元素化合物知識單元整體教學的實踐與思考

馬金星 徐嬰

摘要：元素化合物知識單元教學設計立足內容進行全局性整體安排，本文力求以《鐵及其化合物》為例，通過真實的教學情境將分散的知識有序地聯系起來，實現學生深度學習、高階思維能力提升和學科核心素養發展。

關鍵詞：單元教學 鐵及其化合物 問題 核心素養 “價—類”二維圖

一、問題提出

單元教學是以一個主題為研究對象，根據不同知識點之間的聯系，整合各種教學形式和教學策略，讓學生圍繞有趣且有挑戰性的真實問題，開展以化學實驗為主的探究活動，通過若干節課的教學實施，學生經歷一個相對完整的知識單元學習，促進深度學習發生。

化學元素化合物知識單元教學流程框架為：結合生產、生活、環境等現實問題，設計密切相關的教學情境，構建“價—類”二維圖，引出問題并在問題驅動下進行教學。下面以高中化學必修第一冊《鐵及其化合物》單元教學為例進行分析。

二、基于學生深度學習的單元整體教學設計案例

（一）教學背景分析

1.教學內容分析

鐵元素不僅是典型的金屬元素，還是重要的變價元素。鐵及其化合物，與人體健康密切相關，在生活、生產中也有著廣泛的應用。《普通高中化學課程標準（2017年版）》對本節的內容要求是：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及在生產、生活中的應用。重點是Fe3+的氧化性、鑒別、Fe2+與Fe3+的轉化規律。

2.學生情況分析

通過初中化學及高一化學前幾章的學習，學生了解了一些鐵及其化合物知識，基本具備了按分類思想分類研究物質性質和科學探究的基本方法，能利用氧化還原理論和離子反應概念解決問題。同時學生具有一定的實驗操作、觀察分析和表達交流的能力。

（二）單元教學目標設計

1.基于鐵元素的價態和物質類別，結合自然界、實驗室和生活、生產中了解的含鐵物質，繪制“價—類”二維圖。

2.運用“價—類”二維圖，依據氧化還原反應原理，預測鐵及其化合物的化學性質，設計實驗進行初步驗證，并能分析、解釋有關實驗現象。建立基于元素化合價和物質類別研究物質性質的思維路徑。

3.能用化學方程式、離方程式正確表示鐵及其化合物的主要化學性質。

4.通過實驗探究活動，提升實驗方案設計能力，促進學生建立實驗目的、實驗現象與數據、實驗結論中間的關系。

5.通過日常生活中的含鐵物質的應用，體會學習化學是有用的。

（三）教學設計流程圖

三、教學過程設計

本單元教學分3課時完成。

任務一（1課時）：情境引入，師生共同繪制“價—類”二維圖;基于鐵單質學習鐵的化學性質，完成實驗方案設計并初步驗證。

部分實錄如下：

【PPT】粉刷在墻壁上的紅色涂料、鐵鍋、補鐵保健品等，讓學生歸納其物理性質和用途。

【學生回答】鐵及氧化鐵的物理性質。

【PPT】展示氧化亞鐵、四氧化三鐵、氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的圖片。

【教師補充】鐵的常見化合物的物理性質。

【提出問題】元素化合物的物質種類很多，如何學習才能更高效？聯系已經學習過的物質的分類方法，思考對元素及其化合物如何進行分類？

【引導學生】從化合價和物質分類角度繪制鐵及其化合物的二維圖。

【學生活動】初步繪制“價—類”二維圖，并分小組展示匯報。

【提出問題】從化合價變化視角看，鐵單質可能有哪些性質？可以和哪些物質反應？如何設計實驗？

【學生討論】鐵的化學性質，設計鐵和非金屬單質、酸溶液、鹽溶液等的反應。

【學生實驗】利用實驗籃中試劑完成鐵的相關實驗。

【提出問題】鐵能和水反應嗎？

【學生回答】不能，因為人們用鐵鍋可以做飯，水杯也有不銹鋼材質的……

【視頻】鋼鐵廠生產中，熾熱的鐵水注入模具前必須充分干燥處理。

【提出問題】鐵和水蒸氣反應可能生成什么產物？如何檢驗產物？（從化合價變化角度思考）

【演示實驗】鐵和水蒸氣反應，檢驗產物H2和四氧化三鐵。

【學生練習】書寫鐵和水蒸氣反應的化學方程式。

【學生匯報】通過本節課的學習，談談你有哪些收獲。

【歸納總結】通過化合價變化和物質種類變化視角，讓學生更快地掌握物質變化的實質和物質間的關系。

【設計意圖】鑒于學生已經學過了氧化還原知識和物質的分類，讓其繪制鐵及其化合物的“價—類”二維圖，可幫助學生把孤立的反應轉化成相關聯的知識體系，讓學生從元素觀、分類觀、變化觀、守恒觀的角度認識鐵及其化合物。

任務二（1課時）：問題驅動，通過探究鐵紅顏料的制備，學習鐵的氧化物、氫氧化物的性質。

部分實錄如下：

【提出問題】顏料中的鐵紅是什么成分？如何制得？

【小組討論】分小組設計實驗方案并匯報。

【歸納匯總】鐵與氧氣反應因溫度不同產物復雜，不易控制。鐵鹽溶液與堿反應，生成氫氧化鐵沉淀，灼燒分解制得氧化鐵。

【學生活動】分組用氫氧化鈉溶液和硫酸鐵溶液反應，制得氫氧化鐵沉淀，然后抽濾，灼燒沉淀制得氧化鐵。

【提出問題】用類似的方法是否可以制得氧化亞鐵呢？請同學們用硫酸亞鐵溶液和氫氧化鈉溶液反應，觀察現象。

【學生實驗】亞鐵鹽溶液與堿溶液反應，觀察并匯報實驗現象。

【提出問題】白色沉淀最終轉化為灰綠色沉淀說明了什么？如何才能制得氫氧化亞鐵沉淀？

【小組討論】設計實驗過程并匯報。

【提出問題】氫氧化亞鐵被氧氣氧化成了氫氧化鐵，能否利用儀器把這一微觀過程體現出來呢？