基于学生核心素养的“铝及铝合金”的教学再设计

韦存容　石武贤

摘要：以牛奶的包裝盒“利乐包”为核心，以利乐包是何组成、为何使用铝来制作利乐包、为何铝箔不直接和牛奶接触、如何实现利乐包的回收利用、回收的铝有何用途这几个问题串联起整节课的情境，在问题解决和实验探究中学习铝及铝合金的性质，感悟铝的回收价值，进而培养学生的问题解决能力、环保意识、化学经济意识和工程意识，从而发展学生的核心素养。

关键词：核心素养；铝；性质；教学设计

文章编号：1008-0546（2017）06-0077-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.06.023

一、设计思路

随着时代的发展，尤其是信息化，全球化时代的来临，传统上那种知识与技能本位的教育已无法满足人们日益复杂的工作环境[1]，发展公民的核心素养是全球各国所要面临的共同问题。高中化学课程对学生发展核心素养的形成和发展具有不可替代的作用[2]。对此，笔者尝试在教学过程中渗透发展学生核心素养的思想，对铝及铝的性质进行再设计，以此帮助学生形成科学价值观、理性思维模式、绿色文明生活等核心素养。

本节课的主要设计思路是从利乐包型牛奶包装盒的拆解来分析铝的物理性质，从利乐包为何选用铝箔、为何还需加一层塑料薄膜等来研究铝与氧气、水、酸反应等的化学性质，从利乐包的回收来研究与碱反应的化学性质，从回收后铝的用途来介绍铝热反应。最后从烧烤用的铝箔纸的使用来总结铝及铝合金的性质。本节课的设计思路如图1所示：

新一代课程改革的核心是培养全面发展的人，这对我们化学的教学提出了更高的要求：这需要教师尝试改变当前存在的“学科本位”和“知识本位”现象，帮助学生明确未来的发展方向，激励学生朝着这一目标不断努力[3]。究竟我们要如何教学，才能培养学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力？对此我们进行一些尝试。目前，铝的教学大多从结构-性质-用途的角度进行，虽然这样的课目标清晰，但是列举的铝的用途的案例未能完整地连贯于课堂，在培养学生思维能力方面略有欠缺。笔者尝试将生活中常见的利乐包贯穿于课堂，并在教学过程中不断改进和反思，最终形成了以利乐包为主线的铝及铝合金的教学设计。在教学过程中，一方面通过对利乐包的挖掘使学生在探究中学习铝的物理、化学性质，通过利乐包的回收利用学生探究了铝的两性，另一方面使学生在学习、理解、运用铝的性质的过程中形成环保意识，以及具备将废物回收利用的工程思维。

二、教材及学情分析

“铝及铝合金”是苏教版《化学1》专题3第一单元的内容[4]，在教学上有着承上启下的作用。紧扣前专题的钠镁的性质，同时为铝的氧化物和氢氧化物，铝的提取打下基础。在此之前学生已经学习过金属钠和镁，对金属性质的探究有了一定的基础，能依据已学的知识对金属铝的化学性质进行推测。此外，铝与钠、镁属于同一周期，通过学习，学生能够感受到他们之间化学性质的递变规律，为以后必修2的元素周期律打下一定的基础。

三、教学目标设计

1. 了解铝的物理性质及用途。

2. 通过实验掌握铝的化学性质，感受铝的两性。

3. 理解铝的化学性质对铝的提纯和铝的用途的影响。

4. 通过对铝实验现象的观察与分析，增强发现问题、解决问题的能力，培养学生实事求是的科学态度。

5. 通过对利乐包回收使用实例，培养学生的环保意识，促进学生设计垃圾回收使用方案的工程意识。

6. 深切感受到化学知识的力量，并对与化学有关的社会、工农业生产问题进行思考和决策，培养学生的社会责任感和经济效益意识。

四、教学过程

1. 牛奶包装盒“利乐包”是何组成？

[实物展示]这是我们经常喝的牛奶的盒子，它被称为利乐包，是由瑞典利乐公司（Tetra Pak）开发出的一系列用于液体食品的包装产品，在中国的饮品包装市场上占有重要的地位。有没有同学尝试将它剪开看看的，可以看到利乐包内层是银白色的，这是由于利乐包中有一层铝箔。今天就来学习小小的利乐包中的金属——铝。

[师]利乐包是由纸、铝、塑组成的六层复合纸包装（如图2），分别是外层聚乙烯、印刷油墨层、原纸板层（73%），聚乙烯中层、铝箔（5%，约为6.5微米[5]），内侧聚乙烯层。其中铝箔能够有效阻隔空气和光线，让牛奶和饮料的消费更加方便而安全、而且保质期更长，实现了较高的包装效率。

[师]我们发现利乐包的内层是银白色的，利乐包中铝箔只有6.5微米，你能从中归纳出铝的一些性质吗？

[生] 铝是一种银白色的金属，具有较好的延展性。

[设计意图]从生活常见的牛奶包装盒引入情境，增加学生对铝的亲切感，激发学生对生活中物质的探究兴趣。让学生从利乐包的组成对铝的性质进行推测，体现了“性质决定用途”的思想，为接下来研究铝的物理性质的方法埋下伏笔。

[教师引导]（PPT投影） 铝除了在利乐盒中使用之外，在日常生活中也使用广泛。铝及铝合金常用于制作易拉罐、炊具、导线、建筑材料、刷子中的装饰材料、飞机汽车等部件。学生通过列举铝及铝合金的用途，归纳出铝的物理性质，并说出原因。

[学生归纳]铝及铝合金的物理性质：延展性好，可作利乐盒中的铝箔和易拉罐；导热性好，熔点高，可作炊具；导电性好，可作导线；强度大，可作建筑钢材；有银白色的金属光泽，可作装饰物；密度小，可用作飞机汽车等的零部件。

[板书]一、物理性质

[设计意图] 通过生活实例使学生知道铝及铝合金的实际应用，体会所学知识与实际生活的紧密联系，以提升学生的化学价值观。通过对图片资料的分析，培养学生的整理、归纳的能力。

2. 为何使用铝来制作利乐包？

[过渡]为什么用铝作利乐包装盒，而不用铁呢？这与铝的化学性质有关。

[学生回答]因为铝比铁轻，铝不容易生锈。

[图片展示] 锈迹斑斑的铁门与光亮如新铝合金窗户。

[教师追问]为什么铝不容易生锈呢？明明铝的金属活动性比铁强？

[图片展示] 扫描隧道显微镜下氧化铝和氧化铁的表面形态（图3）。

[学生讨论]氧化铝是一种致密排列的氧化膜，它牢固地覆盖在铝表面，氧气很难穿过致密的氧化膜去与里面的铝反应。而氧化铁是一种疏松多孔的氧化膜，氧气容易穿过这种疏松的氧化膜接着与里面的铁反应。所以铝不容易生锈。

[教师总结] 由于铝的表面能够形成一层致密的氧化膜，使得铝不容易生锈，所以利乐包中选择铝做包装材料，而不用铁。

[板书]二、化学性质

1. 与氧气反应4Al+3O2 ■ 2Al2O3

[设计意图]通过氧化铝、氧化铁微观图片的比较观察，直观感受到铝表面存在致密的氧化膜，学生体会到微观世界的奥秘，自然地得出结论，锻炼了学生的图片分析、总结归纳的能力。

[图片展示] 我们利用铝表面能够形成致密的氧化膜这个性质，可以将铝合金用作石油和天然气等的输送管道，作医疗器械等。另外，由于铝与氧气的反应是一个放热反应，可以将其作为火箭的固体燃料。

[设计意图]丰富的图片能增加教学的直观性，激活学生的感受。通过铝能与氧气反应、铝与水的反应性质的应用，突出性质与用途的关系，并提升学生的化学价值观。

3. 为何铝不能直接和牛奶接触？

[过渡]铝可以用作牛奶的利乐包装盒，为什么铝箔不能直接和牛奶接触，还需要加一层塑料薄膜（聚乙烯层）呢？

[学生讨论]因为铝吃多了会得老年痴呆。

[教师追问]我又没有啃纸盒子呀，怎么会吃铝呢？

[学生思考]可能是铝箔会和牛奶中的物质反应。

[教师引导]牛奶的主要成分是水和蛋白质，那究竟是和谁反应的呢？我们知道铝是一种活泼的金属，前面我们也已经学过了两种活泼的金属——钠、镁，钠在常温下能和水反应，镁条在加热条件下能和水反应，那么活泼性比钠镁弱的铝能否与水反应呢？

[学生实验1]铝条与水：将打磨好的铝条放入水中，滴加酚酞，加热。

[观察思考]在加热的条件下铝条难与水反应。

[教师追问]是不是铝就和水不反应了。有可能是反应速率太慢了，我们尝试增大接触面积试试看。将铝条换成铝粉。

[演示实验1] 铝粉与水：将铝粉放入试管中，加水，滴加2滴酚酞，加热。

[实验现象]酚酞变红，用激光笔照射有丁达尔现象[6]。铝粉能与水反应。

[教师小结]相比于钠和镁，铝能够与水反应，但反应非常缓慢。利乐包最内层要加一层塑料薄膜，有防止水与铝反应的作用，但不是主要因素。

[板书]2.与水反应2Al+6H2O■2Al（OH）3+3H2↑

[设计意图]通过Al和H2O的反应进一步体现钠镁铝化学性质的递变性。通过知识的迁移完成对产物Al（OH）3的检验。

[过渡]牛奶的pH为6.3-6.7[7]，呈现出弱酸性，会不会是由于在酸性条件下，Al会和酸反应变成Al3+，所以利乐包装盒中需要加一层塑料薄膜（聚乙烯层）呢？

[学生实验2]Al片打磨后放入装有3mL的6mol/L的盐酸，观察现象。

[实验现象] 刚开始反应不剧烈，产生少量的气泡。一段时间后，反应加剧，产生大量的气泡。

[教师]写出化学反应方程式，并改写成离子反应方程式。

[板书]3.与酸反应 2Al+6HCl■2AlCl3+3H2↑

[教師小结]通过这个实验，我们知道牛奶呈酸性，会与铝发生反应是利乐包最内层需要加一层塑料薄膜的原因之一。

[设计意图]通过实验验证了推测，更好地启发了学生的思维，注重学生的实践，锻炼学生解决问题的能力。

[图片展示]我们在马路上经常看到铝槽车，它上面贴着腐蚀品的标志。那么，我们可以不可以用它来运输浓盐酸呢？浓硝酸、浓硫酸可以吗？

[演示实验2]Al片打磨后分别放入装有2支装有浓硝酸、浓硫酸中，观察现象。

[实验现象]常温下，铝与浓硫酸、浓硝酸反应没有明显的现象。

[教师解释]在常温下铝能够和浓硫酸、浓硝酸这样的强氧化性的酸发生钝化反应，生成氧化铝。我们可以用该反应来增强铝表面的氧化膜，例如增强铝锅表面的氧化膜，使得它的防腐能力增强。

[设计意图]通过实验探究，学生清楚地看到铝和浓硝酸、浓硫酸的钝化。再以现实生活中常见的铝槽车为切入点，引导学生思考为什么铝槽车可以装腐蚀品，将化学知识应用到生活中，体会化学知识的价值。

[板书]Al与浓硫酸、浓硝酸发生钝化反应。

4. 如何实现利乐包的回收利用？

[图片展示]2010年上海世博会期间，1000条由回收牛奶饮料纸包装制成的广场座椅日前正式入驻世博园。制作一张长1.2米、宽1.4米的环保座椅，只需要856个250毫升大小的牛奶饮料纸包装[8]。

2009年6月，一直致力于建立复合纸包装循环再利用产业链的利乐公司与上海世博局、新民晚报社共同发起“绿色世博‘椅我为荣”牛奶饮料纸包装回收大行动。回收活动历时半年，受到社会广泛的关注，总回收利乐包量达到113吨[9]，可回收铝5.65吨的铝，84吨的原生纸浆。

[教师讲解] 现在使用较多的是利用水力再生浆技术将利乐包进行回收处理。通过水力碎解的办法，可以得到纤维纸浆和片状铝塑薄膜，分离出来的纸浆可以用来生产再生纸，而铝塑薄膜需要进行进一步的处理得到铝和塑料。那么我们怎么样将紧密相连的铝和塑料分离开来呢？工业上可以通过碱溶的办法来分离。

[设计意图] 通过回收利乐包自然过渡到铝与碱的反应，培养学生的环保意识，提升学生的社会责任感，并培养学生如何设计垃圾回收使用方案的工程意识，体会化学知识的经济价值。

[学生实验3]Al片打磨后放入6 mol/L的NaOH溶液中，观察现象。

[实验现象]铝条溶解，产生无色无味气体。

[教师讲解]Al能和NaOH溶液发生反应，生成NaAlO2和H2。请学生书写反应方程式，并改写成离子反应方程式。提示，NaAlO2是一种强电解质，在水溶液中发生电离：NaAlO2■Na++AlO2-。

[板书]4.与碱反应

2Al+2NaOH+2H2O ■ 2NaAlO2+3H2↑

2Al+2OH-+2H2O ■ 2AlO2-+3H2↑

[教师讲解]据统计2013年，我国奶制品利乐包包装的回收总量增至13.9万吨，相当于利乐中国2013全年总产量的41%，废弃利乐包的回收利用成为一个世界性的技术难题，国内此前几乎无人涉足，或许你们将来可以从废弃饮料盒中淘出金来。

[设计意图]利用铝与氢氧化钠溶液的反应，为从利乐包中提取出铝提供了一种方法。培养学生用化学知识来解决生产生活中的问题的意识，并提高他们从废品中发现财富的化学经济意识与工程意识。

5. 回收的铝有何用？

[过渡] 我们可以从废弃的利乐包中提取出大量的铝，那么这些铝可以用来干什么呢？除了可以用来做建筑材料、飞机、火箭固体燃料等之外，还可以依据铝金属性较为活泼的性质来冶炼活泼性比它弱的、难熔的金属。以铝在高温下和氧化铁反应为例。

[演示实验3] 将5g干燥的氧化铁粉末、2g铝粉均匀混合后放在漏斗中，在混合物的上面加少量的氯酸钾，用点燃的镁条来引燃实验装置，观察实验现象。

[板书]5.铝热反应 2Al + Fe2O3■2Fe + Al2O3

[图片展示]该反应可以用于焊接铁轨和定向爆破。

[设计意图] 学生在剧烈的化学反应中感受到化学的魅力，并且与开头提出的铝的活泼性比铁强相呼应，再次强化了性质决定用途的思想，极大地激发了学生学习化学的兴趣。

6. 总结与思考

[教师提问] 我们在烧烤的时候常用到铝箔纸来包裹食物，根据所学的知识，你认为用于包裹食品的铝箔，应该在使用说明上注明些什么呢？

[学生思考]不能长期包裹碱性、酸性及腌制的食物。

五、教学反思

本节课的教学设计首先思考的是如何在化学教学中培养学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。在这个思想下，本节课以牛奶利乐包装盒这个生活中常见的物品为核心，从利乐包的设计，利乐包为何如此设计、如何实现利乐包的回收利用，到回收后的材料的利用等角度串联起整节课，创设真实的教学情境，以激发学生的学习兴趣。所研究的问题与实验的设计环环相扣，在一个个联系实际问题以及实验探究的解决问题过程中，让学生主动地吸收知识，培养学生的问题意识和勇于探究的科学精神。在利乐包的回收利用的设计中，培养学生的环保意识和社会责任感，充分体现了化学知识的经济价值，深化了学生的工程意识。

本节课的教学目标明确，教学过程开展顺利，基本达到了预期的教学效果。此外，在铝的探究性实验中，学生的课堂参与度高，课堂生动活泼。但是，在教学过程中也存在一些问题，例如学生的实验操作技能不够，出现滴管伸入试管中等现象。此外，由于本节课的内容较多，有很多需要学生深入思考的问题，没有给予学生足够的思考时间，例如为什么用铝箔而不用铁箔做利乐包的问题，学生的回答大多集中在铝密度小这方面，这也与问题设计的导向不够明确有关。

参考文献

[1] 朱鹏飞，徐惠. 核心素养的研究进展及对化学核心素养构建的启示[J]. 化学教学，2016（7）：3-7

[2] 吴星. 高中化学核心素养的构建视角[J]. 化學教学，2017（2）：3-7

[3] http：//edu.people.com.cn/n1/2016/0914/c1053-28714231.html

[4] 王祖浩主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学1[M].南京：江苏教育出版社，2009：64-66

[5] 范芳娟. 利乐包回收系统的研究及设计[D].西安：西北农林科技大学，2007

[6] 周如磊. 铝和水反应实验再探究[J].中学化学教学参考，2013（6）：54

[7] 徐艳伟，杜晓旭，齐云霞，张冬. 温度对牛奶pH值影响的研究[J]. 轻工科技，2013（3）：21，51

[8] 凌青.利乐与世博[J].上海包装，2009（6）：4-5

[9] 邓蓉.对我国废弃利乐无菌包回收利用的探讨[J].北京印刷学院学报，2014（6）：20-24