基于問題的學習——探究Fe2+、Fe3+的相互轉化教學設計

廣東 丁秋武

“鐵的重要化合物”是高中化學必修課程中“元素及其化合物”的知識，是高中一年級學生學習的重點內容。鐵元素是金屬元素中典型的變價元素，在生產、生活中應用廣泛，與人類的衣食住行息息相關。

本節課通過一個真實情境的問題[Fe(OH)2的制備]，以認知沖突為切入點，引導學生設計實驗探究方案，在解決問題中實現深度學習，建立基于物質類別、元素價態和物質轉化來預測和檢測物質性質的認識模型，豐富研究物質的思路和方法，發展物質性質和化學物質及其變化的社會價值的認識水平，提高解決實際問題的能力，落實“素養為本”的教學要求，以體現化學學科核心素養育人的價值。

一、教學與評價目標

1.教學目標

(1)通過認知沖突，引出主題，預測和設計實驗探究灰綠色沉淀中鐵元素的價態，初步形成基于物質類別、元素價態對物質性質進行假設、推理和檢驗的認識模型，發展學生證據推理與模型認知和科學探究與創新意識的素養。

(2)通過灰綠色沉淀中Fe2+、Fe3+的檢驗及其轉化關系的認識過程，能根據觀察和實驗獲得的現象概括化學變化發生的條件、特征與規律，發展學生宏觀辨識與微觀探析和變化觀念與平衡思想的學科核心素養。

(3)通過了解Fe2+、Fe3+在生產生活中的應用，學會運用所學知識解決實際問題的方法，從中體會化學與生產、生活、環境等之間的關系，感受物質及其變化的價值，發展學生科學態度與社會責任的學科核心素養。

2.評價目標

(1)通過對灰綠色沉淀中Fe2+、Fe3+的檢驗和相互轉化，診斷并發展學生對物質及其轉化思路的認識水平。

(2)通過以認知沖突，以異常現象——灰綠色沉淀的產生為切入點，來實施探究和方案設計，發展學生實驗探究的水平。

(3)通過了解Fe2+、Fe3+在生產生活中的應用和實際問題的解決，診斷并發展學生解決實際問題的能力及對化學價值的認識水平。

二、教學與評價思路

Ⅰ(問題驅動)

通過資料卡片創設情境，提出驅動型問題，制備Fe(OH)2中產生認知沖突，即如何產生灰綠色沉淀

科學探究與創新意識、證據推理與模型認知

遷移知識的能力

Ⅱ(問題探究)

實驗探究灰綠色沉淀中Fe2+、Fe3+的檢驗和物質間相互轉化，建構價類二維圖

科學探究與創新意識、證據推理與模型認知

匯報、交流和實施實驗方案

Ⅲ(問題解決)

結合所學知識，解決真實情境下的問題

證據推理與模型認知、科學態度與社會責任

交流、評價實際問題的解決方法，診斷知識達成情況

發展學生問題解決能力和化學價值的認識水平

三、教學過程

【問題驅動】創設情境，引入主題

學生活動教師活動設計意圖【想一想,說一說】通過FeSO4溶液與NaOH溶液反應可以制備Fe(OH)2,Fe(OH)2 是一種白色沉淀,根據初中所學習的復分解反應的規律可知,這是亞鐵鹽和強堿的反應【設計方案】向FeSO4溶液中加入NaOH溶液微觀本質:FeSO4+2NaOHFe(OH)2↓+Na2SO4【預測現象】會看到白色膠狀沉淀【分組實驗,觀察現象】產生白色膠狀沉淀,迅速轉為灰綠色,試管壁有少許紅褐色固體【感受變化,宏微結合】1.宏觀現象產生白色膠狀沉淀,轉為灰綠色,最終變為紅褐色2.微觀本質4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3【創設情境】1.已知Fe(OH)2是白色膠狀沉淀,如何制備呢?你的依據是什么?你會怎樣設計可行性方案2.你預測會看到什么現象3.進行實驗,仔細觀察實驗現象,匯報4.展示利用數字傳感技術研究Fe(OH)2緩慢氧化過程得到的結果【再次發問,過渡】我們發現沉淀為灰綠色,那么大家想不想知道其中的成分呢?如果要搞清楚其成分,可能一節課的時間完成不了,我們是否可以從(已學過的)化合價的角度,來探究一下其中鐵元素的價態創設真實的實驗情境,通過認知沖突來激發學生的求知欲培養學生的證據意識和從宏微結合的角度來認識物質變化的能力

【評價任務1】診斷并發展學生證據意識和化學實驗探究的水平

【問題探究】探究灰綠色沉淀中鐵元素的價態

學生活動教師活動設計意圖【作出猜想】灰綠色沉淀中鐵為+2、+3價【討論與匯報】先將沉淀轉化為鹽溶液,再分別檢驗Fe3+和Fe2+,Fe3+的檢驗可以根據資料卡片的信息,Fe2+的檢驗根據所提供試劑,可以利用酸性高錳酸鉀溶液的強氧化性來檢驗【設計方案】【實驗結論】灰綠色沉淀中鐵元素為+2和+3價【資料卡片:含Fe3+的鹽溶液遇KSCN溶液,變血紅色】提供資料卡片【設置問題鏈】1.資料卡片告訴我們什么信息2.Fe3+如何檢驗?你預期會看到什么現象3.Fe2+如何檢驗?你預期會看到什么現象4.你的依據是什么5.如何設計實驗方案6.實驗結論是什么設置問題鏈,發展學生的實驗探究能力和方案設計能力,掌握Fe3+和Fe2+的檢驗方法

【評價任務2】診斷學生預測和檢驗物質性質的水平，發展學生實驗探究的設計水平和合作探究的能力

【問題延伸】Fe2+和Fe3+的相互轉化

學生活動教師活動設計意圖【思考、回答】1.通過酸性高錳酸鉀溶液將Fe2+轉化成Fe3+2.氯水和雙氧水也可用于檢驗Fe3+3.高錳酸鉀作為氧化劑,氧化劑的氧化性強于氧化產物的氧化性,說明高錳酸鉀的氧化性強于Fe3+【提取信息,類比遷移】1.加入氧化性強于Fe3+的氧化劑可以使Fe2+轉化為Fe3+2.加入還原性強于Fe2+的還原劑可以使Fe3+轉化為Fe2+【設問、過渡】在上述探究過程中,我們如何實現鐵元素價態的轉化【設置問題鏈】1.還有哪些物質可以實現將Fe2+轉化為Fe3+2.酸性高錳酸鉀溶液起到了什么作用?說明了什么?你的依據是什么3.提供部分微粒氧化性強弱順序,選擇合適的氧化劑氧化性強弱:KMnO4>Cl2>Br2>Fe3+>I2>SO2>S4.你認為哪些物質可以實現將Fe3+轉化為Fe2+你的依據是什么5.提供部分微粒還原性強弱順序,選擇合適的還原劑還原性強弱:金屬單質>S2->SO2-3>I->Fe2+>Br->Cl->Mn2+設置問題鏈,層層遞進,深化學生對氧化還原反應的認識,實現深度學習

【評價任務3】發展學生認識物質及其轉化的水平

【問題升華】回顧探究過程，自主建構價類二維圖

學生活動教師活動設計意圖【回顧探究過程,建構價類二維圖】【引導學生回顧整個探究過程】從物質類別和化合價的角度認識物質,建構價類二維圖協助學生建構認識物質變化的價類二維模型,培養模型認知的核心素養

【評價任務4】診斷并發展學生從“類”別和“價”角度認知物質的變化

【問題解決】真實生活情境中的問題解決

學生活動教師活動設計意圖【思考并回答】1.Cu將Fe3+還原成Fe2+2.VC具有還原性,且還原性強于Fe2+【真實情境1】電子工業上,用FeCl3溶液來腐蝕銅制電路板【真實情境2】補鐵劑說明書———硫酸亞鐵片與維生素C一同服用,有利于鐵元素的吸收利用已有的化學學科知識解決生活中的問題,體現化學學科育人的價值

【評價任務5】診斷并發展學生解決真實問題的能力水平及對化學價值的認識水平

四、教學反思

1.基于PBL(Problem-Based Learning)教學模式

創設真實的實驗[Fe(OH)2的制備]情境，出現認知沖突(產生灰綠色沉淀)，學生發現問題，設計方案，在探究過程中生成新問題，當學生遇到知識和思維障礙點時，提供資料卡片或相關證據信息和方向引導，協助學生自主建構價類二維模型，最終使問題得以解決。

2.基于POE(Predict-Observe-Explain)教學策略，發展學生科學探究的核心素養

3.設置問題鏈，層層遞進，實現深度教學

在問題探究(灰綠色沉淀中鐵元素的化合價)中，設置問題鏈(①Fe3+如何檢驗？你預期會看到什么現象②Fe2+如何檢驗？你預期會看到什么現象？③你的依據是什么？④如何設計實驗方案？⑤實驗結論是什么？)

在學生分組實驗環節，走到學生身邊，當學生看到實驗現象，設置問題鏈并適當追問(你看到了什么現象？出現血紅色說明了什么？酸性高錳酸鉀溶液顏色褪去說明了什么？)在講到Fe2+和Fe3+的相互轉化時，設置問題鏈(酸性高錳酸鉀起到了什么作用？說明了什么？你的依據是什么？)，把此當作氧化還原反應中變化觀和強弱觀很好的素材，引發學生深度思考，以期實現深度教學。

五、板書設計

1.Fe(OH)2的制備

2.Fe2+和Fe3+的檢驗