基于真實情境的高一化學元素教學實踐

胡慧

摘要：本節課以山西吉縣脫貧攻堅過程中出現的蘋果缺鐵癥為真實情境，通過扶貧過程中遇到的真實問題引出+2價鐵與+3價鐵之間的轉化。學生閱讀各種資料，提取信息，提出猜測，通過實驗獲取證據，驗證猜測，得出結論，完成簡單的科學探究過程。在這個過程中不僅學習到學科知識，更認識到化學知識可以為國家扶貧事業做出貢獻，享受學習化學知識帶來的成就感。

關鍵詞：真實情境；鐵的化合物；轉化

文章編號：1008-0546（2021）12-0050-03中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.012

一、問題的提出

教育部制定的《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下稱新課標）大力倡導主題引領課程內容，使課程內容情境化，促進化學學科核心素養的落實，并且在課程內容中提供了豐富的“情境材料建議”供一線教師使用。作為一線教師，不僅要緊跟新課程的倡導，使用情境，也有教研責任，開發新的主題情境，讓學生在真實情境中學習，學有所用，享受知識帶來的成就感。查找知網上關于鐵及其化合物的教學設計，已經有很多主題情境，比如打印機墨粉、補鐵劑、檢驗菠菜中的鐵元素等等[1-3]。但和植物缺鐵癥相關的主題較少，同時，結合2020年中國全面完成脫貧工作，使得本節主題更顯得有實際意義。因此，本文以山西吉縣脫貧攻堅過程中遇到的缺鐵癥為真實情境，引導學生從化學氧化還原反應原理思考植物缺鐵原因和解決辦法。

二、教學目標

參考新課標對本節內容的要求：“結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解鐵及其重要化合物的主要性質”，結合本節課的對教材和學情的分析，將本節課教學目標確定為以下內容：

1.通過提取鐵礦石的各種信息，初步認識到+2價鐵容易轉化為+3價鐵，并且能夠用語言表達思維過程；

2.通過堿性土壤中鐵元素發生的變化，推測出+2價鐵容易被氧氣氧化為+3價鐵，并設計實驗驗證猜測；

3.通過動手實驗其他常見氧化劑與亞鐵離子的反應，得出+2價鐵容易被氧化劑氧化為+3價鐵，體會氧化還原反應原理；

4.通過解決配制硫酸亞鐵溶液過程中遇到的易被氧化的困難，指導學生應用氧化還原反應原理找出解決方法；

5.通過山西吉縣種蘋果脫貧的主題情境，學生感受到化學知識的力量，享受學習帶來的成就感，感悟“為中國崛起而學習”的責任感。

三、教學過程

【環節一】感知鐵元素的存在

引入：鐵在人們生產生活中應用廣泛，自然界中鐵是什么存在形式，儲量如何？

學生回答。

資料：給出赤鐵礦、磁鐵礦和菱鐵礦和主要成分、儲量、鐵元素化合價等信息，并備注“純磁鐵礦極少，地表磁鐵礦易轉化為赤鐵礦”和“菱鐵礦常常與頁巖、粘土或煤在一起發現”兩個信息。

教師：同學們看了資料中的信息，有什么想法？

學生1：鐵元素在不同的礦石中化合價不一樣。

學生2：赤鐵礦儲量最多。

學生3：地表磁鐵礦中的+2價鐵易轉化為+3價。

學生4：菱鐵礦的環境一般缺氧，說明+2價鐵可能易被氧氣氧化成+3價。

設計意圖：從學生熟悉的鐵礦石入手，進一步深入分析各種鐵礦石的信息，讓學生對+2價鐵容易轉化為+3價鐵有個初步感性認識，同時不同的學生看到的信息也不一樣，鍛煉學生的語言表達能力。

【環節二】探究植物缺二價鐵的原因

過渡：不僅人類需要大量的鐵，植物也需要鐵。

資料：鐵元素是細胞色素、核糖核苷酸還原酶、固氮酶、鐵氧化還原蛋白等物質的組成成分，鐵在植物體內參與參碳的同化、氮的生物固定和同化、分子氧的儲存和運輸、核糖核苷酸的還原、過氧化物的分解以及電子傳遞發生等重要代謝過程[4]。

教師：水稻田里的土為什么是淺綠色？

學生：水稻田里的土可能含+2價鐵。

教師：說明植物需要吸收什么價態的鐵元素？

學生：+2價鐵。

教師：那如果植物缺鐵，會導致什么后果呢？山西吉縣區的扶貧科技人員在幫助蘋果果農脫貧致富的過程中就遇到了一些影響蘋果產量的問題，其中原因之一就是缺鐵。

資料：問題之一：果實品質不優，影響蘋果價格。多果生長所需要的營養成分和多種微量元素（包括鎂、鐵等元素）短缺，土壤板結嚴重[5]。

資料：蘋果缺鐵癥狀新梢頂端的幼嫩葉變黃綠，再變黃白色，葉脈仍為綠色，呈綠色網狀。全葉白，從葉緣開始出現枯褐色斑。嚴重時，新梢頂端枯死，呈枯梢現象。——百度百科

設計意圖：通過扶貧種蘋果的案例，學生可以知道鐵元素對植物的重要性，也知道了化學知識的實際用途，激發了學生的學習興趣。

教師：扶貧科技人員發現山西吉縣土壤呈堿性。資料顯示，無機鐵肥即FeSO4在堿性土壤環境下，多轉化為植物不可吸收的氫氧化鐵[6]。

小組交流討論：堿性土壤中的Fe2+為什么會轉化為Fe（OH）3？

學生：由鐵元素化合價升高可知，+2價鐵被氧氣氧化成了+3價鐵。

分組實驗：取一滴管0.1 mol/L FeSO4溶液，向溶液中滴加0.1 mol/L NaOH溶液，振蕩，觀察現象。

學生：Fe2+和OH-反應生成Fe（OH）2沉淀，因此出現淺綠色沉淀，顏色逐漸加深，試管壁上沉淀變成棕色，說明Fe（OH）2逐漸轉變為Fe（OH）3。

教師：但是資料顯示純Fe（OH）2是白色的，而不是綠色。如何解釋你的實驗現象呢？

學生8：可能是被溶解在NaOH溶液中的氧氣給氧化了。

教師：根據你的推測，如何設計實驗可以得到白色沉淀呢？

學生8：煮沸NaOH溶液，并且最好用煤油液封溶液。

資料：閱讀文獻《氫氧化亞鐵制備實驗改進方法的整合與創新》[7]，驗證學生想法。

學生9：可加入其它氧化劑，如雙氧水、氯水等，加入KSCN溶液出現血紅色說明有Fe3+。

教師：出現血紅色一定是因為雙氧水等氧化劑的作用嗎？

學生10：可能是原來溶液中就有Fe3+，因為Fe2+可能被氧氣氧化為Fe3 +，所以要先加KSCN檢驗有無Fe2+，再加雙氧水等氧化劑。

分組實驗：向裝有FeSO4溶液的試管中先加入KSCN溶液，再滴入雙氧水或新制氯水。

結論：無機鐵肥FeSO4溶液不僅會在堿性條件下逐漸轉為為Fe（OH）3，還容易被氧氣等氧化劑氧化為Fe2（SO4）3。

設計意圖：引導學生利用氧化還原反應理論進行猜測，證據推理并驗證，完成簡單的科學探究過程。學生認識到亞鐵離子易被氧化，為下個環節配制Fe？ SO4溶液打下學科知識基礎。

【環節三】嘗試處理植物缺鐵性黃葉問題

教師：缺亞鐵，補亞鐵。市面上在售的硫酸亞鐵無機鐵肥就是很好的解決方法，但是使用不當，可能無效。

小組討論：結合今天所學知識，討論FeSO4的施用方法和使用注意事項。

學生11：給樹打點滴，或者埋在土里，盡量避免接觸氧氣。使用的時候最好現配現用，一次性用完。

設計意圖：應用本課所學學科知識，解決實際實驗操作中的問題。

【環節四】解決配制FeSO4溶液過程中出現的問題

教師：在配制FeSO4溶液過程中不可避免會接觸氧氣，怎么防止配制過程中Fe2+被氧化呢？

學生12：加還原劑，如鐵粉。

分組實驗，證明學生猜測。

其他解決方法：1、有機肥EDDHA-Fe；2、將地表球囊霉在堿性條件下接種在樹苗，可促進植物生長，增強根系三價鐵還原酶活性，減輕缺鐵性黃化病的產生[8]。

設計意圖：引導學生在此體會氧化還原反應原理，反向思維，自主建構+3價鐵轉化為+2價鐵的知識結構，提取還原劑信息，總結+3價鐵的性質。

【總結】最后山西吉縣脫貧了，八成以上貧困戶依靠蘋果脫貧[9]。雖然吉縣的脫貧不是簡單的鐵肥能解決的，但這其中肯定有農業科技扶貧工作者們的功勞，也有化學的功勞。化學，讓生活更美好！

設計意圖：回歸情境，學生發現所學知識可以在脫貧攻堅過程中發揮作用，感受化學知識給脫貧攻堅帶來的力量，享受學習化學知識的成就感。

四、教學反思

1.生活場景，讓化學學習更自然

水稻田里淺綠色的土、丹霞地貌、紅磚青瓦等等都能讓我們找到鐵元素的身影，這些場景雖然不一定每個學生都經歷過，但這的確是現實生活中的樣子。通過生活中例子，讓學生更覺得化學親切，也讓化學學習發生得更自然。因此教師在整合教學資源時應注重選取生活化的資源。

2.證據推理，讓化學學習更理性

化學學科核心素養中提到“具有證據意識，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系”。本節課中，學生通過鐵礦石的信息和植物缺鐵原因的資料分析，提出自己的猜測，通過實驗獲得證據，驗證觀點，使得化學反應不再是簡單背誦，而是有理有據。

3.真實問題，讓化學學習更有用

本節課通過山西吉縣種蘋果扶貧過程中出現的一個問題，串聯起整個教學設計。學生在探究鐵的化合物之間轉化的本質原因的同時，也收獲了解決實際問題的本領，讓學生感受到化學知識能給未來生產生活帶來變化，享受學習化學知識的成就感。因此，教師在教學設計時可以積極響應新課標的倡導，開發更多更實際的真實情境，引領學生走向更真實的化學學習。

參考文獻

[1]毛藝.“鐵及其化合物的性質”素養化教學新探[J].中學化學教學參考，2020（8）：35-38

[2]葉煒華.基于“證據推理”的“鐵及其化合物”情境化教學實踐[J].中學化學教學參考，2020（12）：43-46

[3]周萍，肖中榮.菠菜中鐵元素的檢測條件優化[J].中學化學教學參考，2016（6）：56-57

[4]李季倫，張偉心等.微生物生理學[M].北京：北京農大出版社，1993

[5]曹佳喜.山西吉縣區旱地蘋果產業在脫貧攻堅過程中存在的問題及解決對策[J].果樹實用技術信息，2018（1）：40-41

[6]何緒生.鐵肥及其使用[J].磷肥與復肥，2002（4）：69-71

[7]張艷麗.氫氧化亞鐵制備實驗改進方法的整合與創新[J].實驗教學與儀器，2020（11）：17-19

[8]王明元.不同pH值下從枝菌根真菌對枳生長及鐵吸收的影響[J].微生物學報，2009，49（10）：1374-1379

[9]馬毅敏.山西吉縣八成以上貧困戶依靠蘋果脫貧[EB/OL].（2020.10.15）[2021.10.29].http：//shanxi.sina.com.cn/news/ 2020-10-15/detail-iiznctkc5692982.shtml