聚焦課程思政　創新教學設計

傅雪青

《金屬礦物的開發利用》是人教版高中化學必修二第八章第一節第一課時的內容，包含金屬冶煉的原理、歷史和方法等知識，是化學服務于生活的典型案例，蘊含著豐富的課程思政教育元素。

筆者從教學目標和學情入手，收集、整理課程思政教學素材，如《國寶檔案》電視節目片段，人類冶金歷史、相關古代詩詞和典籍、金屬鋁冶煉的發展創新等文字材料，以及《礦物可供開采的年限圖》《我國金屬礦產資源分布地圖》等，把政治認同、國家意識、文化自信、人格養成等思想政治教育元素融入教學中，使其與化合物、氧化還原反應原理、物質分類等知識的學習，以及歸納概括、分析總結、推理預測等能力的培養有機融合。

一、回望古代科技文明，在追溯冶金歷史中發現化學規律

課堂上，筆者先引導學生閱讀有關商后母戊鼎的材料并觀看《國寶檔案》相關視頻片段。學生了解到商后母戊鼎是3000多年前的商王祖庚為祭祀其母戊所制的禮器，制作工藝極其復雜，是青銅器時代的杰作。接著，筆者用課件呈現歷史上人類冶煉不同金屬的大致年代表，并提問：人類掌握不同金屬冶煉方法的順序可能與什么因素有關？學生讀表后發現，人類冶煉金、銀、銅的最早時間在公元前4500年左右，冶煉鐵的最早時間是公元前1500年左右，而冶煉活潑的鋁、鈉、鈣、鉀的時間均在十九世紀以后。這說明人類掌握不同金屬冶煉方法的時間順序與金屬的活動性有關。由于學生在初中階段已經學習了用焦炭不完全燃燒產生的一氧化碳還原赤鐵礦煉鐵的原理，學生討論得出：越不活潑的金屬越容易冶煉，出現的年代越早；金屬越活潑，冶煉越困難，人類使用該金屬的時間就越晚。還有的學生提出人類冶煉金屬的先后順序與金屬在地殼中的含量、金屬礦物的開采難度等有關，明確了人類掌握不同金屬冶煉方法的順序是多種因素綜合作用的結果。

二、總結詩詞古籍中的智慧，在冶金方法改進中感悟創新魅力

第二個教學環節，筆者先投影展示詩詞、古籍中有關金屬冶煉的四個材料：①唐代劉禹錫《浪淘沙》中的“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”；②東晉葛洪《抱樸子》中的“丹砂燒之成水銀”；③《宋史·食貨志》中的“浸銅之法，以生鐵煅成薄鐵片，排置膽水槽中，浸漬數日，鐵片為膽水所薄，上生赤煤”；④清代張泓《滇南新語》中的“煉礦曰扯銅，其法礦千斤用炭七八百斤不等，爐如夾墻，底作圓窠，鋪以炭末，始加礦炭”。然后，學生分組討論，解釋上述材料中金屬冶煉的方法，寫出相關的化學方程式。學生借助已有知識，得出比較一致的認識：材料①說明金的密度比河砂大；材料②中的“丹砂”指硫化汞，描述的反應是“2HgS+3O2[高溫]2HgO+2SO2，2HgO[高溫]2Hg+O2”；材料③中“膽水”的主要成分應是硫酸銅溶液，描述的置換反應是“Fe+CuSO4[?????? ]FeSO4+Cu”；材料④描述的是用焦炭在高溫下還原氧化銅的過程，即“C+CuO[高溫]Cu+CO”。最后，學生在筆者引導下總結出金屬冶煉的實質——尋找合適的還原劑將高價態的金屬化合物還原為金屬單質。

在此基礎上，筆者用課件呈現文字材料“1827年，德國化學家維勒用氧化鋁與干燥的氯氣以及焦炭共熱得到氯化鋁，再用金屬鉀和無水氯化鋁共熱得到鋁。1886年，美國大學生霍爾通過電解冰晶石—氧化鋁熔融鹽，成功將鋁的冶煉溫度從2050℃降低到950℃，使鋁得以大規模生產”，以及包含離子化合物MgO、MgCl2、Na2O、NaCl、Al2O3的熔點和共價化合物AlCl3的熔點等信息的表格，引導學生走進金屬冶煉方法的創新發展階段。

學生在筆者引導下分析了維勒的制鋁方法及其難以實現工業化生產的原因，以及霍爾電解法制鋁的創新之處。學生提出，維勒的制鋁方法需要使用氧化鋁、干燥的氯氣、焦炭、堿金屬（鈉或鉀），主要反應分為兩步［Al2O3+3C+3Cl2[高溫]2AlCl3+3CO，3K+AlCl3（熔融）[高溫]3KCl］，并且需要高溫加熱；制備流程需要用到電解才能得到的氯氣和堿金屬，成本高，并且反應過程危險性高，所以無法實現工業化生產。

隨后，筆者引導學生結合上述表格信息探討：為什么冶煉鈉、鎂都是電解其熔融氯化物，冶煉鋁卻電解其熔融氧化物？電解氧化鋁時加入冰晶石的作用是什么？學生經過比較和分析，發現Na、Mg、Al的氧化物熔點均遠高于其氯化物，考慮到成本等因素，通過電解熔融NaCl、MgCl2制備Na和Mg是合理的；AlCl3共價性較強，熔融狀態下很難電離出Al3+，所以只能通過電解熔融Al2O3制備Al。筆者補充戴維嘗試采用電化學的方法從氧化鋁中提取鋁，但因氧化鋁的熔點（2000℃以上）太高而失敗的史料，引導學生進一步思考。學生得到以下結論：霍爾的創新之處是使用合適的助溶劑冰晶石（主要成分為NaAlF6）降低氧化鋁的熔點，進而降低了金屬鋁的生產成本，使得鋁可以實現大規模工業化生產。

借助上述材料，學生明確了金屬冶煉需要綜合考慮能耗成本，感悟到創新對推動人類文明和科技進步的重要作用，生發了熱愛科學的情感。

三、從表象到本質，建構金屬冶煉認知模型

基于前兩個教學環節中學生的已有認知，筆者提問：金屬冶煉的本質是什么？金屬冶煉方法與金屬活潑性存在什么關系？你能發現其中的規律嗎？學生閱讀教材后，結合上述反應原理進行思考、討論，形成以下認識。一是冶煉反應都是氧化還原反應，其本質是使金屬礦物中化合態的金屬得到電子，還原為游離態的金屬單質。二是不同金屬離子得電子能力不同。不活潑的金屬，如Hg、Ag的離子得電子能力強，氧化性強，其化合物受熱后容易分解得到金屬單質，可用熱分解法來冶煉；活潑的金屬，如Na、Mg、Al的原子還原性強，采用一般的還原劑很難將它們從化合物中還原出來，工業上采用電解熔融金屬化合物的方法得到金屬單質；中等活潑的金屬，如Fe、Cu等，需要加入還原劑（如C、CO、H2、活潑金屬等），采用熱還原法制備。最后，筆者引導學生依據金屬活動性順序，總結不同金屬的冶煉方法，構建起金屬冶煉方法的認知模型（如下圖）。

四、借助真實信息，培養節約資源和可持續發展意識

在前面學習的基礎上，筆者呈現《礦物可供開采的年限圖》和《我國金屬礦產資源分布地圖》，讓學生根據圖片提供的信息談談啟示。學生發現：金屬資源的儲量有限，分布不均勻，并且不能再生，而金屬的開采和消耗速度是驚人的，金屬的腐蝕造成了大量的損失。

為解決這些問題，筆者要求學生小組合作學習教材“思考與討論”的內容。學生發現回收鋁質飲料罐得到鋁所消耗的能量要遠遠高于用鋁土礦制鋁所消耗的能量，進而認識到實際生產中必須考慮投入與產出。學生發現生產1kg鋁需要消耗4kg鋁土礦、0.5kg煤、0.25kg燃料油、0.5kg純堿、0.5kg石灰、2kg氧化鋁、0.04kg氟化鈣、0.6kg焙燒碳素、0.03kg冰晶石以及至少16.5kW·h電，感受到生產1kg鋁的消耗巨大。經過進一步討論，學生找到以下開發與利用金屬資源的途徑：提高金屬礦物的利用率；尋找金屬的替代材料，減少金屬的使用量；回收和利用廢舊金屬；開發環保、高效的金屬冶煉方法等。這樣教學，學生認識到金屬礦物資源的有限性和合理利用金屬礦物資源的必要性，樹立了綠色化學觀念和可持續發展意識，增強了社會責任感。