转化认知冲突促进知识内化-第3篇.docx

    转化“认知冲突”促进知识内化    彭英邦+陈迪妹Summary：以“从铝土矿中提取铝”为例，分析工艺流程中涉及的反应原理和操作方法，通过创设问题情境，转化认知冲突，在师生交互过程中生成教学环节，加深知识的理解和内化，从而构建铝及其化合物的知识体系Key：认知冲突；教学设计；铝及其化合物：1008-0546（2017）01-0038-04 ：G633.8 ：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.013一、 问题提出著名教育心理学家奥苏贝尔有过一段经典论述“影响学习的唯一最重要的因素就是学生已经知道了什么，要探明这一点，并据此教学[1]建构主义理论认为学习不是学习者简单地接受与储存信息，而是主动地将原有经验和新信息进行分析与重建知识结构的过程学生在学习某一学科前形成的前概念，有些与科学概念一致，也有一些偏离科学现象本质或背离科学概念的理解与认识这是学生凭感性认识构建起来的，是由于缺乏感知经验的概念，或认知上的局限导致的如学生观察铁丝在氧气中剧烈燃烧，有火星四溅的现象，认为铝片在燃烧时也会有这样的现象，忽略了铝表面形成的氧化铝熔点极高，不易被融化。

又如，金属钠与金属镁可分别由电解其熔融状态的氯化物制得，便认为铝也能用电解熔融氯化铝的方法获得，没有认识到熔融氯化铝不产生自由移动的离子学生在学习新知识时的认知冲突影响，需要适时转化，才能顺利完成新知识的内化二、 设计思路“从铝土矿中提取铝”为苏教版必修《化学1》专题3第二单元第3节的内容，学生已掌握了Al、 Al2O3及Al（OH）3的性质，通过本节内容学习，了解从铝土矿中提取铝的工艺流程，体会工业生产与学科知识的紧密联系，体验科学发展对人类发展的影响，并进一步认识铝及其化合物之间的相互转化，从而构建铝及其化合物的知识体系教学目标：（1）知识与技能了解地壳中铝的含量及存在方式，知道从铝土矿中提取铝的工艺流程，会正确写出相关物质转化的化学方程式；（2） 过程与方法通过分析铝的制备工艺流程，提高发现问题、分析问题和解决问题能力，进一步理解铝及其化合物之间相互转化的关系；（3）情感态度与价值观了解铝的发现史，从铝的制备方法中体验化学学科与工业生产之间的联系，增强学科学习兴趣教学重点：从铝土矿中提取铝的工艺流程及相关反应；教学难点：铝及其化合物之间的相互转化关系教学思路：本课由化学史实引入，以“铝的制备”问题为主线，回顾金属冶炼的方法，联系工业生产铝的工艺流程，通过创设问题情境、讨论交流，将知识融入猜想、实证、归纳中，合理转化学生的认知冲突。

在教学过程中注意学生思维认知的障碍点的突破，生成有效的教学环节的学生活动，并逐步提升知识深度，在讨论和交流中，引导学生归纳总结，最后形成铝及其化合物的知识体系教学流程如下所示：三、 教学过程环节1 化学史实，激趣设疑——铝的发现史【投影】（1） 一些金属元素在地壳中的含量对比图；（2）生活常见的铝制品师】铝及铝合金在日常生活中应用广泛，铝是地壳中的含量最高的金属元素，铝性质活泼在自然界中主要以化合态形式存在于铝土矿中时光回溯到两百多年前，当时铝价格比黄金还昂贵我们通过两则铝的化学趣话来了解一下投影】“铝的趣话”（1）在国宴上，拿破仑三世使用的是一套珍藏的铝制餐具，而大臣们使用的是银制餐具2）门捷列夫创建了元素周期表，英国皇家学会为了表彰他，奖励他一只铝制奖杯问题情境】铝是地壳中含量最多的金属元素，在我们生活中也有很多的铝制品，铝的价值并不昂贵，但为何在两百多年前，铝比黄金还贵？【生】（1） 铝在自然界中以稳定的化合态形式存在，铝单质很少2）铝的冶炼工艺决定了铝单质的产量，在当时的条件下，铝的获取较为困难师】 这两位同学解释了两百多年前铝价值昂贵的缘由，一方面铝在自然界中主要以铝土矿的形式存在，铝单质在自然界较少；另一方面铝金属性较强，在当时的条件下获得铝很困难，因此，直到1827年铝才被德国科学家沃勒发现。

在当时，铝的价值甚至超过了黄金设计意图】导课是教学的重要环节，是一堂课的开端通过对比金属元素在地壳中含量，生活中应用广泛的铝制品，引出本课主题：铝新课改倡导要重视学科背景知识，化学史实是化学学科的重要组成部分通过铝的化学趣话，创设问题情境，让学生了解早期铝的获取较为困难的事实，鼓励学生讨论，并调动学生积极思考過渡】那么，在本节课中，我们一起来学习“从铝土矿中提取铝”，认识工业上制备铝的方法，进一步巩固铝及其化合物的性质环节2 认知冲突，巧妙转化——铝的冶炼方法选择【回顾】 请同学们回顾一下工业制备金属钠和金属镁的流程及方法师】 金属的制备，要从几个方面考虑：原料来源——工艺流程——反应原理交流与讨论】 从工业制备金属钠和金属镁的工艺流程上，你能获得哪些信息？【生】金属钠和金属镁采用电解熔融状态的氯化物获得，电解前的氯化物需要精制师】总结得很好，请根据钠和镁的制备方法，综合考虑原料来源、工艺流程和方法选择，思考铝的制备方法设计意图】学会分析、对比，寻找几种金属通性、差异和制备的方法，形成新旧知识间的联系从原料来源、工艺流程及冶炼方法等方面考虑制备方法，进而推测金属铝的获取方式阅读】阅读教材上关于从铝土矿中提取铝的工艺流程。

投影】知识拓展：（1）较活泼的金属如钠、镁、铝等通常采用电解法制备；（2）由铝土矿生产铝，首先需制取 Al2O3，然后再电解Al2O3制取铝；（3）铝土矿是不纯的一水铝石或三水铝石，含 Al2O3（45%-65%），主要杂质是氧化硅和Fe2O3，氧化硅含量可达12%，Fe2O3含量可达25%，还有少量氧化钛等，含量约为3%，结晶水含量为14%-36% 【思考】（1）从铝土矿中提取铝的工艺流程可以分为几个阶段？（2）能否采用电解熔融AlCl3的方法制备铝？（提示：熔融氯化铝不导电）【生】（1）从铝土矿中提取铝可以分为两个阶段：第一阶段是获得纯净 Al2O3，第二阶段是电解 Al2O3获得铝单质；（2）不能采用电解熔融AlCl3的方法，因为熔融状态的AlCl3中不存在自由移动的离子，因此不导电问题情境】根据教材上提供的工艺流程图，思考下列问题：（1）向铝土矿中加入NaOH溶液的目的？通入过量CO2的目的？能否采用稀盐酸酸化？（2）工艺流程中出现两次过滤其目的分别是什么？（3）电解熔融 Al2O3时，冰晶石起什么作用？【生】（1）加入NaOH溶液是把铝土矿中的Al2O3溶解，通入过量CO2目的是将偏铝酸钠转变为Al（OH）3，不能用稀盐酸去酸化，因为Al（OH）3是两性氢氧化物。

2）第一次过滤是去除铝土矿中的杂质，第二次过滤是为获得Al（OH）3沉淀3）由于氧化铝的熔点很高，直接加热使其熔化需要消耗很大的能量冰晶石的作用使氧化铝的熔融温度降低，从而减少能量消耗设计意图】针对“从铝土矿中提取铝的工艺流程”，创设相关的问题情境，让学生深入认识相关流程涉及的化学反应、操作方法及目的聚焦学生思维，帮助学生领会重点总结】从铝土矿中提取铝的流程及相关反应：环节3 开放情境，学以致用——工业制备铝方案的改进【师】铝土矿中主要成分是 Al2O3，不同铝土矿中氧化硅和氧化铁等杂质的含量有差异说明：SiO2一般与酸不反应（HF除外）；（2）向铝土矿中加入NaOH溶液后所得的母液应该脱除赤泥（不溶残渣，含有氧化铁、二氧化钛和铝硅酸钠复盐铝硅酸钠的生成量与铝土矿中氧化硅的含量有关），采用这种方法一般只适合处理氧化硅含量小于8%的铝土矿问题情境】结合上述信息，思考从铝土矿中提取铝的工艺存在哪些不足？【生】铝土矿中的杂质氧化硅会与NaOH溶液反应，这样得到的偏铝酸钠溶液中混有杂质而且当铝土矿中含有氧化硅含量较高时，赤泥中含有较多的铝硅酸钠，氧化铝损失较多问题情境】对于氧化硅含量较高的铝土矿，采用上述方法会有较多的氧化铝损失。

那么根据氧化硅与盐酸不反应，若向铝土矿中加入盐酸，再过滤除去氧化硅的方案可行吗？【生】如果向铝土矿中加入盐酸，铝土矿中的氧化铁杂质也会与盐酸反应，这样铝离子和铁离子混合在溶液中师】如何分离这两种离子？【生】加入足量NaOH溶液！使得铁离子转化为氢氧化铁沉淀，而铝离子转化为偏铝酸盐交流与讨论】若采用“用盐酸溶解铝土矿（除去硅），再加入过量NaOH溶液（除去铁），通入CO2，灼烧沉淀”的工艺流程，与目前工业上采用的流程相比较，有何优缺点？【生】优点：去除氧化硅，降低铝的损失；缺点：工艺流程复杂，成本高设计意图】高中化学课程要求培养学生可持续发展的思想，科学观点是不断完善的过程鼓励学生发问质疑的精神，对学生发散性思维的培养起着重要作用提供相关信息，并创设问题情境，引导学生思考目前工业上制备铝的方法存在的不足，抓住学生认知冲突，适时转化相异构想同时联系社会生产的实际，培养学生灵活应用学科知识解决问题的能力总结】教材上提供的“从铝土矿中提取铝”工艺流程适合处理氧化硅含量小于8%的铝土矿，对于氧化硅含量为超过8%的铝土矿需要采用其他改良法处理因此，目前工业上制备铝还是采用“碱法”，但同时要考虑铝土矿中杂质的含量。

环节4 总结深化，构建体系——铝及其化合物的相互转化【师】从铝土矿中提取铝的工艺流程，涉及铝的化合物之间的转化根据我们所学的知识，表示铝及其化合物之间的相互联系总结】铝及其化合物之间的转化练习】写出上述框图中铝及其化合物相互转化的化学方程式或离子方程式总结】从铝土矿中提取铝的工艺流程，归纳相关反应原理，巩固铝及其化合物的转化设计意图】突出重点，从社会生产回归学科知识通过练习铝及其化合物之间转化的化学方程式，梳理相关知识，让学生自主构建铝及其化合物的知识体系四、 教学反思课堂教学过程中一些转变认知冲突的细节值得回味，如提出“有没有其他方法分离氧化硅杂质？”有学生根据氧化硅不与稀盐酸反应，提出用稀盐酸溶解铝土矿，但也有同学提出会把铝土矿中存在的氧化铁杂质反应，这时教师顺势提出，“如何分离铁离子和铝离子？”这一问题激发了同学们的兴趣，有同学提出加入NaOH溶液的方法，老师追问：“两者都转变为沉淀，如何进一步分离？”有同学激動地答道：“可以加入过量的NaOH溶液，这样使Al（OH）3溶解而氢氧化铁不溶解，用过滤方法实现两种离子的分离博得了同学们的掌声教学后回顾本课，有以下体会：1. 师生协同互动，生成性教学活动教学过程是师生协作的过程。

俗话说：“教学有法，教无定法教学需要预设，但更重要的是在动态中生成教学过程中要鼓励学生思考，有疑问是求知的第一步不愤不启，不悱不发，要合理把握学生的“愤”“悱”状态，师生协作完成教与学的活动2. 利用学生已有知识，转化认知冲突教学设计应当分析学生原有的观念和思维方式，弄清其对学习和理解新知识会造成的障碍与影响[2]在教学过程中创设能引起学生产生认知冲突的教学情境，并通过分析、比较、归纳、推理等科学的思维方法，帮助学生进行认知顺应，实现认知冲突的转化3. 创设开放问题情境，学科知识联系生产生活实际应用学科知识解决生产生活中的相关问题，如工业上制备铝要考虑到原料铝土矿中氧化硅的含量，进而选择相应的方法；电解氧化铝过程中需要加入冰晶石等，为学生的思维打开一扇窗，体现学科知识与工业生产的紧密联系，深化知识结构，培养学以致用的学习品质Reference[1] 水菊芳. 基于以学论教的高中数学课堂“教师的导”浅谈[J]. 数学通报，2015，03：20-22[2] 严业安. 化学教学中的“相异构想”初探[J]. 化学教学，2005，07-08：28-30 。