单元精讲与素养提优：基于真实情境的初中化学“金属与金属材料”深度教学设计

单元精讲与素养提优：基于真实情境的初中化学“金属与金属材料”深度教学设计一、教学内容分析

本课内容隶属于《义务教育化学课程标准（2022年版）》“物质的性质与应用”主题，是初中化学认识具体物质类别、形成“性质决定用途”观念的关键载体。从知识图谱看，它上承非金属（碳及其化合物）、溶液等知识，下启酸碱盐及化学与社会发展，处于从单一物质性质学习向复杂物质系统及相互转化规律学习的过渡枢纽。核心概念包括金属的物理共性与差异性、化学性质（与氧气、酸、盐溶液的反应）、金属活动性顺序及其应用、以及金属资源的利用与保护。认知要求从识记（如金属特性）跃升至理解与应用（如运用金属活动性顺序判断反应、设计验证实验），并初步涉及系统思维（如从矿石到产品的工业流程）与社会决策（如金属防腐与回收）。课标蕴含的科学探究（猜想与假设、实验设计、证据推理）和STS（科学技术社会）思想，为本单元转化为基于真实问题的探究活动提供了明确路径。例如，围绕“为何铁器易生锈而铝制品不易锈蚀”展开探究，不仅能深化对金属化学性质的理解，更能渗透“宏观辨识与微观探析”、“科学探究与创新意识”等核心素养，同时将“合理利用资源、践行绿色生活”的价值观如盐溶于水般自然融入教学各环节。

授课对象为面临中考复习的九年级学生。他们已初步掌握化学实验基本操作、化学方程式书写及质量守恒定律，对金属在生活中的应用有丰富感性认识，这为开展探究式学习奠定了良好基础。然而，学生普遍存在以下认知难点：一是将金属活动性顺序表简单等同于“背诵列表”，难以灵活应用于复杂情境（如判断混合溶液中金属析出顺序）；二是对金属锈蚀条件等探究实验的设计缺乏系统思维，变量控制意识薄弱；三是面对“金属冶炼”、“合金性能改良”等工程实践问题，难以建立从化学原理到技术应用的逻辑桥梁。为此，教学将设计“前概念探测”环节，通过针对性问题（如：“将铁片和银片同时放入盐酸中，都不冒气泡，能否说明它们的活动性相同？”）暴露迷思概念。教学过程将嵌入多重形成性评价节点，如小组实验方案互评、思维导图展示、变式练习即时反馈等，动态监测学习轨迹。针对不同层次学生，提供分层学习任务单：基础层聚焦核心概念辨析与简单应用；提高层挑战综合实验设计与情境化问题解决；拓展层则引入“形状记忆合金”等前沿材料，进行微型项目研究，确保每位学生都能在“最近发展区”内获得发展。二、教学目标

知识目标方面，学生将系统构建关于金属材料的认知网络。他们不仅能准确描述金属的共性物理性质和典型化学性质（与氧气、酸、盐溶液反应），更关键的是能深入理解金属活动性顺序的实质，并运用其预测反应能否发生、解释金属腐蚀与防护原理，以及初步分析从矿石中冶炼金属的化学原理，实现从事实性知识到概念性理解的跃迁。

能力目标聚焦于科学探究与证据推理能力的提升。学生应能在教师引导下，小组合作设计并实施验证金属活动性强弱的对比实验，规范操作并如实记录现象；能够从实验现象、工业流程图、生活实例等多维信息中提取有效证据，通过推理论证得出结论，并能清晰、有条理地表达自己的探究过程与观点。

情感态度与价值观目标着力于培养科学精神与社会责任感。通过探究金属锈蚀与防护，学生将深刻体会化学知识对保护资源、可持续发展的重要意义，激发运用所学解决实际问题的意愿；在小组合作探究中，学会倾听、尊重同伴观点，形成严谨求实、协作创新的科学态度。

科学思维目标旨在发展学生的模型认知与系统思维。本节课将引导学生将“金属活动性顺序”视为一个解释和预测金属化学行为的思维模型，并通过一系列递进任务，学习如何运用该模型分析和解决真实情境中的复杂问题（如废旧手机金属回收方案优选），初步建立从成分、结构到性质、用途的系统分析框架。

评价与元认知目标关注学生的学习效能与反思能力。设计学习过程反思环节，引导学生对照评价量规审视自己的实验设计方案与问题解决思路，评估其合理性与创新性；鼓励学生总结本课学习中运用到的核心方法（如控制变量法、比较归纳法），并思考这些方法如何迁移到其他化学单元的学习中，从而逐步学会学习。三、教学重点与难点

教学重点是金属活动性顺序的理解及其在判断金属化学性质、解释相关现象中的应用。确立此为重点，基于两方面考量：其一，课标将此内容定位为“认识金属化学性质的核心规律”，是贯穿本单元乃至后续酸碱盐知识学习的“大概念”；其二，在安徽及全国中考化学试卷中，金属活动性顺序的应用是高频且高分值考点，常以实验探究、工艺流程、图像分析等题型出现，深度考查学生的理解、应用和推理能力，是体现能力立意的关键知识节点。

教学难点在于引导学生自主设计实验方案探究金属活动性顺序，以及运用该顺序解决混合金属与混合盐溶液反应等复杂情境问题。难点成因在于：第一，从验证已知结论到设计探究方案，需要学生综合运用控制变量、对比实验等科学方法，认知跨度大；第二，复杂情境涉及反应先后顺序的判断，需要学生克服线性思维，建立动态、系统的反应模型，思维层级要求高。突破方向在于搭建“脚手架”，将复杂问题分解为一系列环环相扣的引导性任务，并通过可视化工具（如反应关系图）辅助学生厘清思路。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件（含“青铜编钟与合金琴弦”对比视频、金属冶炼微课、分层练习与答案）、金属活动性顺序表挂图、铁钉锈蚀条件探究演示实验装置（提前一周准备）。1.2实验器材与药品：分组实验包（镁条、锌粒、铁钉、铜丝、稀盐酸/稀硫酸、硫酸铜溶液、硝酸银溶液、试管、砂纸等）、防护手套与护目镜。1.3学习资料：分层学习任务单（含基础、提高、拓展任务）、课堂形成性评价量表、金属材料在航空航天领域应用的阅读拓展材料。2.学生准备2.1预习任务：复习常见金属的化学性质，查阅资料了解一种合金（如不锈钢、黄铜）的组成与特性，并思考“为什么铝比铁活泼，但铝制品反而更耐腐蚀？”。2.2物品：携带课本、笔记本、文具。3.环境布置3.1座位安排：采用四人小组合作式座位，便于实验探究与讨论。3.2板书记划：预留左中右三栏，分别用于呈现核心问题、探究过程关键点与结论（思维导图形式）、以及学生生成性观点与疑问。五、教学过程第一、导入环节

1.情境激疑，提出核心问题：同学们，我们先来听两段声音。（播放一段古朴的青铜编钟乐音，紧接着播放一段现代合金琴弦的吉他旋律）。同样是金属制成的乐器，跨越数千年，为何发出的声音、承载的文化和背后的科技含量如此不同？这小小的金属，从古老的青铜时代到今天的航天材料，它的“能耐”究竟有多大？这节课，我们就化身“材料分析师”，一起揭开金属的奥秘，核心任务就是：探究金属的“性格”（化学性质）差异如何决定了它们从古至今的“命运”（用途）。

1.1唤醒旧知，明确路径：要完成这个任务，我们需要哪些武器库？对，之前学过的氧气、酸，还有新出现的盐溶液，它们都是我们检验金属“活泼程度”的试金石。今天，我们将通过一系列实验挑战，给金属们排个“活泼榜”（金属活动性顺序），并用这个法宝去破解生活中的许多谜题，比如“为何铁门容易生锈而铝窗却光亮如新？”。第二、新授环节

本环节围绕核心问题，设计五个递进式探究任务，引导学生主动建构知识体系。任务一：温故知新，梳理金属与氧气、酸的反应规律教师活动：首先，请大家回忆并快速写出镁、铁、铜分别与氧气反应的化学方程式。好，我注意到大家写镁和铁都很熟练，但铜与氧气加热的反应条件有时会遗漏。这提醒我们，反应条件也是体现金属活泼性的一个重要信号！接下来，我们聚焦它们与酸的反应。我这里有镁条、锌粒、铁钉和铜丝，分别与稀盐酸相遇，会发生什么？请大家先别动手，小组内根据生活经验和已有知识，预测一下现象，并试着给这四种金属的“活泼程度”排个序。“你的排序依据是什么？仅仅凭是否有气泡吗？”学生活动：回忆并书写化学方程式，相互检查纠错。小组讨论，基于金属在生活中的印象（如镁条燃烧很剧烈、铜水龙头很稳定）和已有知识，对四种金属与酸反应的剧烈程度进行预测和排序，并初步阐述理由。即时评价标准：1.能否准确回忆并正确书写主要金属与氧气反应的方程式。2.预测是否基于物质性质（如金属的常见用途）或反应规律进行合理论证，而非随意猜测。3.小组讨论时，成员能否倾听并回应他人观点，形成小组共识。形成知识、思维、方法清单：★金属与氧气反应：大多数金属能与氧气反应，生成金属氧化物。反应难易和剧烈程度不同（如镁、铝在常温下就能与氧气反应形成致密氧化膜，而铁、铜需在点燃或加热条件下），这本身就是金属活动性差异的体现。▲金属与酸反应：并非所有金属都能与酸反应放出氢气。在金属活动性顺序中，位于氢前面的金属能置换出酸中的氢，位于氢后面的则不能。这是判断金属活动性强弱的初步依据之一。●科学方法：观察和比较是研究物质性质的基本方法。通过对比不同金属与同一物质（如氧气、酸）反应的难易、快慢，可以初步比较它们的活动性相对强弱。任务二：实验验证，建立金属与酸反应的直观认识教师活动：现在，请各小组按照任务单上的安全提示和操作步骤，进行镁、锌、铁、铜与稀盐酸（或稀硫酸）的反应实验。操作时请注意：金属片需用砂纸打磨，这是为什么？对，除去表面的氧化物或污物，让真实的金属“露出来”。请大家一边实验，一边仔细观察并记录：哪些金属反应？反应的剧烈程度有何差异？气泡产生的快慢如何？“注意观察铁钉与酸反应后的溶液颜色，有细微变化哦，这告诉我们什么？”实验完成后，请根据现象修正你们最初的排序。学生活动：小组合作进行实验操作，严格遵守实验安全规范。仔细观察并记录实验现象，比较反应速率的差异。关注溶液颜色变化等细节。根据观察到的客观现象，小组讨论并修正对四种金属活动性强弱的排序（Mg>Zn>Fe>(H)>Cu）。即时评价标准：1.实验操作是否规范（如固体取用、液体倾倒、打磨金属、处理废液）。2.观察是否细致全面，记录是否客观准确（特别是对反应速率差异的描述）。3.能否根据实验现象，合理得出并修正结论。形成知识、思维、方法清单：★金属与酸反应的现象规律：活动性较强的金属（如Mg、Zn、Fe）与酸反应生成盐和氢气，反应剧烈程度随活动性减弱而减弱。铜等不反应。▲细节中的化学：铁与酸反应后的溶液常呈浅绿色，是因为生成了亚铁离子（Fe²⁺），这是反应发生的微观证据。●证据意识：化学结论必须建立在可靠的实验证据之上。预测需要实验验证，现象是得出结论的基石。任务三：挑战新知，探究金属与盐溶液的反应教师活动：如果我说，不用酸，也能比较金属的活动性，你们相信吗？请看这个“铁树开花”的实验（演示：将洁净的铁丝放入硫酸铜溶液中）。看到了什么？红色物质析出，溶液颜色变浅。这背后是另一种反应类型：金属与盐溶液的反应。核心规律是：活动性较强的金属能把活动性较弱的金属从其盐溶液中置换出来。现在，挑战来了：现有铝丝、铜丝和硝酸银溶液，你能设计出几种方案来验证铝、铜、银三者的活动性顺序？“请注意，方案不仅要可行，还要力求简洁、有说服力。”请大家在任务单上画出设计草图。学生活动：观察教师演示实验，描述现象并尝试写出化学方程式（Fe+CuSO₄→Cu+FeSO₄）。理解金属与盐溶液反应的规律。小组合作，利用教师提供的药品信息（铝、铜、银的盐溶液可能不全），设计验证Al、Cu、Ag活动性顺序的方案。常见思路有：“两金夹一盐”（如Al、CuSO₄、Ag）或“两盐夹一金”（如Al(NO₃)₂、Cu、AgNO₃）。进行方案交流与互评。即时评价标准：1.能否准确描述金属与盐溶液反应的现象和规律。2.设计的实验方案是否科学、逻辑是否自洽（只比较两种金属时，如何控制变量？）。3.在小组讨论中，能否清晰表达自己的设计思路，并对他人的方案进行有依据的评价或补充。形成知识、思维、方法清单：★金属与盐溶液反应：金属A+盐B（溶液）→金属B+盐A（溶液）。反应发生的条件是：A的活动性大于B。这是验证和比较金属活动性强弱的另一重要方法。▲实验设计思维：设计对比实验时，要明确比较的对象，控制其他变量相同。验证三种金属的活动性，通常需要至少两个实验，形成逻辑链条。●模型应用：金属活动性顺序是一个判断反应能否发生的思维模型。掌握了“前置换后”的规律，就可以进行预测和设计。任务四：归纳建模，建构金属活动性顺序及其应用教师活动：通过刚才的探究之路，我们实际上已经自主排出了一部分金属的“活泼榜”。化学家们通过大量实验，总结出了更完整的金属活动性顺序表：（K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au）。请大家把它牢牢记住，但更重要的是理解它、用它！它有哪些“神通”呢？第一，判断金属与酸能否反应（氢前可换氢）。第二，判断金属与盐溶液能否发生置换反应（前金换后金）。现在，来点有挑战的：如果把一根锌片插入硝酸铜和硝酸银的混合溶液中，会先发生什么反应？为什么？最终固体成分可能是什么？“大家不妨在纸上画一画反应过程的示意图，想象一下微观世界里的‘竞争’。”学生活动：记忆金属活动性顺序。在教师引导下，归纳其两大主要应用。思考复杂情境问题，小组内通过画图、讨论，分析Zn与混合盐溶液反应时，由于Zn比Cu和Ag都活泼，它能置换两者，但根据“强者先行”的规律（活动性相差越大反应越先/越易发生），通常会先置换出活动性最弱的Ag⁺，再置换Cu²⁺。从而理解反应先后顺序及最终固体、溶液成分的判断方法。即时评价标准：1.能否准确记忆并理解金属活动性顺序的含义。2.能否运用该顺序准确判断单一反应能否发生。3.面对混合体系时，能否运用动态、竞争的观点分析反应过程，推理合理。形成知识、思维、方法清单：★金属活动性顺序表：必须熟记的重要工具，是规律的高度概括。其意义在于“位置决定性质”：位置越靠前，金属活动性越强。▲复杂情境分析：当一种金属与多种金属盐溶液混合时，金属优先置换出活动性最弱的金属离子。分析此类问题需有顺序观和动态观，考虑反应进行的程度。●宏微结合：金属活动性强弱的本质，在于金属原子失去电子能力的强弱。顺序表是这一微观本质的宏观表现和应用工具。任务五：关联实际，探究金属腐蚀与防护原理教师活动：掌握了金属的“性格”，我们再来解决开头的另一个谜题：铁为什么容易生锈？而铝却貌似“坚强”？请大家结合一周前布置的“铁钉锈蚀条件”探究实验（已展示不同条件下的铁钉），分析铁生锈需要哪些条件？对比铝，为何它不易腐蚀？“铝不是比铁活泼吗？这似乎与我们的‘活泼易反应’常识矛盾了，矛盾点在哪里？”理解了腐蚀原理，防护方法就呼之欲出了。请小组讨论，针对一座跨海大桥的钢铁结构，可以采取哪些防护措施？并说明其化学原理。学生活动：观察提前准备的铁钉锈蚀对比实验装置（干燥空气、浸没在水中、与水空气接触），分析得出铁生锈是铁与氧气、水共同作用的结果。通过讨论和教师点拨，理解铝因表面生成致密氧化铝薄膜而“自我保护”，体现了化学的辩证思维。小组讨论金属防护方法（如刷漆、电镀、制成不锈钢、牺牲阳极的阴极保护法等），并尝试用化学原理解释（隔绝空气和水、改变内部结构、提供更活泼的金属作“替身”）。即时评价标准：1.能否通过对比实验现象，准确归纳铁生锈的条件。2.能否合理解释铝“活泼而耐腐”这一表面矛盾现象，体现辩证思维。3.提出的防护措施是否具有针对性，并能关联到腐蚀的化学本质上。形成知识、思维、方法清单：★金属的腐蚀：主要是金属与周围环境（O₂、H₂O等）发生化学反应而损耗的过程。铁锈蚀条件是水和氧气。▲金属的防护：原理基于破坏腐蚀条件，主要方法有：覆盖保护层（如涂油、刷漆、电镀）、改变金属内部结构（制成合金，如不锈钢）、电化学保护法等。●STS思想：化学知识来源于生活，更要应用于生活。金属防护是化学原理解决实际工程问题、保护资源的典型例证，体现了科学技术的价值。第三、当堂巩固训练

设计分层、变式练习，提供即时反馈。基础层（全体必做）：1.判断反应能否发生，能发生的写方程式：铜与稀盐酸；锌与硫酸亚铁溶液。2.根据金属活动性顺序，比较Mg、Fe、Cu、Ag的金属活动性强弱。综合层（多数学生挑战）：3.某工厂废液中含有AgNO₃和Cu(NO₃)₂，为回收银和铜，设计了如下方案：加入过量铁粉，过滤。请分析滤渣和滤液的成分，并写出相关反应的化学方程式。4.解释“真金不怕火炼”和“沙里淘金”所蕴含的化学原理。挑战层（学有余力选做）：5.(跨学科联系)从化学反应中能量变化的角度，查阅资料简要解释为什么铝热反应（如2Al+Fe₂O₃→Al₂O₃+2Fe）可用于焊接钢轨？6.(项目式思考)如果你是城市垃圾分类宣传员，请从金属资源回收的角度，设计一条呼吁回收废旧电池或电子产品的宣传语，并简述其化学意义。

反馈机制：学生独立完成后，小组内交换批改基础题，教师巡视指导。综合题和挑战题由教师投影典型答案或思路，进行集中讲评。特别展示综合题第3题的不同情况分析（铁是否“过量”对结果的影响），强调思维的严密性。邀请完成挑战题的学生分享思路，予以肯定和拓展。第四、课堂小结

引导学生进行结构化总结与元认知反思。知识整合：请同学们以“金属和金属材料”为中心词，用思维导图的形式，梳理本节课的核心知识脉络（可包括：物理性质、化学性质三点、活动性顺序、腐蚀与防护）。我请一位同学到黑板上绘制，其他同学完善自己的笔记。方法提炼：回顾一下，今天我们用了哪些方法来研究金属？（比较法、实验探究法、模型应用法、宏微结合法）。哪个环节让你觉得最有挑战？你又是如何克服的？作业布置：必做作业：1.完成练习册中本单元基础达标部分。2.撰写一篇化学日记，解释家中某种金属制品（如铁锅、铜锁、铝合金窗）使用或保养中的化学原理。选做作业：3.查阅资料，了解“形状记忆合金”或“储氢合金”中的一种，制作一份简易科普手抄报，说明其奇特性能与化学组成的关系。下节课，我们将走进金属的“朋友圈”——酸碱盐，看看它们之间又会发生怎样精彩的故事。六、作业设计

基础性作业：1.默写金属活动性顺序表（钾钙钠镁铝锌铁锡铅氢铜汞银铂金）。2.完成教材课后练习中关于判断金属与酸、盐溶液反应的选择题和填空题。3.列举三种防止铁制品生锈的常用方法，并说明其原理。

拓展性作业：4.情境应用题：考古发现一把古代青铜剑依然锋利，但同期埋藏的铁剑却锈蚀严重。请从化学角度分析原因。5.微型实验设计：家中厨房有食醋（含醋酸）、一枚铁钉和一枚铜钥匙，请你设计一个简单的家庭小实验，证明铁比铜活泼，写出实验步骤和预期现象。

探究性/创造性作业：6.项目研究：以“走向未来的金属材料”为主题，选择一种你感兴趣的新型合金或金属复合材料（如钛合金、金属玻璃），撰写一份简短的研究报告，内容需包括：其主要成分、性能特点、应用领域以及它可能对未来生活产生的影响。7.社会调查：调查你所在社区或学校的废旧电池回收情况，分析存在的问题，并提出两条具有可操作性的改进建议。七、本节知识清单及拓展

★1.金属的物理共性：常温下多为固体（汞除外），有金属光泽，导电性、导热性、延展性良好。共性由金属内部自由电子和金属阳离子的紧密堆积结构决定。

★2.合金：一种金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质。性能优于纯金属：硬度一般更大，熔点一般更低。例如：生铁和钢（铁与碳等的合金）、黄铜（铜锌合金）。

★3.金属的化学性质：(1)与氧气反应：多数金属能反应，生成金属氧化物。活动性不同，反应条件与剧烈程度不同。(2)与酸反应（置换反应）：金属（活动性在氢前）+酸（稀盐酸、稀硫酸）→盐+氢气。这是判断金属活动性的依据之一。(3)与某些盐溶液反应（置换反应）：金属A（活动性强）+盐B（溶液）→金属B+盐A（溶液）。这是判断和验证金属活动性顺序的主要方法。

★4.金属活动性顺序：必须熟记KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu。意义：①位置越靠前，活动性越强。②氢前金属可置换酸中氢。③前面金属可将后面金属从其盐溶液中置换出来。

▲5.复杂置换反应分析：当一种金属与混合盐溶液反应时，金属优先置换活动性最弱的金属离子（即金属活动性顺序中排在最后面的金属对应的离子）。分析滤渣滤液成分时，需考虑金属是否过量、反应先后顺序。

★6.金属资源保护：(1)铁制品锈蚀条件：与空气中的氧气和水（或水蒸气）同时接触。防锈原理：隔绝空气或水。方法：涂油、刷漆、电镀、制成合金等。(2)保护途径：防止腐蚀、回收利用、有计划合理开采、寻找代用品。

▲7.铝的“自我保护”：铝在空气中能与氧气反应，生成一层致密的氧化铝（Al₂O₃）薄膜，覆盖在表面，阻止内部铝进一步被氧化，因而具有很好的抗腐蚀性。这体现了“性质活泼”与“表现稳定”的辩证统一。

●8.工业炼铁原理：在高温下，利用一氧化碳的还原性，将铁从铁的氧化物（如Fe₂O₃）中还原出来。主要反应：3CO+Fe₂O₃=高温=2Fe+3CO₂。高炉中实际还原剂主要是CO。

▲9.含杂质化学反应的计算：化学方程式所表达的物质质量关系是纯物质的质量关系。在实际生产或实验中，原料和产品往往含有杂质。计算时，必须先将不纯物质量换算为纯物质质量：纯物质质量=不纯物质质量×纯度（质量分数）。八、教学反思

（一）预设与生成的评估：本次教学基本达成了预设的三维目标。学生在“设计验证金属活动性顺序”的任务中表现出了较高的参与度和思维活跃度，生成的设计方案多样，甚至出现了我未预设的“铜丝硝酸银铝丝”的巧妙串联设计，这得益于任务创设的开放性和小组讨论的有效性。然而，在“混合盐溶液反应分析”环节，部分学生暴露出对反应是动态、竞争过程的理解困难，虽经画图引导有所改善，但仍有约20%的学生在巩固练习中出错。这提示我，此处需要更慢一些，或许可以增加