挖掘真實(shí)情境問題 實(shí)驗(yàn)促成素養(yǎng)發(fā)展
——以鐵鹽、亞鐵鹽的教學(xué)為例

季文彭 李 智

（1.華寧縣第一中學(xué) 云南 玉溪 653100；2.楚雄彝族自治州民族中學(xué) 云南 楚雄 675000）

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱課標(biāo)）提出了重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)實(shí)施理念，［1］為教師“怎么教”指明了核心路徑。同時(shí)，課標(biāo)還具體指出教學(xué)要注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境、注重開展實(shí)驗(yàn)探究、注重教學(xué)結(jié)構(gòu)化，進(jìn)一步為教師“怎么教”提供了具體方法。為積極響應(yīng)當(dāng)下新課改的教育教學(xué)理念、促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效發(fā)展，課堂教學(xué)應(yīng)做到：基于真實(shí)情境挖掘有意義的學(xué)科問題，并結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)探究和解決問題，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中建立結(jié)構(gòu)化知識(shí)模塊。

一、教學(xué)主題及背景分析

1.教學(xué)主題分析

“鐵鹽和亞鐵鹽”屬于課標(biāo)必修主題2，有關(guān)內(nèi)容要求和教學(xué)策略均提倡要結(jié)合真實(shí)問題情境和實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)而展開教學(xué)，情境素材建議使用“補(bǔ)鐵劑、印刷電路板的制作等”。由此可知，元素及其化合物的教學(xué)應(yīng)緊扣真實(shí)問題情境和實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)這兩條主線?！拌F鹽和亞鐵鹽”是多價(jià)態(tài)金屬元素的典型代表，也是學(xué)生后續(xù)認(rèn)識(shí)其他陌生多價(jià)態(tài)元素的重要基礎(chǔ)。為此，現(xiàn)行人教版教材多次運(yùn)用“思考討論”“實(shí)驗(yàn)”“方法導(dǎo)引”欄目突出呈現(xiàn)“鐵鹽和亞鐵鹽的相互轉(zhuǎn)化”，著重引導(dǎo)學(xué)生基于物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)并設(shè)計(jì)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化途徑，相應(yīng)的教學(xué)也需幫助學(xué)生建構(gòu)“價(jià)-類”二維認(rèn)識(shí)模型，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)化。

2.教學(xué)背景分析

在課標(biāo)指導(dǎo)下，教師們圍繞真實(shí)問題情境和實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)這兩條主線對(duì)“鐵鹽和亞鐵鹽”教學(xué)進(jìn)行了諸多探索。如劉妍老師等人圍繞“暖寶寶”的使用挖掘?qū)W科問題，在探究和問題解決的過程中培養(yǎng)學(xué)生多方面的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。［2］王正兵老師基于素養(yǎng)為本的教學(xué)理念，選取生活常見“補(bǔ)鐵劑”為素材，結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)。［3］葉躍娟老師等人，以“印刷電路板腐蝕液”為情境素材，結(jié)合活動(dòng)體驗(yàn)和問題引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。［4］陸衛(wèi)星老師基于深度學(xué)習(xí)理念，以磁性氧化鐵的應(yīng)用情境引出制備問題，在問題解決中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科思維和核心素養(yǎng)。［5］廖玉紅老師等人以“補(bǔ)鐵口服液”為情境，開展素養(yǎng)為本的教學(xué)。［6］于鳳娥老師以“幸運(yùn)小鐵魚是否能補(bǔ)鐵”為主題，結(jié)合系列問題探索深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)。［7］以上老師們均在不同程度上結(jié)合了真實(shí)情境和化學(xué)實(shí)驗(yàn)這兩條主線而開展教學(xué)，但各教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于這兩條主線的素材選取和推進(jìn)深度又稍有不同。

結(jié)合教學(xué)實(shí)踐和文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，以往有關(guān)“鐵鹽和亞鐵鹽”的教學(xué)設(shè)計(jì)，常存在以下問題：一是情境問題的挖掘不夠充分，情境未能貫穿課堂始終，情境素材與授課知識(shí)之間的銜接缺乏自然性，學(xué)生難以深入情境。二是實(shí)驗(yàn)活動(dòng)開展不夠充分，如實(shí)物觀察、理論預(yù)測(cè)、證據(jù)推導(dǎo)等活動(dòng)未能深入開展，學(xué)生的學(xué)習(xí)未能獲得充分的宏觀證據(jù)支撐。三是依賴“鐵三角”關(guān)系圖，沒有密切聯(lián)系鐵元素的價(jià)態(tài)變化，未能突出“價(jià)-類”二維的科學(xué)認(rèn)識(shí)模型。

二、教學(xué)思想與創(chuàng)新

1.巧用情境，充分挖掘問題

基于情境的教學(xué)要力求“講究真、追求美、注重情、突出思”，充分考慮“學(xué)生—知識(shí)—社會(huì)”三者的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)和有機(jī)融合。［8］“鐵鹽和亞鐵鹽”在生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用，教學(xué)可圍繞“組成—性質(zhì)—用途”這一邏輯線選取應(yīng)用情境、挖掘真實(shí)問題。本設(shè)計(jì)選取“硫酸亞鐵肥的使用”為情境素材，充分挖掘其中涉及的化學(xué)問題，并設(shè)置“園藝師”角色，引導(dǎo)學(xué)生從“園藝師”的站位出發(fā)，剖析、探究并解決硫酸亞鐵肥使用過程中的系列問題。巧用貫穿教學(xué)始終的情境，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)一場(chǎng)沉浸式的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“知識(shí)—能力—素養(yǎng)”的多維發(fā)展。

2.輪番實(shí)驗(yàn)，深入推動(dòng)參與

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生深入學(xué)習(xí)元素及其化合物的必要支持和重要途徑，它能夠?yàn)閷W(xué)生提供宏觀的證據(jù)現(xiàn)象和直觀的視聽體驗(yàn)，幫助學(xué)生基于真實(shí)體驗(yàn)認(rèn)知物質(zhì)性質(zhì)及變化，發(fā)展學(xué)生動(dòng)手、觀察、辯證思維、推理等學(xué)科關(guān)鍵能力。本設(shè)計(jì)采用輪番的化學(xué)實(shí)驗(yàn)輔助“鐵鹽和亞鐵鹽”的教學(xué)。通過實(shí)驗(yàn)搭建可參與的課堂活動(dòng)平臺(tái)，讓學(xué)生在實(shí)物觀察、方案設(shè)計(jì)和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的過程中真實(shí)參與學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)手、腦、眼、口的多感官聯(lián)動(dòng)，深化參與程度，提高學(xué)習(xí)效率。

3.聯(lián)系“價(jià)-類”，構(gòu)建認(rèn)識(shí)模型

人教版教材在介紹“鐵鹽和亞鐵鹽”之后，通過方法導(dǎo)引欄目介紹了認(rèn)識(shí)元素及其化合物性質(zhì)的視角——物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)，即“價(jià)-類”二維的認(rèn)識(shí)模型?！皟r(jià)-類”二維的認(rèn)識(shí)模型旨在引導(dǎo)學(xué)生基于物質(zhì)類別通性和氧化還原反應(yīng)原理預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)，為研究物質(zhì)及其變化提供了一種科學(xué)思路。鐵元素是學(xué)生初次接觸多價(jià)態(tài)金屬元素，鐵及其化合物種類豐富、轉(zhuǎn)化交錯(cuò)，學(xué)生學(xué)起來難免混沌不清，而基于“價(jià)-類”二維去預(yù)測(cè)并認(rèn)識(shí)鐵及其化合物則能較好地克服這一困難。

三、“素養(yǎng)為本”的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.“素養(yǎng)為本”的教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

表1 教學(xué)目標(biāo)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

2.“素養(yǎng)為本”的教學(xué)思路

圖1 “素養(yǎng)為本的教學(xué)思路”

3.“素養(yǎng)為本”的教學(xué)主要過程

（1）新課導(dǎo)入

【資料卡片】鐵元素是動(dòng)植物體內(nèi)的必需微量元素。植物缺鐵會(huì)出現(xiàn)新葉變黃、葉子白化、停止生長等病狀。

【問題1】若你是園藝師，試想如何改善植物缺鐵？請(qǐng)分享課前預(yù)習(xí)設(shè)計(jì)的植物補(bǔ)鐵方案。

【學(xué)生】方案1：直接在土壤里埋入鐵釘。

【信息】植物能有效吸收Fe2+，卻較難吸收Fe3+。

【追問】從化學(xué)的角度分析，方案1可行嗎？

【學(xué)生】結(jié)合提示信息和已學(xué)知識(shí)，解釋鐵釘生銹后生成Fe2O3，鐵元素的價(jià)態(tài)為+3，不易被植物吸收，不建議直接埋入鐵釘。

【追問】各位園藝師還有其他方法給植物補(bǔ)鐵嗎？

【學(xué)生】使用含有+2價(jià)鐵的肥料。

（2）課堂前測(cè)

鐵元素的常見價(jià)態(tài)有哪些？請(qǐng)基于已學(xué)的含鐵物質(zhì)，補(bǔ)充鐵元素“價(jià)-類”二維圖（1）（如圖2）。

圖2 鐵元素的“價(jià)-類”二維圖（1）

【提問】含有+2價(jià)鐵的化合物FeO、Fe（OH）2穩(wěn)定性如何？它們具有什么性質(zhì)？

【學(xué)生】回憶FeO、Fe（OH）2的不穩(wěn)定性和還原性。

【追問】含有+2價(jià)鐵的亞鐵鹽肥料穩(wěn)定性如何呢？

（3）參與式學(xué)習(xí)1：實(shí)驗(yàn)探究硫酸亞鐵肥的使用注意事項(xiàng)。

【教師】淘寶搜索，展示硫酸亞鐵肥的使用注意事項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生挖掘使用中的化學(xué)問題。

【學(xué)生】根據(jù)硫酸亞鐵肥的使用說明書提取信息，挖掘化學(xué)問題。

【問題2】為何硫酸亞鐵水溶液要現(xiàn)配現(xiàn)用，存放一段時(shí)間后會(huì)發(fā)黃失效？請(qǐng)各位園藝師從化學(xué)的角度出發(fā)，嘗試解答。

【學(xué)生】根據(jù)Fe（OH）2在空氣中易被氧化，聯(lián)系猜想可能是Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+。

【追問】如何獲取證據(jù)驗(yàn)證上述猜想？什么樣的現(xiàn)象能夠說明Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+？

【小組實(shí)驗(yàn)】溶解硫酸亞鐵肥，久置并觀察溶液顏色變化。

【方法指導(dǎo)】請(qǐng)各位園藝師結(jié)合鐵元素的價(jià)態(tài)思考溶液顏色變化的原因。

【小組匯報(bào)】硫酸亞鐵易溶于水，其水溶液顏色由淺綠色逐漸變?yōu)辄S色，說明Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+。

【小結(jié)1】鐵鹽、亞鐵鹽的水溶性、顏色，F(xiàn)e2+的還原性。

（4）參與式學(xué)習(xí)2：實(shí)驗(yàn)再探硫酸亞鐵肥的用戶使用反饋。

【教師】展示硫酸亞鐵肥商品頁面中的用戶使用評(píng)價(jià)。

【學(xué)生】瀏覽用戶使用評(píng)價(jià)，嘗試提取化學(xué)問題。

【問題3】肥料發(fā)黃后還有肥效嗎？是部分失效，還是完全失效？

【學(xué)生】根據(jù)肥料顏色變化解釋肥料發(fā)黃是因?yàn)榱蛩醽嗚F被氧化成了硫酸鐵。猜想可能Fe2+部分被氧化成Fe3+，肥料部分失效；也可能Fe2+全部被氧化Fe3+，肥料完全失效。

【追問】請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是部分氧化失效還是全部氧化失效？

【方法指導(dǎo)】提示學(xué)生根據(jù)已知的鐵鹽和亞鐵鹽的性質(zhì)差異設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

【小組討論】根據(jù)已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，方案一：觀察溶液顏色；方案二：滴加氫氧化鈉溶液。

【實(shí)驗(yàn)并評(píng)價(jià)】分小組合作，完成方案一、二的實(shí)驗(yàn)，并評(píng)價(jià)方案做的結(jié)果的可靠性。

【教師】點(diǎn)評(píng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)所得結(jié)果不夠準(zhǔn)確可靠。

【演示實(shí)驗(yàn)】教師演示課本實(shí)驗(yàn)3-2，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象。

【提問】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何？這說明了什么？

【學(xué)生】Fe2+的鹽溶液遇到KSCN溶液不變色，F(xiàn)e3+的鹽溶液遇到KCSN溶液變成紅色，說明可以用KSCN溶液檢驗(yàn)Fe3+。

【小結(jié)2】歸納鐵鹽、亞鐵鹽的化學(xué)性質(zhì)，F(xiàn)e2+、Fe3+的檢驗(yàn)方法。

【問題4】請(qǐng)各位園藝師結(jié)合鐵鹽、亞鐵鹽的性質(zhì)回答，如何合理保存硫酸亞鐵肥？

【學(xué)生】思考并給出保存意見。

（5）參與式學(xué)習(xí)3：基于實(shí)驗(yàn)優(yōu)化硫酸亞鐵肥的使用。

【問題5】發(fā)黃的硫酸亞鐵肥還有補(bǔ)救方法嗎？請(qǐng)各位園藝師結(jié)合硫酸亞鐵肥的物質(zhì)類別和其所含鐵元素的價(jià)態(tài)給出合理的建議。

【小組討論】結(jié)合鐵元素的“價(jià)-類”二維圖，討論并分享補(bǔ)救方法。

【點(diǎn)評(píng)】教師點(diǎn)評(píng)學(xué)生分享的補(bǔ)救方法，師生共同優(yōu)化敲定補(bǔ)救方法為：在發(fā)黃的硫酸亞鐵肥溶液中加入過量的鐵粉。

【演示實(shí)驗(yàn)】教師演示課本實(shí)驗(yàn)3-3，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象并思考原因。

【提問】加入鐵粉充分反應(yīng)后，溶液顏色變化如何？涉及的離子反應(yīng)是什么？

取上清液滴入氯水后，溶液顏色變化如何？涉及的離子反應(yīng)是什么？

【學(xué)生】結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察回答問題，書寫實(shí)驗(yàn)中Fe2+、Fe3+轉(zhuǎn)化的離子方程式。

【點(diǎn)評(píng)】教師點(diǎn)評(píng)學(xué)生回答，并邀請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)板書實(shí)驗(yàn)中Fe2+、Fe3+轉(zhuǎn)化的離子方程式。

【問題6】施用硫酸亞鐵肥溶液時(shí)，為保肥效，建議根灌還是噴灑？

【學(xué)生】基于Fe2+的還原性討論施用方式。

【點(diǎn)評(píng)】教師簡(jiǎn)要點(diǎn)評(píng)學(xué)生給出的建議并追問原因。

【小結(jié)3】Fe2+、Fe3+的相互轉(zhuǎn)化（如圖3），鐵元素的“價(jià)-類”二維圖（2）（如圖4）。

圖3 “鐵三角”轉(zhuǎn)化

圖4 鐵元素的“價(jià)-類”二維圖（2）

（6）課堂后測(cè)

【問題7】人體補(bǔ)鐵時(shí)，醫(yī)生建議同服補(bǔ)鐵劑和維生素C效果會(huì)更好，這是為什么？試結(jié)合本課所學(xué)知識(shí)進(jìn)行解釋。

【信息】維生素C具有還原性。

【學(xué)生】結(jié)合亞鐵鹽的性質(zhì)和所給信息進(jìn)行解釋。

【問題8】課后任務(wù)：課后查閱服用補(bǔ)鐵劑有哪些注意事項(xiàng)？

（7）課堂總結(jié)

【教師】本次園藝師體驗(yàn)課堂已接近尾聲，請(qǐng)你說說本節(jié)課的收獲、體會(huì)或疑惑。

【自由發(fā)言】學(xué)生自由舉手分享收獲。

【教師】強(qiáng)調(diào)“價(jià)-類”二維的認(rèn)識(shí)模型，檢驗(yàn)回顧鐵鹽、亞鐵鹽的性質(zhì)。

四、教學(xué)思考

1.突出“價(jià)-類”思維，建構(gòu)轉(zhuǎn)化模型

本設(shè)計(jì)緊扣“價(jià)-類”思維，通過課堂前測(cè)和參與式學(xué)習(xí)中的系列問題，促使學(xué)生不斷調(diào)用物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)的二維視角去認(rèn)識(shí)鐵鹽和亞鐵鹽的性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生逐步建構(gòu)和完善鐵元素的“價(jià)-類”二維圖。將學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握由記憶水平提升到富有學(xué)科思維、學(xué)科理解的水平，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的素養(yǎng)化；幫助學(xué)生在頭腦中建構(gòu)起“基于物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)及轉(zhuǎn)化”的認(rèn)識(shí)模型，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的結(jié)構(gòu)化。

2.精選情境素材，融合貫穿課堂

適當(dāng)?shù)那榫乘夭目蔀檎n堂錦上添花。本設(shè)計(jì)精選硫酸亞鐵肥的使用情境展開教學(xué)，深挖情境中的化學(xué)問題，逐步牽引出情境中的化學(xué)知識(shí)。真實(shí)的問題引導(dǎo)使得課堂環(huán)節(jié)的銜接自然而緊密，情境貫穿課堂始終，學(xué)生在角色任務(wù)中可實(shí)現(xiàn)一場(chǎng)暢快的、沉浸的、真實(shí)的學(xué)習(xí)。

3.開展實(shí)驗(yàn)探究，強(qiáng)化學(xué)科素養(yǎng)

要促進(jìn)學(xué)生對(duì)元素化合物知識(shí)的深層學(xué)習(xí)，教學(xué)就離不開實(shí)驗(yàn)探究。本設(shè)計(jì)在三個(gè)參與式學(xué)習(xí)中輪番開展實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案、合作完成探究、小組評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)等，在輪番的實(shí)驗(yàn)探究中發(fā)展并強(qiáng)化學(xué)生多方面的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，落實(shí)“素養(yǎng)為本”的課堂教學(xué)。