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关键词：实验探究;概念教学;还原反应
一、提出问题
《金属矿物及其冶炼》是鲁教版五四制九年级第四单元第一节第二课时的内容。尽管课程标准对这节课的要求较为简单：知道一些常见金属（铁、铝等）矿物、知道可用铁矿石炼铁。但这节课所涵盖的内容、方法、情感等教育价值却不容小觑。从内容角度上说，本节课承载着“初步认识还原反应，再次认识氧化反应”等内容;从方法角度上说，需要学生初步了解从自然界获取物质的一般方法——物理方法和化学方法，通过电解法冶炼铝、通过还原法冶炼铁等具体的化学方法;从情感、态度、价值观角度上说，本节课充分体现了通过化学变化改造和创造物质的基本观念，认同化学方法同工业生产相结合而创造的巨大价值。同时，本节课还可以通过对金属资源的简介，尤其是稀土资源的介绍，激发学生的爱国热情和民族自豪感，同时培养学生珍惜资源、合理利用并保护资源的意识。鉴于此，本节课在教学设计的过程中，如何既能兼顾知识、方法、态度，又能构建内容结构？下面就以具体课题为例谈谈具体做法。
二、学习目标
（1）通过对话交流，能列举常见的铁、铝矿石，说出人类从自然界获取金属的途径。
（2）通过实验和视频，能表示冶炼金属铝、铁的化学方法，能从得失氧的角度识别还原反应，初步形成性质决定冶炼方法的观念。
三、教学重、难点
（1）教学重点：从得失氧元素的视角解释工业炼铁的化学原理。
（2）教学难点：人类从自然界获取金属的方法及影响因素。
四、教学过程
【导入】从遥远的青铜时代（图片：四羊方尊）到家家户户都必备的铁器时代（图片：铁锤、铁锅、铁锹等），时至今日，各种各样的金属制品（图片：飞机、轮船、飞行器等）已经融入了我们的生活。如此重要的金屬材料如何制备？
【设计意图】从金属制品的重要用途导入，一方面：体会金属制品的重要应用;另一方面：引出金属制备的课题，同时，通过学生的回答探查学生的前认知，涉及金属矿物的存在形式，制备方法及矿石种类等。
【投影】学习目标
环节一：认识金属矿石
【举例】自然界中存在的金属矿石种类很多，它们或存在于地壳中，或存在于海洋中（如图1）。请根据图片书写金属矿石中主要物质化学式，并推测从自然界中获取金属的路径。
【设计意图】学生书写金属矿物中主要物质化学式，一方面将对金属矿物的认识从物质水平过渡到元素水平，为学习氧化、还原反应原理做铺垫;另一方面学生在书写化学式的过程中自然而然地就认识到有的金属在自然界中以单质形式存在，有的金属在自然界中以化合物形式存在，为从自然界获取物质方法（物理方法、化学方法）的选择提供思路。
环节二：探究铁矿石炼铁
【衔接】以自然界中的铁矿石为原料冶炼金属铁，需要考虑哪些因素？
【学生活动】组内讨论并组间交流：选择合适的铁矿石、探究可行的反应原理、设计合理的实验装置，评估炼铁方法对环境的危害等。
【设疑】自然界中主要存在赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿和黄铁矿，选择合适炼铁的铁矿石的依据有哪些？
【学生活动】
（1）交流：铁矿石的储量、铁元素的含量、是否含有可能对环境造成污染的元素等。
（2）小组合作计算四种矿石中的含铁量。
（3）选择合适的铁矿石：赤铁矿或磁铁矿。
【设计意图】一方面：通过此问题拓展学生思考问题的思路——定性水平、定量水平;另一方面：通过解决此问题，将铁矿石的范围缩小至赤铁矿及磁铁矿，为还原反应的建构做好铺垫。
【猜想】以Fe203为原料制取金属Fe，从反应原理来说，你有哪些猜想？
【学生活动】学生的猜想主要集中在“失去氧元素”，具体实施条件包括：高温分解、电解、使用H2，C，CO，金属等易与氧气反应的物质“夺走氧元素”等。
【过渡】高温、电解等方法并不能使Fez03失去氧元素。那么接下来，我们以CO、赤铁矿为反应物来探究是否能冶炼得到铁。
【演示实验】一氧化碳还原三氧化二铁。
【学生活动】观察、记录现象，推理结论，书写反应方程式。
【提升】实验表明，氧化铁和一氧化碳在高温条件下发生反应，生成金属铁和二氧化碳。在这个反应中，老师认为存在的两种变化（如图2），你认为老师的分类依据是什么？
【学生交流】得、失氧元素。
【设疑】有这样几组概念，“得氧，失氧，被氧化，被还原，氧化反应，还原反应，氧化剂，还原剂”，你能把它们放在合适的位置上吗？
【学生活动】组内讨论，组间交流，展示结果（如图3）。
【设计意图】让学生经历从元素水平猜想炼铁原理、验证猜想、认同失去氧元素能够冶炼得到铁，进而从得失氧元素的角度建构氧化反应、还原反应的概念及氧化剂、还原剂的概念。
【反思评价】在演示实验过程中，为什么要先通入一氧化碳，再点燃酒精喷灯？在实验结束后，为什么要先停止加热，待硬质试管冷却后再停止通CO？
【设计意图】一方面：基于安全，初步形成可燃性气体使用时需要验纯、排尽空气的实验意识;另一方面：基于环保，初步形成污染性物质需要回收处理的意识。
环节三：对比方法，总结提升
【铺垫】并不是所有的金属都能使用还原法冶炼。你能举例说明吗？
【学生活动】电解氯化镁制取金属镁。（鲁教版教材中，学生在《海水“制碱”》中已学习）
【拓展】工业上采用电解法，以氧化铝为原料冶炼金属铝。请书写反应方程式。
【提升】概括冶炼金属的方法，思考影响金属冶炼方法的因素。
【学生活动】独立思考，组内讨论，组问交流。
（1）冶炼金属的方法包括：物理方法、化学方法——还原法、电解法。
（2）金属元素在矿石中的分散形式，金属的性质影响冶炼方法。
【设计意图】通过前三个环节的学习，学生能够列举常见的金属矿石及主要物质，能用化学反应方程式表达赤铁矿冶炼铁，铝土矿冶炼铝，这些内容散落在学生脑海中，不利于长久存储，也不利于知识提取迁移应用。本问题的设计指向化学观念——金属元素的分散形式及金属的性质决定冶炼方法，既能驱动学生梳理知识，又能帮助学生构建知识结构图（如图4）。
环节四：自学资料，感受价值
【提升】科学研究的成果只有与生产技术相结合才能转变成生产力，推动社会的发展。工业上，以焦炭、铁矿石、石灰石为原料，利用热还原法来冶炼得到铁，推动了钢铁工业的发展。而钢铁工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志之一。我国自1996年钢产量突破亿吨，跃居世界首位，到如今一直稳居世界第一。不仅如此，我国电解铝的产量自2001年跃居世界首位以来已经连续18年稳居世界首位。更值得一提的是，我国的稀土金属的产量及储量也均居世界首位。阅读多识一点，谈谈你的感想。
【设计意图】体会金属冶炼创造的巨大社会效益，认同化学学科的价值，指向核心素养——社会责任与科学精神的渗透。
一、提出问题
《金属矿物及其冶炼》是鲁教版五四制九年级第四单元第一节第二课时的内容。尽管课程标准对这节课的要求较为简单：知道一些常见金属（铁、铝等）矿物、知道可用铁矿石炼铁。但这节课所涵盖的内容、方法、情感等教育价值却不容小觑。从内容角度上说，本节课承载着“初步认识还原反应，再次认识氧化反应”等内容;从方法角度上说，需要学生初步了解从自然界获取物质的一般方法——物理方法和化学方法，通过电解法冶炼铝、通过还原法冶炼铁等具体的化学方法;从情感、态度、价值观角度上说，本节课充分体现了通过化学变化改造和创造物质的基本观念，认同化学方法同工业生产相结合而创造的巨大价值。同时，本节课还可以通过对金属资源的简介，尤其是稀土资源的介绍，激发学生的爱国热情和民族自豪感，同时培养学生珍惜资源、合理利用并保护资源的意识。鉴于此，本节课在教学设计的过程中，如何既能兼顾知识、方法、态度，又能构建内容结构？下面就以具体课题为例谈谈具体做法。
二、学习目标
（1）通过对话交流，能列举常见的铁、铝矿石，说出人类从自然界获取金属的途径。
（2）通过实验和视频，能表示冶炼金属铝、铁的化学方法，能从得失氧的角度识别还原反应，初步形成性质决定冶炼方法的观念。
三、教学重、难点
（1）教学重点：从得失氧元素的视角解释工业炼铁的化学原理。
（2）教学难点：人类从自然界获取金属的方法及影响因素。
四、教学过程
【导入】从遥远的青铜时代（图片：四羊方尊）到家家户户都必备的铁器时代（图片：铁锤、铁锅、铁锹等），时至今日，各种各样的金属制品（图片：飞机、轮船、飞行器等）已经融入了我们的生活。如此重要的金屬材料如何制备？
【设计意图】从金属制品的重要用途导入，一方面：体会金属制品的重要应用;另一方面：引出金属制备的课题，同时，通过学生的回答探查学生的前认知，涉及金属矿物的存在形式，制备方法及矿石种类等。
【投影】学习目标
环节一：认识金属矿石
【举例】自然界中存在的金属矿石种类很多，它们或存在于地壳中，或存在于海洋中（如图1）。请根据图片书写金属矿石中主要物质化学式，并推测从自然界中获取金属的路径。
【设计意图】学生书写金属矿物中主要物质化学式，一方面将对金属矿物的认识从物质水平过渡到元素水平，为学习氧化、还原反应原理做铺垫;另一方面学生在书写化学式的过程中自然而然地就认识到有的金属在自然界中以单质形式存在，有的金属在自然界中以化合物形式存在，为从自然界获取物质方法（物理方法、化学方法）的选择提供思路。
环节二：探究铁矿石炼铁
【衔接】以自然界中的铁矿石为原料冶炼金属铁，需要考虑哪些因素？
【学生活动】组内讨论并组间交流：选择合适的铁矿石、探究可行的反应原理、设计合理的实验装置，评估炼铁方法对环境的危害等。
【设疑】自然界中主要存在赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿和黄铁矿，选择合适炼铁的铁矿石的依据有哪些？
【学生活动】
（1）交流：铁矿石的储量、铁元素的含量、是否含有可能对环境造成污染的元素等。
（2）小组合作计算四种矿石中的含铁量。
（3）选择合适的铁矿石：赤铁矿或磁铁矿。
【设计意图】一方面：通过此问题拓展学生思考问题的思路——定性水平、定量水平;另一方面：通过解决此问题，将铁矿石的范围缩小至赤铁矿及磁铁矿，为还原反应的建构做好铺垫。
【猜想】以Fe203为原料制取金属Fe，从反应原理来说，你有哪些猜想？
【学生活动】学生的猜想主要集中在“失去氧元素”，具体实施条件包括：高温分解、电解、使用H2，C，CO，金属等易与氧气反应的物质“夺走氧元素”等。
【过渡】高温、电解等方法并不能使Fez03失去氧元素。那么接下来，我们以CO、赤铁矿为反应物来探究是否能冶炼得到铁。
【演示实验】一氧化碳还原三氧化二铁。
【学生活动】观察、记录现象，推理结论，书写反应方程式。
【提升】实验表明，氧化铁和一氧化碳在高温条件下发生反应，生成金属铁和二氧化碳。在这个反应中，老师认为存在的两种变化（如图2），你认为老师的分类依据是什么？
【学生交流】得、失氧元素。
【设疑】有这样几组概念，“得氧，失氧，被氧化，被还原，氧化反应，还原反应，氧化剂，还原剂”，你能把它们放在合适的位置上吗？
【学生活动】组内讨论，组间交流，展示结果（如图3）。
【设计意图】让学生经历从元素水平猜想炼铁原理、验证猜想、认同失去氧元素能够冶炼得到铁，进而从得失氧元素的角度建构氧化反应、还原反应的概念及氧化剂、还原剂的概念。
【反思评价】在演示实验过程中，为什么要先通入一氧化碳，再点燃酒精喷灯？在实验结束后，为什么要先停止加热，待硬质试管冷却后再停止通CO？
【设计意图】一方面：基于安全，初步形成可燃性气体使用时需要验纯、排尽空气的实验意识;另一方面：基于环保，初步形成污染性物质需要回收处理的意识。
环节三：对比方法，总结提升
【铺垫】并不是所有的金属都能使用还原法冶炼。你能举例说明吗？
【学生活动】电解氯化镁制取金属镁。（鲁教版教材中，学生在《海水“制碱”》中已学习）
【拓展】工业上采用电解法，以氧化铝为原料冶炼金属铝。请书写反应方程式。
【提升】概括冶炼金属的方法，思考影响金属冶炼方法的因素。
【学生活动】独立思考，组内讨论，组问交流。
（1）冶炼金属的方法包括：物理方法、化学方法——还原法、电解法。
（2）金属元素在矿石中的分散形式，金属的性质影响冶炼方法。
【设计意图】通过前三个环节的学习，学生能够列举常见的金属矿石及主要物质，能用化学反应方程式表达赤铁矿冶炼铁，铝土矿冶炼铝，这些内容散落在学生脑海中，不利于长久存储，也不利于知识提取迁移应用。本问题的设计指向化学观念——金属元素的分散形式及金属的性质决定冶炼方法，既能驱动学生梳理知识，又能帮助学生构建知识结构图（如图4）。
环节四：自学资料，感受价值
【提升】科学研究的成果只有与生产技术相结合才能转变成生产力，推动社会的发展。工业上，以焦炭、铁矿石、石灰石为原料，利用热还原法来冶炼得到铁，推动了钢铁工业的发展。而钢铁工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志之一。我国自1996年钢产量突破亿吨，跃居世界首位，到如今一直稳居世界第一。不仅如此，我国电解铝的产量自2001年跃居世界首位以来已经连续18年稳居世界首位。更值得一提的是，我国的稀土金属的产量及储量也均居世界首位。阅读多识一点，谈谈你的感想。
【设计意图】体会金属冶炼创造的巨大社会效益，认同化学学科的价值，指向核心素养——社会责任与科学精神的渗透。