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问题情境教学法在高中化学课堂中的实践教学

本文以高中化学“金属材料的腐蚀与防护”为例，阐述基于问题情境的高中化学教学设计与实践。

一、教学内容

“金属材料的腐蚀与防护”章节介绍了金属电化学腐蚀的相关内容，通过本章节的学习能够帮助学生加深对金属腐蚀现象的了解，并且学会运用化学知识来解决生活中的问题或解释生活中的现象。在学习本章节之前，学生已经了解了金属腐蚀的一些必要条件，以及原电池、电解池的形成原理和金属的还原性与活泼性等知识点。本章节教学利用贴近实际生活的情境引导学生从生活的角度分析问题，激发学生的学习兴趣，强化学生对概念知识的理解。

二、教学目标

1.了解常见的金属腐蚀及其危害性，掌握金属腐蚀现象的本质以及类型。

2.利用物质反应原理的学习过程解决实际问题，认识到金属腐蚀的类型、条件、原理等，并且学会电极反应式与总反应式的书面表达。

3.利用合作探究、问题讨论等方式，以辩证的角度认识金属腐蚀，并从科学技术与人类社会发展间的关系这一角度分析金属防护的重要意义，培养学生的环保意识。

三、教学实施

（一）问题情境的设计与导入

在学习本课前，学生对金属的腐蚀有一定了解，如生活中就见过金属腐蚀后的形态，根据初中化学的学习也掌握了铁腐蚀的化学方程式和原理。因此，在问题情境的设计上，选择贴近学生生活认知和既有知识展开：“从一开始的暖水袋，到如今的电暖宝，人们为了取暖生发了各种奇思妙想，这些物美价廉的产品为我们带来了很多生活上的便利。小莹也买了一个电暖宝。在使用一段时间后，细心的她发现了电暖宝在充电的时候会逐渐膨胀，就好像里面充了气一样。耐不住心里的疑惑，她打算将暖宝拆开看一看。这一看不要紧，里面都是脏脏的液体，着实把她吓了一大跳。于是小莹将电暖宝里面的脏水都倒了出来，重新换上了干净的自来水，这一幕刚巧被妈妈看到。她及时制止并告知小莹这样做十分危險。这让小莹很疑惑。你知道电暖宝的发热原理吗？里面倒出来的脏脏的液体究竟是什么？为什么换成干净的自来水不行而且会很危险？相信这些问题是不少学生曾经有过的。教师可为学生展示提前准备好的电暖宝包装，让学生观察包装并找到电暖宝的成分表，根据成分表来探究问题的答案。

（二）情境探究与讨论

上述问题情境提供了一个探究电暖宝成分以及发热原理的话题，其本质则是金属的腐蚀。之后让学生根据问题情境，以小组为单位设计一个化学实验方案，以此来探究问题。学生根据电暖宝包装中的说明书能够了解到，电暖宝的成分包含水、铁粉、活性炭、食盐、蛭石、吸水性树脂。其中，水和铁粉是导致液体脏的主要原因，同时也是电暖宝发热的基本原理，但其中也出现了一个陌生的材料——蛭石。教师需要为学生讲解蛭石是一种硅酸盐，一般用作保温材料。这也能了解到电暖宝的发热原理为，铁粉与水和氧气发生反应，化学方程式为2Fe+O2+2H2O===2Fe（OH）2。而且这是一个放热的过程，即在反应过程中逐渐释放出热量，并且反应过程中会形成原电池，加速放热反应。之后引导学生针对化学方程式2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2进行发热原理的验证与总结。学生以小组为单位进行实验的设想。首先引导学生思考：电暖宝在充电和使用的时候，什么时候开始放热的？化学反应物可能是哪些物质？学生经过讨论可以得出，铁被氧气氧化，或被水中的氢离子氧化，二者都有可能。根据学生的猜想和实验设计方案可以了解到，电暖宝中的铁粉、水、盐等物质组成了一个原电池，可以在通电后快速加热。教师引导学生根据这一结论设计一个实验探究的方案，如图1所示。

之后可以提出问题，在电暖宝加热过程中，正极有氧气参与，那么正极的产物是什么？如何去验证呢？在实验设计中，Fe（OH）2是一种白色物质，但在与水、氧气等发生反应后则会生成红褐色的Fe（OH）3或Fe2O3。之后为学生解释，结合X射线衍射法对腐蚀产物进行的分析发现，腐蚀产物也就是红褐色附着物为Fe2O3，而根据电暖宝使用时放热的过程来看，Fe（OH）3脱水后会形成Fe2O3·xH2O。学生在这一过程中就可以观察到有铁锈生成。

（三）认知模型构建

在了解电暖宝发热与金属腐蚀之间的联系后，还要建立探究物质反应原理的认知模型，分析原电池的反应过程，启发学生正确看待金属腐蚀过程中的得与失，引导学生从宏观想象到微观观察等多个角度分析问题。如提出主题：通过模型来解释钢铁在海水中的腐蚀原因。钢铁的主要成分是一种铁碳合金，而铁和碳在与海水接触时，会与海水中的氯化钠等元素构成原电池，从而导致铁的腐蚀分解。之后继续引导学生，如果在电解质溶液中加入酸或碱，此时的电极反应又如何？教师根据这一问题带领学生分析金属腐蚀的本质。在这一过程中，吸氧和析氢腐蚀是钢铁腐蚀的主要原理。一般情况下，这两种腐蚀情况会相伴而生，但大多是其中一种为主。自然环境具有一定的复杂性，这对于金属来说也常面临着不同类型的腐蚀，