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摘要：本课设计通过层层递进的问题，激发学生探究欲望，引导学生设计实验，分析问题，解决问题。这种探究促进了学生对控制变量思想、演绎归纳思维等高阶思维的领悟，养成了科学思维习惯，培养了学生综合运用知识解决实际问题的能力，为学生终生发展奠定了坚实基础。
关键词：高阶思维;钢铁锈蚀;教学设计
文章编号：1008-0546（ 2021）01-0052-05
中图分类号：C632.41
文献标识码：B
doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.014
一、教材分析和学情分析
诺贝尔奖获得者劳厄指出“重要的不是获得知识，而是发展思维能力，教育无非是一切已学过的东西都忘掉后所剩下的东西”。对于化学教学来说，当学生将化学学科知识都忘记的时候，还剩下的东西就是“化学的学科思想和学科方法”了[1]。“钢铁的锈蚀和防护”是人教版九年级化学第八单元课题3的教学内容[2]。这是一节典型的实验探究课型，其中控制变量法是这节实验探究课的主要方法，而控制变量思想也是整个初中化学常用的思维方法。课本教材的设置采用螺旋上升式的教学理念，从影响过氧化氢反应速率因素的探究到二氧化碳与水反应的探究，再到燃烧条件的探究，一直到本课题。教材中对控制变量法学习循序渐进，由浅人深，由课堂延伸到课后。学习本课题时，学生对控制变量思想有了一定的基础，本课题要解决的问题是如何引导学生将控制变量法运用到实验探究中解决实际问题，从而提高學生的实验设计能力和解决问题的能力。
在日常生活中，学生已经知道钢铁制品在潮湿空气中，表面不洁等条件下容易生锈，也了解一些防止钢铁生锈的简单方法，但尚不能全面地了解导致钢铁锈蚀的各种因素和防止钢铁锈蚀的方法。因此，教学的起点应从学生已有的有关钢铁生锈的生活经验人手，引导学生对铁锈蚀的原因提出猜想，然后设计实验，证实或证伪猜想，再通过交流，讨论得出导致钢铁锈蚀的因素，并分析提出减缓钢铁锈蚀的措施。本节内容的教学价值主要体现在进一步培养学生的科学探究能力，重点在培养学生实验设计能力和解决问题能力，使学生认识到化学是一门与日常生活及工农业生产关系非常密切的科学，从而体会科学技术在社会生产、生活中的作用。
二、教学意图和设计思想
建构主义认为，学习是建构内在心理表征过程，学习者不是把知识从外界搬运到记忆中，而是在一定情境中以原有知识经验为基础，通过与外界相互作用获取建构新知识的过程[3]。好的学习能产生原动力和内在需求，是探究性学习取得效果的保证。对于铁生锈的条件探究，传统的教学方法是让学生预习探究铁生锈的条件，师生提前准备实验，然后通过采用“穿越”的方式，运用多媒体技术展示七天前实验开始到七天后铁钉锈蚀这一过程，再讨论，分析实验现象，对比得出结论[4]。这里由于已经提前做了实验，实际上很多老师忽略了学生实验设计的过程。同时又因为铁生锈这个实验进行得很缓慢，只能提前做好，无法让学生在课堂上短时间内看到动态的效果，所以一节课下来，课堂缺乏思维的灵动，学生缺乏激情和原动力。在热闹观察实验背后，存在问题并不少，不重视实验过程，只关注实验结果，不理解实验设计目的，只强记实验现象和结论。这样教学教师更关注了知识内容的灌输，而忽略了学生思维能力的培养。一节缺少思维含量的化学课，一节缺乏智力挑战的化学课，即使课堂气氛再热闹，也算不上成功的课，所以化学教学要关注学生思考力，问题选择要关注问题所蕴涵的思维含量。在本节课中，如何让学生将控制变量的思想运用到实验设计中;如何更有效地利用认知冲突，有效地激发、驱动学生有目的积极探索，使课堂更具启发性。这是本堂课要解决的问题。笔者从这样的设计思路出发进行了教学改进。
教学的核心任务不是如何把现成的知识传授给学生，而是如何激发出学生原有的知识经验，促进知识经验的生长，促进学生的新知识建构[5]。学习应是学生自己建构知识过程，是他人无法替代的。“钢铁的锈蚀和防护”这一教学，一般采用的教学方式是：提前准备实验，呈现现象，归纳总结结论。而本课设计采用的教学方式是科学探究方式，让学生通过已有的知识经验自行猜想和设计实验探究铁锈蚀的条件。这种从已有知识中寻找新知识生长点，激发学生探究欲望，并通过层层递进的问题，不断激发学生猜想和假设，引导学生进一步设计实验探究对学生今后学习意义重大。
三、教学过程
[创设情景，引入课题]
[教师活动]播放“越王勾践剑”视频，讲述著名的天下第一剑“越王勾践剑”埋藏在地下已有两千多年了，出土时依然光彩夺目，锋利无比，没有锈蚀，而我们生活中的很多金属却因锈蚀而报废。为了揭开宝剑的不锈之谜，今天我们进行探究之旅，从我们熟悉的金属人手，以钢铁为例（再推广到一般金属），引入课题《钢铁的锈蚀和防护》。
[学生活动]观看图片，倾听讲述，进入课题。
设计意图：从学生感兴趣的问题，引入课题，激发学生了解钢铁腐蚀的兴趣。
1.探究钢铁锈蚀条件
（1）猜想和假设
[教师活动]组织学生根据已有的生活经验对铁锈蚀的条件进行大胆的猜想：就地取材引导学生观察教室脱漆后生锈的铁门，启发学生回忆生活中见过铁生锈的事例，展示潮湿环境中生锈铁钉图片和其他资料，引导学生分析资料再次做出合理的猜想。
[学生活动]学生充分发挥想象力，大胆猜想和假设，表述观点。有的说：“铁在潮湿的空气中容易生锈，所以生锈的条件需水和空气”，另一同学说：“切过咸菜的菜刀易生锈，所以铁生锈需盐”，这时还有同学说：“自行车暴露在室外淋了雨很快就生锈了，也没盐呀”等等。此时，讨论非常激烈。最后，师生共同总结铁生锈的必备条件是需空气和水，其他条件有可能促进生锈。
设计意图：建构主义认为，只有当学生将新学的知识与其已知的理论基础或生活经验相联系时，他们才容易建立直观的概念，加快对知识的接受和理解。这里有效地发展了学生搜集信息的能力，观察分析的能力，培养了学生充分运用观察，思考，对比，归纳等科学的思维习惯。 （2）设计实验方案
[教师活动]教师鼓励学生设计实验验证猜想。教师提供有关仪器和药品（试管若干、自来水、蒸馏水、光亮铁钉若干根，植物油、干燥剂，烧杯，具支试管，铁架台，橡皮塞等），也可另选仪器。指导学生通过独立思考或小组讨论提出方案，然后交流讨论对各种方案进行评价，从中筛选出可实施的方案。鼓励学生设计多种方案，也可另选仪器和药品。
[学生活动]交流讨论，设计实验方案，对方案的可行性自我反思，学生可能会设计出如图1。
设计意图：这个环节的设计是培养学生设计实验的能力的关键。如果不提供可选择的仪器和药品，直接让学生设计实验探究，学生无处下手。给了仪器和药品实际上就给了引导和启发。由于学生设计的装置很多：有用試管，用烧杯，还有用具支试管的;有用铁钉，用铁丝，还有用铁粉，这时教师加以肯定和鼓励。这里有一个优选的问题，用烧杯好，还是用试管好，选自来水还是蒸馏水等等，要对课堂上学生出来的装置进行一个初步评价和筛选，最终综合大家想法确定上面设计图。但就这样，学生控制变量的思想还是模糊的，按照初三学生思维，他们应自己会对上图装置再进行优选。此时老师要干预，问上图中你们认为哪个铁钉会生锈，找出②号为实验组，其他的跟它作对比。③试管空气会溶解进去和②试管作用一样，所以排除③，①号和⑤号比较排除①，此时教师再引入控制变量的思想，引导学生先观察，再优选，一般学生能得出分别将⑤⑥号试管与②号试管对比得出铁生锈的两个条件。此时，老师再追问：④号试管需不需要？学生回答④号与②号对比有两个变量，铁钉既不与水接触也不与空气接触，即便不生锈也不能说明问题，所以排除。最终选择实验编号为②⑤⑥。优选方案，最优方案，这才是真正探究，学生思维水平也由低到高得到发展。当要求学生设计探究方案时，学生有急于解决问题的思想，为后面的实验设计创造了积极的氛围，充分调动了学生的学习积极性，同时使学生体会控制变量在科学探究中应用。学生通过自己设计方案体会到了探究的乐趣。
（3）对实验的分析、解释与结论
[教师活动]教师展示一周前准备的实验成果，播放实验过程录像。
[师生讨论，结论]由实验中铁钉生锈情况看出，铁生锈要具备的条件是接触水和空气。
[学生活动]学生观察、分析实验。描述实验现象，得出结论。初步了解钢铁锈蚀的原理。
设计意图：培养学生观察能力，分析实验的能力。
（4）实验反思与提高
[教师活动]教师设问以上实验证明了铁生锈需接触空气，但是否是与空气中的氧气发生作用的结果无法证明，同学们能否证明？
[学生活动]学生片刻沉默，但有了上次探究的经历，表情并无畏惧反而期待。
[教师活动]教师立刻引导学生要想确定消耗的是空气中的氧气，那么消耗的氧气要通过一定的方法体现出来，对于气体的减少如何体现？大家联想下以前学过的实验知识。
[学生活动]反应快的同学一下子就联想到《空气中氧气含量的探究实验》，从这受到启发。
[教师活动]教师总结;气体含量的减少可以通过压强差体现，同时展示图片2。
[学生活动]学生立刻思考可以将上图中的磷换成铁在密闭容器中做实验，不过要等待一周。而且铁无需加热，常温即可。有同学设计如第二幅图，用具支试管代替广口瓶（这样更好，容积小，水倒流明显）。有的利用第三幅图改进，同学们思维活跃，探究气氛浓厚。
[教师活动]教师鼓励肯定，师生共同讨论再改进得出如图3。
设计意图：这个环节的设计笔者注意到新旧知识的联系，培养学生知识的迁移和应用，深入理解铁锈蚀的原理是与空气中氧气的作用，注意学生在已知经验和理论基础上构建新知识，不过这个环节设计相对基础较好的学生更好。
（5）学生分组实验
[教师活动]教师指导学生进行分组实验;如图4在烧瓶中用食盐水湿润烧瓶壁，然后在其中加入混有碳粉的铁粉，使其比较均匀地黏附在烧瓶壁上，立即塞上瓶塞，将上述烧瓶倒置于水中，拔去塞子静置（注意一定在水下拔去塞子，用镊子操作）。
[学生活动]学生满怀热情进行实验，小心操作，静静等待。大约5分钟后学生发现有水倒流进烧瓶内，烧瓶微微发热。
[教师活动]指导学生观察分析实验。
[学生活动]学生从三个方面分析实验现象：用手触摸烧瓶外壁，感觉发热;观察水位变化（水位最终上升约至烧瓶液面以上体积1/5）;铁粉颜色变化。
[结论分析和应用][师生总结]
由铁粉颜色的变化和水位的上升，得知铁粉发生缓慢氧化，消耗了瓶内氧气而生成了红棕色物质铁锈，这个实验也可证明空气中氧气约占1/5。
设计意图：这个环节的设计意在强化学生的实验兴趣，使他们化学学习情感得到升华，进一步培养学生观察能力，分析实验的能力。这里弥补了铁生锈的实验是一个缓慢氧化过程，无法在课内当堂完成这一弱点。此时，学生兴趣盎然，探究意识强烈。
（6）再次反思与提高
[教师活动]教师设问为什么本实验同学们可在课堂内完成，而前一组实验需要提前一周准备呢？老师追问，你们猜想是什么影响了铁生锈速度呢？（注意将选用药品与第一组实验对比）。
[学生活动]第一个问题学生回答：“速度快”;第二个问题学生思考后回答：“是盐水、碳粉的作用”。也有学生回答粉末状铁粉接触面积大，所以速度快。
[教师活动]你能否设计实验证明影响铁生锈速度的因素？教师鼓励学生在课后积极思考，在老师播放的演示实验或者你们分组实验基础上，运用控制变量的思想在课后继续探究。
[学生活动]学生的眼神中充满期待。
设计意图：鼓励学生进一步探究，还有哪些因素会影响钢铁的锈蚀。在课后查阅相关资料并自主设计更多实验证实，培养自主探究能力。这一个环节设计培养了学生探究问题，设计多种方案能力，开发了学生发散思维。但这个环节对基础较弱的学生不做要求。 （7）解释钢铁锈蚀的原理，结论及应用
[教师活动]接着教师引导学生关注实验的另一现象，触摸烧瓶发热，这说明铁生锈缓慢氧化也放热的，只是平时觉察不到而已。这一点在生活中应用于可将铁粉、食盐等物质混合用作理疗热敷袋。人们通常会以为铁生锈这一化学变化对人类造成的影响是负面的。但是人类的文明就在于对科学技术的应用，我们可以积极探索它有利一面，比如用铁粉作防腐剂、干燥剂等，同时利用科学原理，通过控制钢铁锈蚀的条件降低它对人类生活生产的危害。为此，我们要探究钢铁锈蚀的内因。
[教师活动]钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气，水蒸气等物质发生复杂缓慢氧化的结果。钢铁的纯度，环境温度和酸碱性，都是影响钢铁锈蚀速度因素。
[教师活动][指导学生观察一根生锈的铁钉]生成的红棕色铁锈主要成分Fe2O3.xH2O疏松多孔，易吸水和氧气。
[设问]按理说，铝比铁活泼，但生活中好像铝比铁耐腐蚀，为什么？
[学生活动]学生观察铁钉表面铁锈，并与铝的氧化膜比较。
设计意图：这一过程设计引导学生继续深入分析铁生锈的另一个原因（内因），即铁锈疏松的结构不能阻止外物的侵袭，它不像铝的氧化膜致密，构成了一道坚固的防御系统。从而实现由外因分析向内因分析转化，体会物质结构决定性质。了解铁锈的成分和特点，为进一步探究防锈的原理作铺垫，同时也为介绍防锈知识中的“烤蓝”作铺垫。
2.减缓钢铁锈蚀的方法
[教师活动][播放视频资料]展示钢铁生锈的视频资料，让触目惊心的数字和因钢铁锈蚀造成的巨大损失给学生一个震撼。引导学生从铁生锈的条件推测防锈的原理。
[学生活动]学生观看视频资料。
设计意图：通过视频的观看，再次激发学生强烈地寻找解决问题办法的渴求。
[师生交流讨论]引导学生联系生活中使用过的钢铁制品，讨论它们分别采取怎样措施防锈，例如汽车、自行车零件等。设问为什么老师带来的车锁生锈了，而小刀不生锈？
[学生活动]学生归纳防锈的原理，隔氧或防水。
列举具体方法，保持铁制品的干燥，覆盖保护膜（油漆、涂油、电镀）。
[教师活动][归纳]防锈原理和方法：
①改善金属内部结构（制成合金）。
②隔氧或防水（覆盖保护膜，如油漆、电渡、烤蓝）。
设计意图：培养学生运用所学知识联系生活实际的能力，体会科学技术在社会生活和生产中应用。
[解决问题]揭开宝剑不锈之谜。
[教师讲述]事实上金属具有相似的化学性质，与铁相似，铜暴露在空气中日积月累也会生“铜锈”，也就是“铜绿”。所以减缓钢铁锈蚀的方法可推广到一般金属防腐。考古工作者对著名的“越王勾践剑”组成进行了检测，发现宝剑主要成分青铜（合金），而且表面曾被进行硫化处理形成了一层致密的硫化物保护层，大大增强了宝剑的抗锈蚀的能力。
四、教学反思
1.本课最大的收获。学生敢于设计实验，并在实验中敢于运用对比，演绎，归纳等思维方法。课后学生还就课堂上提出的实验设计进行了进一步探究，并进行了思考和反馈：有的学生利用3支试管，将铁钉分别浸在等量的水、盐水、醋中作对比实验;有的学生利用课堂上分组实验的装置，做了补充两个实验。将烧瓶中盐水换成水，混有炭粉的铁粉换成纯铁粉分别做两个对比实验。
2.本课意外收获。有学生在家做课后小实验：用2支具支试管做对比实验，两支具支试管分别连着导管，导管的另一端浸没在有水的玻璃杯里，分别放人带水铁丝和泡过醋的铁丝，用塞子塞好后放置一段时间，预设的结果是装有泡过醋铁丝试管连着的导管中的水位上升快些，可结果恰恰相反，带水的铁丝装置水位上升，另一个导管中水位反而下降，经过多次实验后，学生在教师引导下查阅资料，深入研究了铁锈蚀原理，原来是吸氧腐蚀和析氢腐蚀区别。這为学生高中进一步学习奠定了良好的基础。
3.本课实验设计，实验过程，对实验结果分析等内容较多，教学时长，需要教师根据学生程度和学生反映调控。钢铁锈蚀的原理也是高中教学的重要内容，所以在初中阶段教学的深度也可以根据学生基础调控，力争做到深入浅出，浅显易懂，以保持初中生持久化学学习兴趣为目的。
4.本课不仅可以让学生小组合作设计实验方案，进行实验探究，还可以通过一系列环环相扣的问题，递进的实验探究，促进了学生高水平思维发展，在探究互动中解决问题。这种探究培养了学生科学思维习惯和综合运用知识解决实际问题的能力，提升了科学核心素养，为学生终生发展奠定了坚实基础。
高效的课堂教学是建立在学生已有知识经验基础上，通过学生高水平思维活动，使学生获得对知识深刻理解，同时使学生在科学态度、科学发展、情感态度和价值观上得到发展。作为化学教师要挖掘教材背后深层次的内涵，以学科内容为载体，提供支架，循循善诱，抓住契机培养学生高水平的思维活动。像这样的内容还有，如：在酸碱中和反应时，如何证明氢氧化钠与盐酸确实发生反应？教材上是直接给出酚酞作指示剂，那么为什么不能用石蕊，酚酞是直接加在酸里再滴氢氧化钠，还是逐滴在氢氧化钠的酚酞溶液里滴盐酸，这些都可以引发学生思考，让学生有个优选过程。在探究氢氧化钠是否与二氧化碳发生反应的实验中，可以鼓励启发学生从反应物的消失和检验有新的物质生成等多思维角度探究。在化学教材中这样培养学生优化思维，演绎归纳思维等高水平思维活动的内容和载体很多，教师要善于利用和发现。课堂教学永远是教学的主旋律，科学探究是主旋律中的乐章。教师潜心研究，精心设计，不断创新，启迪学生思维，定能奏响课堂思维灵动的美妙乐章。
参考文献
[1] 李淼，赵铁岭，宋艳.探究“百变瓶”的奥秘[J].中学化学教学参考，2013 （5）：23-24
[2]王晶，郑长龙.义务教育教科书·化学（九年级下册）[M].北京：人民教育出版社，2012：29-30
[3]周绍深，摒弃形式，注重实效[J].中学化学教学参考，2009（4）：35-36
[4]胡海铭，“铁锈蚀条件的探究”实验改进[J].化学教育（中英文），2017，38（19）：56-57
[5] 薛青峰.问题引领教学过程，探究提升课堂效益[J].化学教学，2012（8）：34-35
关键词：高阶思维;钢铁锈蚀;教学设计
文章编号：1008-0546（ 2021）01-0052-05
中图分类号：C632.41
文献标识码：B
doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.014
一、教材分析和学情分析
诺贝尔奖获得者劳厄指出“重要的不是获得知识，而是发展思维能力，教育无非是一切已学过的东西都忘掉后所剩下的东西”。对于化学教学来说，当学生将化学学科知识都忘记的时候，还剩下的东西就是“化学的学科思想和学科方法”了[1]。“钢铁的锈蚀和防护”是人教版九年级化学第八单元课题3的教学内容[2]。这是一节典型的实验探究课型，其中控制变量法是这节实验探究课的主要方法，而控制变量思想也是整个初中化学常用的思维方法。课本教材的设置采用螺旋上升式的教学理念，从影响过氧化氢反应速率因素的探究到二氧化碳与水反应的探究，再到燃烧条件的探究，一直到本课题。教材中对控制变量法学习循序渐进，由浅人深，由课堂延伸到课后。学习本课题时，学生对控制变量思想有了一定的基础，本课题要解决的问题是如何引导学生将控制变量法运用到实验探究中解决实际问题，从而提高學生的实验设计能力和解决问题的能力。
在日常生活中，学生已经知道钢铁制品在潮湿空气中，表面不洁等条件下容易生锈，也了解一些防止钢铁生锈的简单方法，但尚不能全面地了解导致钢铁锈蚀的各种因素和防止钢铁锈蚀的方法。因此，教学的起点应从学生已有的有关钢铁生锈的生活经验人手，引导学生对铁锈蚀的原因提出猜想，然后设计实验，证实或证伪猜想，再通过交流，讨论得出导致钢铁锈蚀的因素，并分析提出减缓钢铁锈蚀的措施。本节内容的教学价值主要体现在进一步培养学生的科学探究能力，重点在培养学生实验设计能力和解决问题能力，使学生认识到化学是一门与日常生活及工农业生产关系非常密切的科学，从而体会科学技术在社会生产、生活中的作用。
二、教学意图和设计思想
建构主义认为，学习是建构内在心理表征过程，学习者不是把知识从外界搬运到记忆中，而是在一定情境中以原有知识经验为基础，通过与外界相互作用获取建构新知识的过程[3]。好的学习能产生原动力和内在需求，是探究性学习取得效果的保证。对于铁生锈的条件探究，传统的教学方法是让学生预习探究铁生锈的条件，师生提前准备实验，然后通过采用“穿越”的方式，运用多媒体技术展示七天前实验开始到七天后铁钉锈蚀这一过程，再讨论，分析实验现象，对比得出结论[4]。这里由于已经提前做了实验，实际上很多老师忽略了学生实验设计的过程。同时又因为铁生锈这个实验进行得很缓慢，只能提前做好，无法让学生在课堂上短时间内看到动态的效果，所以一节课下来，课堂缺乏思维的灵动，学生缺乏激情和原动力。在热闹观察实验背后，存在问题并不少，不重视实验过程，只关注实验结果，不理解实验设计目的，只强记实验现象和结论。这样教学教师更关注了知识内容的灌输，而忽略了学生思维能力的培养。一节缺少思维含量的化学课，一节缺乏智力挑战的化学课，即使课堂气氛再热闹，也算不上成功的课，所以化学教学要关注学生思考力，问题选择要关注问题所蕴涵的思维含量。在本节课中，如何让学生将控制变量的思想运用到实验设计中;如何更有效地利用认知冲突，有效地激发、驱动学生有目的积极探索，使课堂更具启发性。这是本堂课要解决的问题。笔者从这样的设计思路出发进行了教学改进。
教学的核心任务不是如何把现成的知识传授给学生，而是如何激发出学生原有的知识经验，促进知识经验的生长，促进学生的新知识建构[5]。学习应是学生自己建构知识过程，是他人无法替代的。“钢铁的锈蚀和防护”这一教学，一般采用的教学方式是：提前准备实验，呈现现象，归纳总结结论。而本课设计采用的教学方式是科学探究方式，让学生通过已有的知识经验自行猜想和设计实验探究铁锈蚀的条件。这种从已有知识中寻找新知识生长点，激发学生探究欲望，并通过层层递进的问题，不断激发学生猜想和假设，引导学生进一步设计实验探究对学生今后学习意义重大。
三、教学过程
[创设情景，引入课题]
[教师活动]播放“越王勾践剑”视频，讲述著名的天下第一剑“越王勾践剑”埋藏在地下已有两千多年了，出土时依然光彩夺目，锋利无比，没有锈蚀，而我们生活中的很多金属却因锈蚀而报废。为了揭开宝剑的不锈之谜，今天我们进行探究之旅，从我们熟悉的金属人手，以钢铁为例（再推广到一般金属），引入课题《钢铁的锈蚀和防护》。
[学生活动]观看图片，倾听讲述，进入课题。
设计意图：从学生感兴趣的问题，引入课题，激发学生了解钢铁腐蚀的兴趣。
1.探究钢铁锈蚀条件
（1）猜想和假设
[教师活动]组织学生根据已有的生活经验对铁锈蚀的条件进行大胆的猜想：就地取材引导学生观察教室脱漆后生锈的铁门，启发学生回忆生活中见过铁生锈的事例，展示潮湿环境中生锈铁钉图片和其他资料，引导学生分析资料再次做出合理的猜想。
[学生活动]学生充分发挥想象力，大胆猜想和假设，表述观点。有的说：“铁在潮湿的空气中容易生锈，所以生锈的条件需水和空气”，另一同学说：“切过咸菜的菜刀易生锈，所以铁生锈需盐”，这时还有同学说：“自行车暴露在室外淋了雨很快就生锈了，也没盐呀”等等。此时，讨论非常激烈。最后，师生共同总结铁生锈的必备条件是需空气和水，其他条件有可能促进生锈。
设计意图：建构主义认为，只有当学生将新学的知识与其已知的理论基础或生活经验相联系时，他们才容易建立直观的概念，加快对知识的接受和理解。这里有效地发展了学生搜集信息的能力，观察分析的能力，培养了学生充分运用观察，思考，对比，归纳等科学的思维习惯。 （2）设计实验方案
[教师活动]教师鼓励学生设计实验验证猜想。教师提供有关仪器和药品（试管若干、自来水、蒸馏水、光亮铁钉若干根，植物油、干燥剂，烧杯，具支试管，铁架台，橡皮塞等），也可另选仪器。指导学生通过独立思考或小组讨论提出方案，然后交流讨论对各种方案进行评价，从中筛选出可实施的方案。鼓励学生设计多种方案，也可另选仪器和药品。
[学生活动]交流讨论，设计实验方案，对方案的可行性自我反思，学生可能会设计出如图1。
设计意图：这个环节的设计是培养学生设计实验的能力的关键。如果不提供可选择的仪器和药品，直接让学生设计实验探究，学生无处下手。给了仪器和药品实际上就给了引导和启发。由于学生设计的装置很多：有用試管，用烧杯，还有用具支试管的;有用铁钉，用铁丝，还有用铁粉，这时教师加以肯定和鼓励。这里有一个优选的问题，用烧杯好，还是用试管好，选自来水还是蒸馏水等等，要对课堂上学生出来的装置进行一个初步评价和筛选，最终综合大家想法确定上面设计图。但就这样，学生控制变量的思想还是模糊的，按照初三学生思维，他们应自己会对上图装置再进行优选。此时老师要干预，问上图中你们认为哪个铁钉会生锈，找出②号为实验组，其他的跟它作对比。③试管空气会溶解进去和②试管作用一样，所以排除③，①号和⑤号比较排除①，此时教师再引入控制变量的思想，引导学生先观察，再优选，一般学生能得出分别将⑤⑥号试管与②号试管对比得出铁生锈的两个条件。此时，老师再追问：④号试管需不需要？学生回答④号与②号对比有两个变量，铁钉既不与水接触也不与空气接触，即便不生锈也不能说明问题，所以排除。最终选择实验编号为②⑤⑥。优选方案，最优方案，这才是真正探究，学生思维水平也由低到高得到发展。当要求学生设计探究方案时，学生有急于解决问题的思想，为后面的实验设计创造了积极的氛围，充分调动了学生的学习积极性，同时使学生体会控制变量在科学探究中应用。学生通过自己设计方案体会到了探究的乐趣。
（3）对实验的分析、解释与结论
[教师活动]教师展示一周前准备的实验成果，播放实验过程录像。
[师生讨论，结论]由实验中铁钉生锈情况看出，铁生锈要具备的条件是接触水和空气。
[学生活动]学生观察、分析实验。描述实验现象，得出结论。初步了解钢铁锈蚀的原理。
设计意图：培养学生观察能力，分析实验的能力。
（4）实验反思与提高
[教师活动]教师设问以上实验证明了铁生锈需接触空气，但是否是与空气中的氧气发生作用的结果无法证明，同学们能否证明？
[学生活动]学生片刻沉默，但有了上次探究的经历，表情并无畏惧反而期待。
[教师活动]教师立刻引导学生要想确定消耗的是空气中的氧气，那么消耗的氧气要通过一定的方法体现出来，对于气体的减少如何体现？大家联想下以前学过的实验知识。
[学生活动]反应快的同学一下子就联想到《空气中氧气含量的探究实验》，从这受到启发。
[教师活动]教师总结;气体含量的减少可以通过压强差体现，同时展示图片2。
[学生活动]学生立刻思考可以将上图中的磷换成铁在密闭容器中做实验，不过要等待一周。而且铁无需加热，常温即可。有同学设计如第二幅图，用具支试管代替广口瓶（这样更好，容积小，水倒流明显）。有的利用第三幅图改进，同学们思维活跃，探究气氛浓厚。
[教师活动]教师鼓励肯定，师生共同讨论再改进得出如图3。
设计意图：这个环节的设计笔者注意到新旧知识的联系，培养学生知识的迁移和应用，深入理解铁锈蚀的原理是与空气中氧气的作用，注意学生在已知经验和理论基础上构建新知识，不过这个环节设计相对基础较好的学生更好。
（5）学生分组实验
[教师活动]教师指导学生进行分组实验;如图4在烧瓶中用食盐水湿润烧瓶壁，然后在其中加入混有碳粉的铁粉，使其比较均匀地黏附在烧瓶壁上，立即塞上瓶塞，将上述烧瓶倒置于水中，拔去塞子静置（注意一定在水下拔去塞子，用镊子操作）。
[学生活动]学生满怀热情进行实验，小心操作，静静等待。大约5分钟后学生发现有水倒流进烧瓶内，烧瓶微微发热。
[教师活动]指导学生观察分析实验。
[学生活动]学生从三个方面分析实验现象：用手触摸烧瓶外壁，感觉发热;观察水位变化（水位最终上升约至烧瓶液面以上体积1/5）;铁粉颜色变化。
[结论分析和应用][师生总结]
由铁粉颜色的变化和水位的上升，得知铁粉发生缓慢氧化，消耗了瓶内氧气而生成了红棕色物质铁锈，这个实验也可证明空气中氧气约占1/5。
设计意图：这个环节的设计意在强化学生的实验兴趣，使他们化学学习情感得到升华，进一步培养学生观察能力，分析实验的能力。这里弥补了铁生锈的实验是一个缓慢氧化过程，无法在课内当堂完成这一弱点。此时，学生兴趣盎然，探究意识强烈。
（6）再次反思与提高
[教师活动]教师设问为什么本实验同学们可在课堂内完成，而前一组实验需要提前一周准备呢？老师追问，你们猜想是什么影响了铁生锈速度呢？（注意将选用药品与第一组实验对比）。
[学生活动]第一个问题学生回答：“速度快”;第二个问题学生思考后回答：“是盐水、碳粉的作用”。也有学生回答粉末状铁粉接触面积大，所以速度快。
[教师活动]你能否设计实验证明影响铁生锈速度的因素？教师鼓励学生在课后积极思考，在老师播放的演示实验或者你们分组实验基础上，运用控制变量的思想在课后继续探究。
[学生活动]学生的眼神中充满期待。
设计意图：鼓励学生进一步探究，还有哪些因素会影响钢铁的锈蚀。在课后查阅相关资料并自主设计更多实验证实，培养自主探究能力。这一个环节设计培养了学生探究问题，设计多种方案能力，开发了学生发散思维。但这个环节对基础较弱的学生不做要求。 （7）解释钢铁锈蚀的原理，结论及应用
[教师活动]接着教师引导学生关注实验的另一现象，触摸烧瓶发热，这说明铁生锈缓慢氧化也放热的，只是平时觉察不到而已。这一点在生活中应用于可将铁粉、食盐等物质混合用作理疗热敷袋。人们通常会以为铁生锈这一化学变化对人类造成的影响是负面的。但是人类的文明就在于对科学技术的应用，我们可以积极探索它有利一面，比如用铁粉作防腐剂、干燥剂等，同时利用科学原理，通过控制钢铁锈蚀的条件降低它对人类生活生产的危害。为此，我们要探究钢铁锈蚀的内因。
[教师活动]钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气，水蒸气等物质发生复杂缓慢氧化的结果。钢铁的纯度，环境温度和酸碱性，都是影响钢铁锈蚀速度因素。
[教师活动][指导学生观察一根生锈的铁钉]生成的红棕色铁锈主要成分Fe2O3.xH2O疏松多孔，易吸水和氧气。
[设问]按理说，铝比铁活泼，但生活中好像铝比铁耐腐蚀，为什么？
[学生活动]学生观察铁钉表面铁锈，并与铝的氧化膜比较。
设计意图：这一过程设计引导学生继续深入分析铁生锈的另一个原因（内因），即铁锈疏松的结构不能阻止外物的侵袭，它不像铝的氧化膜致密，构成了一道坚固的防御系统。从而实现由外因分析向内因分析转化，体会物质结构决定性质。了解铁锈的成分和特点，为进一步探究防锈的原理作铺垫，同时也为介绍防锈知识中的“烤蓝”作铺垫。
2.减缓钢铁锈蚀的方法
[教师活动][播放视频资料]展示钢铁生锈的视频资料，让触目惊心的数字和因钢铁锈蚀造成的巨大损失给学生一个震撼。引导学生从铁生锈的条件推测防锈的原理。
[学生活动]学生观看视频资料。
设计意图：通过视频的观看，再次激发学生强烈地寻找解决问题办法的渴求。
[师生交流讨论]引导学生联系生活中使用过的钢铁制品，讨论它们分别采取怎样措施防锈，例如汽车、自行车零件等。设问为什么老师带来的车锁生锈了，而小刀不生锈？
[学生活动]学生归纳防锈的原理，隔氧或防水。
列举具体方法，保持铁制品的干燥，覆盖保护膜（油漆、涂油、电镀）。
[教师活动][归纳]防锈原理和方法：
①改善金属内部结构（制成合金）。
②隔氧或防水（覆盖保护膜，如油漆、电渡、烤蓝）。
设计意图：培养学生运用所学知识联系生活实际的能力，体会科学技术在社会生活和生产中应用。
[解决问题]揭开宝剑不锈之谜。
[教师讲述]事实上金属具有相似的化学性质，与铁相似，铜暴露在空气中日积月累也会生“铜锈”，也就是“铜绿”。所以减缓钢铁锈蚀的方法可推广到一般金属防腐。考古工作者对著名的“越王勾践剑”组成进行了检测，发现宝剑主要成分青铜（合金），而且表面曾被进行硫化处理形成了一层致密的硫化物保护层，大大增强了宝剑的抗锈蚀的能力。
四、教学反思
1.本课最大的收获。学生敢于设计实验，并在实验中敢于运用对比，演绎，归纳等思维方法。课后学生还就课堂上提出的实验设计进行了进一步探究，并进行了思考和反馈：有的学生利用3支试管，将铁钉分别浸在等量的水、盐水、醋中作对比实验;有的学生利用课堂上分组实验的装置，做了补充两个实验。将烧瓶中盐水换成水，混有炭粉的铁粉换成纯铁粉分别做两个对比实验。
2.本课意外收获。有学生在家做课后小实验：用2支具支试管做对比实验，两支具支试管分别连着导管，导管的另一端浸没在有水的玻璃杯里，分别放人带水铁丝和泡过醋的铁丝，用塞子塞好后放置一段时间，预设的结果是装有泡过醋铁丝试管连着的导管中的水位上升快些，可结果恰恰相反，带水的铁丝装置水位上升，另一个导管中水位反而下降，经过多次实验后，学生在教师引导下查阅资料，深入研究了铁锈蚀原理，原来是吸氧腐蚀和析氢腐蚀区别。這为学生高中进一步学习奠定了良好的基础。
3.本课实验设计，实验过程，对实验结果分析等内容较多，教学时长，需要教师根据学生程度和学生反映调控。钢铁锈蚀的原理也是高中教学的重要内容，所以在初中阶段教学的深度也可以根据学生基础调控，力争做到深入浅出，浅显易懂，以保持初中生持久化学学习兴趣为目的。
4.本课不仅可以让学生小组合作设计实验方案，进行实验探究，还可以通过一系列环环相扣的问题，递进的实验探究，促进了学生高水平思维发展，在探究互动中解决问题。这种探究培养了学生科学思维习惯和综合运用知识解决实际问题的能力，提升了科学核心素养，为学生终生发展奠定了坚实基础。
高效的课堂教学是建立在学生已有知识经验基础上，通过学生高水平思维活动，使学生获得对知识深刻理解，同时使学生在科学态度、科学发展、情感态度和价值观上得到发展。作为化学教师要挖掘教材背后深层次的内涵，以学科内容为载体，提供支架，循循善诱，抓住契机培养学生高水平的思维活动。像这样的内容还有，如：在酸碱中和反应时，如何证明氢氧化钠与盐酸确实发生反应？教材上是直接给出酚酞作指示剂，那么为什么不能用石蕊，酚酞是直接加在酸里再滴氢氧化钠，还是逐滴在氢氧化钠的酚酞溶液里滴盐酸，这些都可以引发学生思考，让学生有个优选过程。在探究氢氧化钠是否与二氧化碳发生反应的实验中，可以鼓励启发学生从反应物的消失和检验有新的物质生成等多思维角度探究。在化学教材中这样培养学生优化思维，演绎归纳思维等高水平思维活动的内容和载体很多，教师要善于利用和发现。课堂教学永远是教学的主旋律，科学探究是主旋律中的乐章。教师潜心研究，精心设计，不断创新，启迪学生思维，定能奏响课堂思维灵动的美妙乐章。
参考文献
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