基于項目式學習的鐵及其化合物高三復習課
——乳酸亞鐵的制備

劉雪梅 趙攀弟

(合肥市第九中學 安徽合肥 230000)

《普通高中化學課程標準(2017年版)》建議化學教師采用一些方式以提高學生的核心素養。項目式學習可以引導學生應用綜合知識解決復雜的問題,形成解題思路和思維模型,建構學科體系,開展深度學習,故項目式學習成為當前教學研究的熱點。基于項目式學習,教師可根據教學情境制訂學習任務,學生通過完成任務,對特定問題進行思考和認知,在實際操作和團隊合作中獲取更多知識、鍛煉相關的技能。通過項目式學習,學生能夠主動地探究真實的問題,和真實的世界建立聯系,明白為什么而學。

創設有效情境教學能夠營造輕松的課堂教學氛圍,還能激發學生學習化學的興趣,使學生感受到生活來源于化學,化學能促進社會進步,以此發展學生的科學精神,培養學生的社會責任。乳酸亞鐵是二代補鐵劑,如果貧血嚴重,可以選乳酸亞鐵補充。那乳酸亞鐵如何制備呢?本課伊始,教師引導學生思考如何制備、如何選擇實驗器材,制訂實驗方案等。

一、項目式學習背景

首先,高三學生對有機物和無機物的基礎知識例如鐵及其化合物、有機物中的羧酸和醇類的性質等已基本掌握?；趯W情,教師可引導學生嘗試制備乳酸亞鐵。

其次,化學實驗探究能讓學生真正參與到學習的過程中,使學生獲得將化學知識應用于生活中的成就感,在獲得知識和能力的同時,感受“做科學”的過程,極大地調動了學習積極性。因此,開展化學實驗探究是培養學生學科核心素養的有效途徑之一。

二、項目式學習目標

通過開展“乳酸亞鐵的制備”實驗使學生認識到利用化學手段解決醫學以及健康問題的重要性,增強學生學習化學的興趣和社會責任感,發展學生的科學探究精神和創新意識以及實驗的水平,使學生體會到化學是基于實驗的一門科學,形成科學探究的思維,培養科學精神。

三、項目式學習活動規劃

基于教學情境及項目主題“乳酸亞鐵的制備”,提出驅動性問題:如何制備乳酸亞鐵?學習活動包括三個核心環節:第一個環節是引導學生提出制備乳酸亞鐵的方案;第二個環節是制備乳酸亞鐵,評價實驗方案;第三個環節是對成品進行檢驗。學生通過活動,完成鐵及其化合物的基礎知識的復習。

表1 教學環節

三、項目式學習實施過程

環節一:設計乳酸亞鐵的制備方案

老師:同學們,我們上節課了解了飲食補鐵,當飲食補鐵達不到需求時,需要通過服用補鐵劑補鐵,補鐵劑有哪些類型呢?

學生表示不太了解。

老師:隨著社會的進步,補鐵劑種類不斷豐富。20世紀60年代初,第二代補鐵劑進入市場,近幾年又研制出第三代口服補鐵劑。同學們,你們能依據鐵及其化合物的性質設計乳酸亞鐵制備方案嗎?請同學們分小組討論5分鐘,然后由小組代表講出你們的設計方案。

學生提出以下幾種方案。

設計意圖:根據提供的一些素材,學生知道了生活中補鐵劑的常見類型和乳酸的結構簡式。學生依據所學的乳酸知識,討論得出制備乳酸亞鐵的方法。學生通過小組討論培養的創新意識、科學精神與社會責任。

環節二:探索乳酸亞鐵的制備

【演示實驗】

老師:在工業生產中如何提高反應速率,同時保證實驗安全呢?

學生:適當升高溫度,增大接觸面積。安全反應后再通空氣將H2趕盡。

老師:請同學們分析用該實驗方案制備乳酸亞鐵的優缺點,思考有沒有更好的實驗方案,小組討論。

小組代表評價方案:該實驗產生的H2與空氣接觸可能會導致爆炸,所以該方案用于工業生產不安全,可以試試方案二。

【學生實驗】先向試管中加入1 mL NH4HCO3溶液,再逐漸滴加硫酸亞鐵溶液,最后加入乳酸。

學生1:有白色沉淀,帶有灰綠色,同時有氣泡冒出,再加乳酸時也有氣泡冒出。

老師追問:會不會生成FeCO3?如何證明產物中有FeCO3?為何會同時生成Fe(OH)2和FeCO3?

提示:Ksp[Fe(OH)2]=8×10-16,Ksp[FeCO3]=2×10-11

Fe2+與NH4HCO3中的CO32-、OH-反應生成白色物質FeCO3和Fe(OH)2。

老師:因為易被氧化,所以工業制備乳酸亞鐵不采用Fe(OH)2與乳酸的反應。如何防止生成Fe(OH)2呢?

學生:使OH-濃度小,控制pH值呈酸性。

老師:剛制備的FeCO3易被氧化,如何防止Fe2+被氧化?

學生:制備H2將空氣趕走,再制備FeCO3,最后加乳酸。

老師:請同學們根據下圖(圖1)選擇合適的裝置和藥品組裝制備乳酸亞鐵。

圖1 各種儀器

(方案二的制備裝置是儀器A+B+C)

學生展示組裝好的裝置(圖2)。

圖2 學生組裝儀器

老師:該方案在工業生產上有何優缺點?還有沒有更好的方法?

小組代表評價方案:反應產生H2,存在安全問題。步驟多,對裝置的要求高,且產率低,過程復雜。可能還有更好的制備方案。

教師出示資料“乳酸亞鐵的制備”,然后播放事先做實驗的視頻。

老師:請同學們分析以下問題。

(1)加入(CH3CH(OH)COO)2Fe和CaSO4的目的是什么?

(2)抽濾后的固體是什么物質?(提示:根據CaSO4和乳酸亞鐵的溶解度。)

(3)如何由乳酸亞鐵溶液得到晶體?操作過程是什么?

老師:防止(CH3CH(OH)COO)2Fe被氧化,可使用旋轉蒸發儀進行低溫蒸發。該方案比前面兩個方案更安全,產率更高,對設備要求低,成本低。因此用方案三制備乳酸亞鐵更安全,效率更高。

乳酸亞鐵屬于第二代補鐵劑,現在已經有了第三代補鐵劑,同學們在課下可以思考制備第三代補鐵劑的方法。

設計意圖:學生討論設計方案,通過分析方案的優缺點,選擇最佳制備方法,體會科學發展的魅力,感受科學的進步、社會的進步是通過一步步驗證實現的。

環節三:檢驗

老師:如何檢驗我們制取的產品是乳酸亞鐵晶體?請同學們思考有哪些檢驗方法。

設計意圖:通過選擇最佳實驗方案制備乳酸亞鐵的活動,學生由課內到課外,實現了深度學習。學生在學習中發現問題,思考并嘗試解決方案,更好地發揮了主觀能動性。通過改變學習方式,進而提高學生學習能力,使其了解有機物質結構,培養了學生宏觀辨識與微觀探析的素養。

四、項目式學習反思

(一)轉變教學思路

把課上好是前提。教師還需要從學生的生活出發設計教學情境,培養學生用化學知識解決生活生產中的問題的化學核心素養。

(二)關注學生的素養發展

項目式學習方式能促進學生核心素養的發展。在乳酸亞鐵的制備項目中,教師構建了“任務—問題—活動—評價”的四線合一活動實施路徑,讓學生經歷思考、探究、求真的過程,最終促進學生認知的結構化和素養的發展。在項目式學習過程中,教師關注學生在學習活動中的表現,及時把握學生對知識的理解程度,幫助學生跨越認知障礙。

(三)完善項目設計和評價體系

在本次項目式學習中學生不但復習了鐵及其化合物的知識,還掌握了制備儀器的選擇和使用方法。在該過程中教師是引導者,應采用多種方式教學,完善測評體系,達到項目式學習目標,幫助高三學生復習基礎知識,彰顯化學的社會價值,提升學生的學科理解能力。

(四)項目式學習實施過程中的優缺點

優點是引入教學情境,從開始了解補鐵劑到設計方案再到實驗制備產品,培養了學生的自豪感和學習化學的信心。缺點是由于難以達到真空狀態,因此產物的純度不高。筆者原本想從網上搜索有關工業制備乳酸亞鐵的視頻播放給學生看,但沒有搜索到。