属可能具有的化学性质。 学生能够基于现象推理结论，对科学探究的一般流程有一定认识，但是
9、有目的的，基于学科角度的分析解决化学问题的能力有待提高。具体方法上，学生已经初步学会控制变量的方法，但不了解“为什么要控制那些变量”。 资源角度，前测结果显示，学生对选择金属硬币材料的思路不明确，部分学生对使用材料应有的性能缺乏认识，一部分学生对物理、化学性能与化学、物理性质关系认识不清。 类型1：对使用材料应有的性能缺乏认识 类型2：对性能与性质关系认识不清 在学习过程中，学生在认识思路的发展上需要突破以下障碍点： （1）学习对象从典型的单一核心物质发展到一类物质的学习，初步形成一类物质的性质的研究思路。（2）从真实、复杂的实际问题中抽提出化学的认识对象，将实际问题转化成化学问题，进而应用化
10、学知识、思路和方法解决问题。 综上所述，可以将本单元的学习主题定位在金属材料的选择和使用，这是材料领域的核心问题，选择该问题开展项目式教学，能够较好地承载内容的STS教学功能和价值，也能够让学生在解决真实问题的体验过程中发展化学学科能力，提升化学学科素养。 在具体教学设计时，依据内容对学生学科素养培养的功能和价值确定单元教学目标；依据单元学习主题和目标初步选择情境素材、确定学生学习素材；基于学生的能力发展脉络和问题解决的思维发展路径组织教学内容、确立内容呈现方式。综合考虑上述因素，确立单元整体教学过程中的情境素材线索、问题线索、活动线索、内容线索和学生能力发展线索。 教学目标经多维系统思考，结
11、合学习内容和学生情况，制定指向核心素养的教学目标： 1.通过实验探究金属化学性质，培养有目的地获取实验或事实证据的能力；建立从化学视角分析材料问题的角度（框架）和思路从实际问题中抽提出化学问题，将货币对材料的需求与金属的化学性质结合起来，进行推理与论证，结合实例与实验，能从性能、成本和使用等方面说明某种金属材料制作货币的合理性、问题与解决办法。（证据推理与模型认知） 2.通过“铁生锈条件的探究”、“研究金属和氧气的反应”和“研究金属和酸的化学性质”等活动，初步体验一类物质的研究方法和思路，能够找出因变量和自变量，能运用比较的方法设计实验，将其他变量控制相同；关注物质性质之间的相似性和差异性，了
12、解金属及金属材料的物理特征，认识金属在不同条件下与氧气、与酸等物质反应的差异性，认识金属活动性顺序；能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想，在学习过程中逐渐形成自主学习、合作探究的意识，具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神。（科学探究与创新意识；证据推理） 3.通过对金属性质的研究，能从物质类别的角度对化学变化进行分类，认识置换反应；通过金属材料的制取，初步建立基于物质的性质实现物质的制备的思路。（变化观念与平衡思想）4.通过对硬币发展历史、社会功能和价值、加工工艺和铸造技术、制取和鉴别方法等方面的学习，赞赏化学对社会发展的重大贡献，认识环境保护和资源合理开发的重要性；通
13、过材料成本分析、材料选择决策过程中形成循环利用、可持续发展的意识，认识到实际问题的解决需要综合考量社会、科学、环境、技术的共同作用和影响。（科学精神与社会责任） 学习重点：引导学生将化学认识对象从典型的单一物质发展到一类物质，建立研究一类物质性质的思路和方法；学习难点：帮助学生形成问题解决思路：从真实、复杂的“材料选择和使用”问题中抽提出化学认识对象物质及其变化，用化学的认识角度将实际问题转化成化学问题，用化学认识思路和方法解决相应的问题。教学过程与教学资源设计1.单元整体规划第1课时：项目拆解环节一：引入主题，介绍项目。 以硬币材料的演变史及其对社会发展的重要贡献作为情境切入点，介绍项目学习
14、目标：小组合作完成项目学习成果I am Mr Coins（争做硬币先生，硬币金属材料的选择）（以海报、视频等方式呈现）。项目学习方式：自主学习及合作学习；样品收集、明确问题、文献研究、实验探究、社会性议题讨论等。项目学习评价方式：小组学习成果、课上活动表现、课下活动作业等。环节二：聚焦项目，拆解问题。 提出问题：如果由你选择金属材料制作硬币，你将从哪些角度考虑？通过分组研讨、师生互动将问题分解为材料的性能、成本、使用等基本问题。 布置课下任务：小组合作研究硬币金属材料的种类及成份；规划项目学习成果内容、呈现及任务分工。第2课时：研究材料的物理性能环节一：提出问题，作为制作硬币的金属材料，应该具
15、有哪些性能？ 引导学生通过讨论建立材料性能和物质性质的关联。物理性能：金属及其合金的颜色、熔点、密度和硬度等（物理性质）化学性能：耐腐蚀。与空气中的成分、常见物质是否反应（化学性质）环节二：聚焦已有硬币金属材料铝、铁、铜，分析铁、铝、铜的物理性质是否符合硬币材料的物理性能的需求。 分组讨论硬币材料的性能与铝、铁、铜及其合金的物理特征的对应关系，认识金属制成合金可以改变金属材料的性能。校外实践活动开展校外实践活动“我行我锈”，研究铁生锈条件，年级活动中汇报。 应用控制变量法，研究铁生锈条件，年级展示，教师和学生共同评价第3课时：研究材料的化学性能环节一：小结学科实践活动，分析控制变量法研究铁生锈
16、条件的方法、思路。环节二：实验探究铁、铝、铜等金属的化学性质是否符合硬币金属材料的化学性能的需求。 提出问题：要选择硬币金属材料，要研究铁、铝、铜的哪些化学性质？分组探究与易拉罐性能相关的铁、铝单质的性质（与水、氧气等的反应），基于类别，学习重要金属的化学性质。环节三：交流讨论铁、铝、铜及其合金作为硬币金属材料的可行措施（应用性质进行金属材料的防护）；布置课下任务，小组查阅资料铁、铝金属材料成本的影响因素有哪些。第4课时：研究材料成本问题环节一：交流研讨金属材料成本的影响因素。 提出问题：你们从哪些角度考虑铁、铝、铜对金属硬币材料的成本？各角度之间是否存在联系？ 小组讨论、归纳影响硬币金属材料
17、的因素原料来源、金属材料的制备、金属成品的加工等，成本是社会、科学、技术、环境等综合因素相互制约、相互影响的结果。 环节二：聚焦铁、铝、铜制备原理对铁、铝、铜成本的影响，探究工业制铁流程中铁及其化合物的转化关系。 小组分享研究资料结果，汇报铝、铁、铜的制备原理，以氧化铁制取铁为例，分析铁元素的转化，体验基于物质的性质实现物质的制备的思路。第5课时：梳理知识、方法第6课时：项目成果展示，争做Mr Coins，制作海报交流展示2.教学规程设计（以第3课时为例）教学环节活动内容设计意图引入：展示前测，归纳硬币金属材料可能的化学性能问题：制作硬币的金属材料应该具有哪些化学性能？前测结果师生交流，归纳出
18、金属材料应具备的化学性能主要是耐腐蚀，但是生活中存在着硬币被腐蚀的现象，在学科实践活动中已知铁在常温下与水和氧气同时接触会生锈，应重点研究生活中常见物质在何种条件下能否与铝、铁、铜等金属反应，使其被腐蚀。明确硬币应具有的化学性能；感知依据化学性质选择材料的思路。活动1：认识硬币金属材料中铝、铁和铜与氧气的反应问题1：铝、铁和铜等金属能否与氧气反应？在教师提示下，想到铁可以在氧气中燃烧，汞可以在空气中生成氧化汞。但对铝、铜能否与氧气反应不能肯定。视频1：铝在空中高温融化后不滴下；打磨后的铝丝、打磨后放置24小时候的铝丝和未打磨的铝丝分别放入硫酸铜溶液中；学生A：铝熔化了但是没有滴下，因为高温下铝
19、和氧气生成了氧化铝。教师：你为什么认为铝表面生成了氧化铝？学生A：铝的熔点是600多度，里面的铝熔化了，说明加热温度足够，外面没熔化的已经不是铝。学生B：常温下，铝也能和氧气反应生成氧化铝。因为在空气中放置的铝或没有打磨的铝和硫酸铜反应很困难。视频2：依次观看铁粉在空气中燃烧；铜在空气中生成氧化铜；真金不怕火炼（图片）等学生A:铝和铁都可以在不同形态和温度下和氧气反应。教师：那么大家推测铜能否和氧气反应？学生B：能反应，因为有氧化铜。教师：和氧气反应的物质有什么共同特点？学生：都是金属，铜能和氧气反应因为铜是金属。学生观看视频，认识到不同形态的铁在不同浓度的氧气中可以燃烧，基于类别推测铜可以和
20、氧气反应，观看视频后认识到铜和氧气在加热的条件下可以反应，认识到因为铜和其他金属是一类物质，所以具有相似的性质。金在不同浓度氧气和不同温度下都不能和氧气反应，感受金属的特性。小结：铝、铁、铜等金属在不同温度、不同氧气浓度下可以和氧气反应；金不能和氧气反应。铝可以制成硬币是因为表面生成致密氧化膜，铁可以制成不锈钢，而铜在一定条件下才能和氧气反应，因此从这个角度说可以用来做硬币材料。通过金属与氧气反应的归纳与实验，发现金属化学性质和共性和差异性；通过研究金属和氧气的反应感受因变量和自变量的关系；通过熔化后的铝不滴下，铝和硫酸铜的反应发生状况推理氧化铝的生成；学习从化学视角分析材料问题，理解根据化学
21、性质选择材料问题。活动2：认识硬币金属材料中铝、铁和铜与稀酸的反应问题2：铝、铁、铜等金属能否与稀酸反应，是否存在着共性和差异性？学生A：铝、铁、铜等金属可能能和酸反应被腐蚀。教师：你为什么这样想？学生A：因为镁可以和盐酸反应。教师：为什么镁可以和盐酸反应就推断铝、铁、铜可能和盐酸发生反应呢？学生A：因为铝、铁、铜也是金属！学生B：铝、铁、铜可能和硫酸也能反应，因为实验室采用锌和硫酸反应制取氢气！实验：研究金属与稀酸的反应。（提供的药品：锌片、锌粉、铝片、铝粉、铁粉、铁钉、铜片、铜粉、镁粉、镁条、10%盐酸、20%盐酸、10%硫酸）实验方案设计及实施：A类：无序设计实验，随意选择金属的形状、金
22、属的质量、酸的种类、酸的浓度、酸的体积；B类：控制变量设计实验，但不清楚自变量和无关变量，将金属的形状、酸的种类、酸的浓度、金属种类当作自变量，进行研究；C类：控制变量设计实验，且明确自变量和因变量，控制金属的形状、酸的种类、酸的浓度相同，但没有控制金属的质量和酸的体积相同。 A组 B组（1） B组（2） C组基于实验设计及结果，教师带领学生分析第一个活动中影响金属与氧气反应的因素：金属种类不同反应温度不同反应物（氧气）的浓度不同；反应物的形状不同等，认识实验中的变量。教师：关于铝、铁、铜等金属能否与酸反应，它们反应时是否存在共性和差异性的实验研究，自变量和因变量是什么呢？学生：自变量是金属，
23、因变量是与酸能否反应。教师：金属的哪个变量是自变量呢？学生：金属种类。在前一个活动中，铁丝在空气中不能燃烧，不能认为铁不能和氧气反应，因为铁粉在空气中可以燃烧。而铜在空气中加热可以和氧气反应，教师：我们要研究因变量和自变量之间的关系，就要将其他变量控制为相同，如“反应物的浓度”、“反应条件”、“反应物的形状、质量”等。控制金属的形状、酸的种类、酸的浓度、金属的质量、酸的体积都相同，研究自变量（金属的种类）对因变量（差异性）的影响，认识金属种类不同，与酸反应剧烈程度不同小结：铜不和盐酸、稀硫酸反应，铁反应速速很慢，铝反应速度逐渐加快，因为表面有氧化层，适合做硬币材料；大部分金属可以和酸反应，但与
24、酸反应速度不同。通过研究金属和酸的反应，感受金属活动性顺序，体验研究一类物质化学性质的思路和方法；通过设计实验研究金属和酸的化学性质，找出因变量和自变量，运用比较的方法设计实验将其他变量控制为相同；通过金属和硫酸盐酸的反应发生状况推理金属的活泼性；进一步学习从化学视角分析材料问题，理解根据化学性质选择材料问题。活动3：分析、讨论金属硬币材料的选择原因、保护方法和发展方向问题3：为什么铝、铁、铜等金属的性质与硬币应有的性能不一致？ 学生讨论、分析：金属制成合金后，与其他物质反应速度有所减慢；采用特殊方法处理，表面镀保护层；制成教师追问：对于金属硬币你还有什么认识？金属硬币应远离高温环境，纪念币等
25、需要密封保存；早期钱币，硬币占据主流，现代科技进步，防伪技术提升，大面额货币采用纸币，随着时代的发展，钱币向数字化发展，可以有效节约资源。思考硬币防腐方法等过程；初步形成用可持续发展、绿色化学观念解决材料问题的价值取向。板书设计板书的发展第2课时第3课时第4课时学习效果评价设计 课程评价围绕着学生的认识发展变化开展，基于学生已有认识，形成本单元的教学思路，具体操作为通过学生活动，解读课前学生已有认识，掌握情况，经教师指导和小组分析讨论，逐步认识到所学内容，在教学中持续检测学习内容是否进入学生脑中，对前一个活动的效果进行评价，发现评价效果，再进行讨论、评价，如此循环，直至课堂环节结束，活动和评价
26、融合，活动表现即为即时评价学生的依据。 具体评价方式有为以下几点： 持续性评价1，前测探查已有认识,确定教学起点，形成基本教学思路 前测有效探查学生硬币金属材料的认识情况。一种类型是，学生对使用材料应有的性能缺乏认识；另一种类型是，学生对物理、化学性能与化学、物理性质关系认识不清类型1 类型2 持续性评价2：学生自主纠偏，促进认识发展，在活动中与学生互动，评价与追问相融合教师：关于铝、铁、铜等金属能否与酸反应的实验研究，自变量和因变量是什么呢？学生：自变量是金属，因变量是与酸能否反应。教师：金属的哪个变量是自变量呢？学生：金属种类。在前一个活动中，铁丝在空气中不能燃烧，不能认为铁不能和氧气反应
27、，因为铁粉在空气中可以燃烧。教师：我们要研究因变量和自变量之间的关系，就要将其他变量控制为相同，如“反应物的浓度”、“反应条件”、“反应物的形状、质量”等。 持续性评价3，检测目标的达成 1.填写学案，阶段性测查目标的达成（1）实验过程中发现异常现象，铝和硫酸反应速度缓慢，分析讨论后认识到可能与氧化铝有关，并回家进行探究实验。（2）实验改进后的反思和收获：金属化学性质与性能的关系不同金属化学性质的共性和特性） （1） （2） 2.阶段性后测（学习第3课时后）（1）研究金属的思路，从一类物质的性质的角度出发 （2）控制变量法研究化学反应的意识大幅提升 （3）阶段性探查材料选择的思路方法，比前测有
28、序、明确 3.课后师生访谈，探查学生认识状况从金属的化学性质、材料的选择与金属化学性质的关系、实验研究方法及学习感受、对待科学对社会的责任等角度谈收获 4.终结性评价项目作品从化学视角分析材料问题将材料问题转化成化学问题、聚焦物质性质及转化，从性能、成本、使用三方面进行研究 评价量规：见附件1、2本教学设计与以往或其他教学设计相比的特点重视学科核心素养。原有课程设计更加关注知识的掌握，并且割裂的看待知识，忽略了对学生能力和品格的培养，本课例基于项目学习进行整体设计，是以学生为主体的教学方式的重要转变，学生在解决真实复杂问题的过程中深度参与，亲自研究实践，形成较综合、全面的能力。它打通知识到素养
29、的通道：从金属教学内容的知识结构到金属制品中金属材料的选择依据、材料问题的分析框架、物质性质到用途、性质与使用注意事项关联和研究一类物质性质的思路方法到解决实际问题时密切考虑可持续发展、绿色化学的学科素养。 具体表现：（1）注重基于化学学科角度的推理过程。基于现象、产物，产物生成速度等推理金属的化学性质等，有效促进了学生思维的发展，通过师生的互动、质疑、观点碰撞才达到自主建构的目的，学生真正认识到了金属的活动性，认识到了金属的化学性质的共性和特性，不再是割裂的，机械的认识。（2）注重方法的引领，学生在研究金属与氧气、与稀酸的反应过程中，真切感受到控制变量法的重要意义，对自变量和因变量的关系认识
30、深刻，使学生在今后的研究过程中受益匪浅。（3）关注物质的化学变化，在教学中促进学生对化学变化的认识角度。利用研究金属与氧气和盐酸、稀硫酸的反应促进学生建立化学反应条件的认识角度，形成调控化学反应的意识。（4）建立起从化学视角分析材料问题的框架和思路能够将材料问题转化成化学问题、聚焦物质性质及转化，从性能、成本、使用等方面进行研究。认识到实际问题的解决需要综合考虑社会、科学、环境、技术的共同作用和影响，并且有利用自身化学知识为社会服务的良好价值取向。评价方面，关注学生的认识发展，评价与活动紧密结合，不断在课堂活动中评价学生认识，有效将学生思维外显，用评价促活动，环环相扣促进学生的认识发展。授课教
31、师通过学生的活动表现做即时的判断，向学生提出有针对性地改进和指导建议，即在活动中进行教学评价和反馈。附件1：学生活动评价表（在相应【 】中打勾）评价内容1组2组3组4组小组活动有计划性,小组成员有合理的分工合作,组员情绪饱满热情,参与活动积极。非常符合【 】比较符合【 】不符合 【 】非常符合【 】比较符合【 】不符合 【 】非常符合【 】比较符合【 】不符合 【 】非常符合【 】比较符合【 】不符合 【 】能够使用投影、视频、实验等适当的方式，对小组活动的过程和成果进行清晰准确的表达和展示。非常符合【 】比较符合【 】不符合 【 】非常符合【 】比较符合【 】不符合 【 】非常符合【 】比较符合【 】不符合 【 】非常符合【 】比较符合【 】不符合 【 】能够对小组活动的成功、失败
