学科核心素养视域下体现知识多重教育价值的教学设计

【摘要】知识的教育价值是指知识对个体的个性、素质发展所起到的积极作用。九年级化学“金属的腐蚀与保护”这一知识则具有多重教育价值。通过对“金属的腐蚀与保护”这一知识多重教育价值的挖掘和应用，编写出教学方案，并进行课堂实践，不仅有利于学生学科核心素养的发展，还促进了教师的专业成长。

【关键词】九年级化学；知识多重教育价值；“金属的腐蚀与保护”

作者简介：武会敏（1982—），女，广西壮族自治区南宁市第二中学。

一、“金属的腐蚀与保护”的多重教育价值

（一）科学知识学习价值

学习“金属的腐蚀与保护”相关知识，有助于学生了解金属腐蚀的原理，对缓慢氧化、元素守恒等科学概念有更深入的理解。这是学生认知发展的基础和探索未知世界的前提。

（二）科学思维训练价值

学生通过对比、分析、归纳、综合等方法基于实验事实进行证据推理，探究出铁制品锈蚀的条件，掌握运用控制变量思想设计对比实验方案的学科方法，有助于自身科学思维能力的发展。

（三）科学探究与创新实践价值

通过学习，学生可以了解科学探究的基本过程包括观察、提出问题、设计实验、收集和分析数据、得出结论等。科学探究能力的培养对学生未来的学习和工作具有重要意义。查阅资料、改进和优化实验方案，积极探索现代信息技术与化学实验的深度融合途径，使用数字化传感器等展示铁制品锈蚀中的化学反应，有助于学生锻炼实践能力，并在实践中培养创新思维和解决问题的能力。

（四）科学态度与责任研讨价值

金属腐蚀是一个全球性的问题。世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料占年产量的比例较大。金属腐蚀可能导致设备损坏或存在安全隐患等。通过学习金属保护的方法，学生能够形成节约资源、减少浪费、回收利用的意识。通过学习金属腐蚀的原理和防护措施，学生能够增强安全意识，避免在实际生活中因金属腐蚀而引发安全事故，同时学会多角度看待事物发展过程。

（五）跨学科学习价值

“金属的腐蚀与保护”涉及化学、物理、信息技术、道德与法治等多门学科，在教学这一知识时进行学科整合，可以引导学生在更宽广的视野下综合运用化学和其他学科的知识分析、解决实际问题，例如：与物理学科结合，通过铁制品锈蚀过程中压强的变化探究铁制品锈蚀的条件；与信息技术学科结合，帮助学生运用数字资源查阅资料、获取知识，采用数字化实验仪器探究铁制品锈蚀过程中的热量变化、氧气浓度变化；和道德与法治学科结合，收集有关钢铁锈蚀造成的经济损失等资料［1］。

（六）生活实践应用价值

“金属的腐蚀与保护”与生产生活息息相关。通过本节课的学习，学生可以了解防止金属腐蚀的方法包括保持金属表面清洁干燥、添加保护膜等。这不仅能提高学生的生活技能，还能使学生将所学的化学知识迁移到生产生活的实践中，体会化学的应用价值。

二、体现知识多重教育价值的教学设计及实施

（一）教学内容及学情分析

人教版九年级下册第八单元“金属和金属材料”课题3“金属资源的利用和保护”第2课时“金属资源保护”，是一节新授课。本课主要内容包括：1.探究铁制品锈蚀的条件；2.讨论防止铁制品锈蚀的简单方法；3.了解废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属、保护金属资源的重要性［2］。

九年级学生大多对金属资源的现状有一定的认识，对于铁制品容易生锈的事实较为熟悉，对防止金属生锈的措施也有所了解，知道金属生锈是一个缓慢氧化的过程，在九年级上册第七单元的学习中探究了“燃烧的条件”和“灭火的原理和方法”，对收集资料、设计对比实验方案已有一定的基础。探究铁制品锈蚀的条件需要运用控制变量法，可以体现培养学生的科学思维、创新实践能力的价值。学生受到自身心理发展特点的影响，认识事物的角度还比较单一，需要教师引导学生多角度分析和解决简单的开放性问题。

（二）教学目标设定

1.让学生通过设计创新实验并进行实践探究，分析铁制品锈蚀的条件，发展创新实践能力，认识到控制变量法和对比实验法是常用的科学思维方法。

2.让学生通过观察日常生活中的铁制品，结合铁制品锈蚀的条件，进一步了解防止金属腐蚀的方法，并解释相关生活现象和解决实际问题。

3.让学生通过课前分组调研，了解废旧金属回收利用的意义，并归纳出保护金属资源的主要途径，形成保护环境、节约资源的意识。

4.借助视频和图片资料，展示铁锈的用途和利用金属腐蚀的原理服务生产生活的实例，发展学生的创新思维能力，培养学生的唯物史观。

（三）主要的教学过程实录

课前，教师提前一周（教材中给出的实验探究方案大约需要一周的时间，这样才能看到铁钉锈蚀的实验现象）布置以下任务让学习小组完成：（1）开展铁钉生锈的实验；（2）收集钢铁锈蚀造成的经济损失和带来的危害等相关资料；（3）调查自己生活的社区内金属废弃物的主要品种、回收情况和回收价值等；（4）收集利用铁生锈等金属腐蚀的原理进行生产生活的实例。

1.环节一—探究铁制品锈蚀的条件

课上，教师展示图片（图片内容为：与干燥空气接触的铁锅漆黑光亮，有水渍的铁锅表面有少许铁锈，带有菜汁的铁锅锈迹斑斑），提出问题：“已知铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O。根据图片信息，你猜测铁制品锈蚀的条件是什么？你推理的依据是什么？请在小组内讨论实验方案，画出实验装置图。”

对于教师一周前布置的任务（1），小组1按照教材给出的方案进行实验，实验结束后观察到的现象是：第三天，与空气、水同时接触的铁钉生锈，水面上漂浮着棕黄色的杂质；第六天，放入水中的铁钉表面变黑；只有与干燥空气接触的铁钉没有生锈。小组1由此认为铁钉生锈需要与氧气、水同时接触。该组代表与教师的互动过程如下。

师：你们组观察得很仔细。请你说说为什么放入水中的铁钉表面会变成黑色？

生：氧气不易溶于水，而实验可能受到了水中溶解的少量氧气的干扰，这部分氧气将铁钉氧化了。

师：为什么教材给出的方案需要用到经煮沸迅速冷却的蒸馏水，并且要在水的表面滴一层植物油？

生：将水煮沸能排出溶解在水中的氧气，迅速冷却可以防止氧气再次溶解在水中，植物油可以隔绝氧气，这样就形成了一个无氧气的环境。

小组2根据“化学反应前后元素种类不变”“铁锈中含有铁元素、氧元素和氢元素”的知识，结合教师展示的带有菜汁的铁锅锈迹斑斑的图片，通过查阅资料知道了铁制品生锈需要氧气和水，并采用控制变量法设计了4个对比实验：第1个实验需要用到铁制品、水、空气，第2个实验需要用到铁制品、水，第3个实验需要用到铁制品、空气，第4个实验需要用到铁制品、食盐水、空气。在实验时，小组2对教材给出的方案做了几处改进：为增大接触面积，将铁钉换成几根细铁丝（使它们呈螺旋状）；第4个实验使用密闭装置进行（铁丝生锈消耗氧气后，装置内的压强会变小，试管内的液面会上升），同时在试管中滴入红墨水，以便观察液面上升的情况［3］。经过实验，小组2观察到：一天后，第1个实验中的铁丝生锈；第2个和第3个实验中的铁丝没有生锈；而实验开始的15分钟后，第4个实验中红墨水的液面就逐渐升高。由此，小组2得出结论：铁丝生锈需要与氧气、水同时接触；食盐能让铁丝更快生锈。

小组3采用铁粉及加热垫（将温度调成45℃），进行了4个对比实验：第1个实验需要用到铁粉、炭粉、4滴水、植物油，第2个实验需要用到铁粉、炭粉、空气，第3个实验需要用到铁粉、炭粉、4滴水，第4个实验需要用到铁粉、炭粉、4滴食盐水、空气。实验开始后，对于第4个实验，小组3在第8分钟观察到铁粉中开始出现红棕色的铁锈，在第15分钟观察到红棕色的铁锈变得很多；对于其他3个实验，未观察到明显现象。小组3由此认为食盐能让铁粉更快生锈。

在各小组汇报展示完之后，教师追问：“通过实验探究，我们知道了铁制品锈蚀与氧气、水有关，食盐能加快铁制品的生锈速度。化学变化不仅会生成新物质，还伴随着能量的变化。那么铁制品生锈的过程是会放出热量还是会吸收热量呢？同学们能否尝试对实验装置进行创新，探究铁制品生锈过程中热量的变化呢？”学生们与教师一起分析、交流，决定使用手提电脑、温度传感器、塑料饮料杯等仪器和铁粉、炭粉、食盐水等药品。确定的实验步骤如下：（1）连接好装置后，打开朗威V8.0软件的数据采集器；（2）将5 g铁粉和1 g炭粉进行混合并放在塑料杯中，滴入10滴食盐水，将温度传感器插入塑料杯中；（3）调节参数后观察数据采集器上的读数及塑料杯中的变化。在实验中，师生观察到数据采集器上的读数升高，塑料杯内壁有水珠产生。通过对实验现象的分析，学生们得出铁制品生锈的过程会放出热量的结论。

2.环节二—讨论防止铁制品锈蚀的方法

教师展示多张有关生活中美观的铁制品的图片，之后让学生结合铁制品锈蚀的原理，尝试从外部因素和内部因素两个角度讨论防止铁制品锈蚀的方法。学生经过分析，认识到：从外部因素来看，只要使铁制品不满足生锈的条件之一即可。如给自行车的车架表面刷上油漆、链条上涂一层润滑油、车把表面镀上一层铬，将使用完的铁锅洗干净并擦干。从内部因素来看，合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，在铁制品中加入某些元素能防止铁制品生锈。为了拓展学生的视野，教师通过播放视频，介绍发蓝处理、搪瓷、电化学保护法等防止铁制品锈蚀的有效方法。

3.环节三—归纳保护金属资源的措施

对于教师提出的“废旧的金属能不能直接丢弃呢？如何保护金属资源？”这一问题，小组1的代表回答道：“不能将废旧金属直接丢弃，因为这样不仅会浪费金属资源，还可能造成地下水和土壤污染，危害人类健康。另外，有数据显示，一些发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失超过每年重大灾害损失的总和。”小组2的代表回答道：“保护金属资源的措施有防止金属腐蚀、回收利用金属、合理开采矿物、寻找金属的代用品等。”小组3的代表则展示了本组调查的某个社区内的金属回收站回收的金属废弃物的品种，如氧化铁皮、易拉罐、损坏的刀具等。

4.环节四—介绍金属腐蚀的利用价值

教师讲述的部分内容如下：金属的腐蚀对生产带来了危害，但人们也会利用金属腐蚀的原理为生产服务，如应用电化学刻蚀、等离子体刻蚀等技术［4］。金属腐蚀过程中放出的热量可以用于生活，如“暖宝宝”、蒸汽眼罩就利用了铁粉锈蚀放热的原理。铁制品生锈后生成的氧化铁在建筑、食品加工等领域也具有重要用途。由此可见，我们在看待事物发展过程时，要注意从多个角度、抓住事物的主要矛盾去分析。

5.环节五—布置能力提升型课后作业

教师布置的作业是：根据本课学习的铁制品锈蚀的条件，请尝试设计实验方案探究铜生锈的条件（已知铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3）。

（四）教学实施的注意事项分析

实施本课的教学需要教师做好以下准备工作：带领学习小组进行教材实验的探究；引导学生充分利用数字资源，如铁制品锈蚀实验改进的相关文献，与防止金属腐蚀的工艺、方法相关的视频；提前查看各组收集的所有资料，引导学生进行整理归纳，以此帮助学生在有限的课堂时间内展示探究成果。开展本课的学习则需要学生合理分配每天的学习时间，需要小组成员之间分工合理、配合得当。

（五）教学实效分析

一方面，知识多重教育价值的挖掘和应用对学生具有重要的促进作用。教师通过观察学生的课堂表现、课后作业的完成情况，发现学生在有关“金属的腐蚀与保护”的科学知识学习、科学思维训练、科学探究与创新实践等方面收获较大，能更全面地了解“金属的腐蚀与保护”的内涵和外延，顺利设计出铜生锈条件的实验探究方案。通过查阅资料和分组合作、交流、展示，学生认识到“金属的腐蚀与保护”在节约资源、保护环境等方面的作用，拓展了视野，提高了综合素质。

另一方面，知识多重教育价值的挖掘和应用对教师也具有重要的促进作用。挖掘和应用知识的多重教育价值，能帮助教师更好地把握教学内容，提升教学效果和质量，促进教师的专业发展和成长，提高教师的教育素养和创新能力。

【参考文献】

［1］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022．

［2］武艳云.生活化教学法提升初中生核心素养的有效策略探析［J］.考试周刊，2021（31）：7-8.

［3］刘广斌.“铁锈蚀条件的探究”实验的创新设计［J］.实验教学与仪器，2022，39（4）：37-39.

［4］胡旭亮.“金属的电化学腐蚀与防护”教学［J］.中学化学教学参考，2022（12）：22-25.