基于真實情境的深度學習*
——以“利用覆銅板制作圖案——Fe2+和Fe3+的轉化與應用”為例

劉景玲

（廣東省梅州市曾憲梓中學 廣東 梅州 514021）

面對未來的教育要求課堂教學以素養(yǎng)為本，深度學習應運而生。化學學科深度學習是指在教師引領下，學生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習主題，開展以化學實驗為主的多種探究活動，其學習結果強調化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，化學學科思想方法的理解與內化、自主遷移與運用［1］。深度學習的關鍵在于通過創(chuàng)設真實問題情境，促進學生圍繞情境任務深入分析、探究、推理、應用等一系列的思考和行動，使學習成為學生主動參與的過程。因此在教學中為學生提供真實情境，在真實情境中解決問題，是讓學生將知識轉化為能力和素養(yǎng)的有效教學方式［2］。本文以2019 年人教版高中化學必修第一冊“利用覆銅板制作圖案——Fe2+和Fe3+的轉化與應用”教學實踐為例，探索基于真實情境的課堂教學如何促進深度學習。

一、教學內容和學情分析

1.本節(jié)課在教材中的地位和教學價值

本節(jié)課內容是人教版化學必修第一冊第三章第一節(jié)鐵及其化合物第三課時亞鐵鹽和鐵鹽的探究活動，以印刷電路板為素材創(chuàng)設活動情境，以FeCl3為代表物質，通過多輪次實驗探究，推理并驗證FeCl3與Cu的反應，檢驗混合溶液中的Fe2+和Fe3+，設計刻蝕廢液回收流程。本部分內容既可以為第一章中物質分類、離子反應和氧化還原反應這些理論知識補充感性認識的材料；又能幫助學生掌握認識物質的基本角度和方法，讓學生體驗到利用化學知識研究問題和解決問題的過程，激發(fā)學生的深度思維，培養(yǎng)學生實驗探究能力，發(fā)展證據(jù)推理能力；還能使學生認識到化學在促進社會發(fā)展、改善人類生活等方面所起到的作用，凸顯了對“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)［3］。

2.學生的學習現(xiàn)狀和困難分析

在知識上，學生已學習了物質的分類、離子反應和氧化還原反應，形成了從物質類別和氧化性、還原性這樣的角度去認識物質的視角，但還不能自主研究代表元素的氧化性和還原性，欠缺將真實問題轉化為化學問題的能力，科學探究的化學素養(yǎng)有待進一步提升。

在能力上，學生有一定的實驗技能，能夠理解單一離子的檢驗方案。但是，對于混合體系離子的檢驗，要具體問題具體分析，環(huán)境改變時檢驗方法也會改變，涉及區(qū)分Fe2+和Fe3+的相似性和特性等信息，需要學生能夠提取多維度的信息進行分析和比較，再得出結論，這些都是學生思維的難點。

二、學習目標和教學流程

1.學習目標

（1）通過模擬印刷電路板制作，引導學生從實驗中尋找反應產(chǎn)物的證據(jù)，深化物質類別和元素價態(tài)是實現(xiàn)物質轉化的認識視角這一觀念，掌握元素化合物學習的思維方法。

（2）通過刻蝕廢液中離子檢驗方案的設計、評價與實施，體驗探究過程，深刻認識到單一離子的檢驗和混合體系離子的檢驗是不同的，靈活運用知識解決問題的本質在于區(qū)分離子的相似性和特性，激發(fā)學生的深度思維，建立離子檢驗的一般思維模型，發(fā)展證據(jù)推理能力。

（3）通過設計刻蝕廢液回收流程，提高學生綜合運用化學知識解決問題的能力，培養(yǎng)“科學態(tài)度與社會責任”的核心素養(yǎng)。

2.教學流程

本課例立足于學生的最近發(fā)展區(qū)，設計融合了情境線、問題線、活動線、評價線、素養(yǎng)線為一體的教學流程，具體如表1所示。

表1 “利用覆銅板制作圖案——Fe2+和Fe3+的轉化與應用”教學流程

三、主要教學過程

情境一：揭秘印刷電路板的制作

問題1：如何實現(xiàn)Fe3+和Fe2+的轉換？該轉化在工業(yè)上有什么用？

教師播放視頻，提出教學任務。你知道覆銅板制作印刷電路的原理嗎？

活動1：觀看視頻，思考討論，理解覆銅板制作印刷電路板的過程：①用蠟或不透水的物料在覆銅板上畫出電路圖；②用FeCl3溶液作為刻蝕液，將空白部分的銅溶解掉。

設計意圖：應用媒體信息創(chuàng)設教學情境，使教學更具信息化、顯性化，增強學生對學習內容的感知能力，使學生更易理解覆銅板制作印刷電路的原理，從化學走向工業(yè)，引導學生體會知識在工業(yè)生產(chǎn)中的價值，激發(fā)學習動機，同時診斷學生能否基于元素價態(tài)角度認識物質的轉化，培養(yǎng)學生以化學的視角分析解決實際問題的能力，提高學科素養(yǎng)。

情境二：模擬印刷電路板的制作

講述：實驗需要的藥品和儀器如下：小塊覆銅板（約3 cm×5 cm）、35%［4］的FeCl3溶液、無水乙醇、蒸餾水、培養(yǎng)皿、鑷子、棉簽、油性筆（見圖1）

圖1 實驗所需儀器、用品

具體的實驗操作步驟（見圖2）：

圖2 模擬印刷電路板的制作步驟

1.制圖——在覆銅板中央用油性筆畫簡單圖案或文字，畫實畫粗。

2.浸泡——將畫好圖案的覆銅板放入培養(yǎng)皿中（圖案在下），將FeCl3刻蝕液倒入培養(yǎng)皿中浸沒過圖案，靜置10分鐘左右。

3.清洗——用鑷子取出反應后的覆銅板，依次用水、酒精清洗干凈。

問題2：浸泡過程中有哪些現(xiàn)象？

問題3：分析FeCl3刻蝕液與Cu 的反應，用離子方程式表示。

活動2：小組實驗，用覆銅板制作圖案并觀察現(xiàn)象、討論分析。

教師：引導學生從理論和實驗兩個角度分析刻蝕過程中發(fā)生的反應：Fe3++Cu■→■■ Cu2++？

理論分析：鐵比銅活潑，銅不能置換出鐵。

實驗分析：溶液顏色由黃色變?yōu)榫G色，覆銅板表面沒有固體析出，溶液中也沒有固體生成。

活動3：書寫離子方程式2Fe3++Cu====Cu2++2Fe2+

設計意圖：通過觀察實驗現(xiàn)象，分析反應原理，運用化學符號表征物質轉化過程，培養(yǎng)學會思考、發(fā)現(xiàn)問題的能力，提高實驗操作能力，構建宏觀—微觀—符號三重表征的形式。

情境三：檢驗刻蝕廢液中的Fe2+和Fe3+

問題4：根據(jù)反應原理預測廢液可能含有的陽離子，如何檢驗廢液中的Fe2+、Fe3+？你可以選擇哪些試劑？填寫表2。

表2 選擇試劑檢驗廢液中的Fe2+、Fe3+

活動4：思考、小組討論交流，設計并完善實驗方案、分組進行廢液中Fe3+的檢驗，匯報實驗現(xiàn)象和結論。在小組討論中，教師要對學生物質性質的認識角度進行追問和評價（如表3）。

表3 物質性質的認識角度

小結：刻蝕廢液中Fe3+的檢驗無法選用NaOH 溶液，其中含有的Cu2+與堿反應產(chǎn)生藍色沉淀會干擾。應該利用Fe3+的特性，取少量廢液于試管中，滴入兩滴KSCN 溶液，試管中溶液變?yōu)榧t色（見圖3 右）。說明刻蝕廢液中含有Fe3+。

圖3 刻蝕廢液中Fe3+的檢驗實驗

設計意圖：通過設計、交流修正并實施探究實驗，開展預測、設計、驗證和評價等培養(yǎng)高階思維的實驗活動，初步形成設計實驗方案的一般思路；教師及時引導，在高度開放的實驗情境中培養(yǎng)學生實驗探究能力，發(fā)展證據(jù)推理能力。

問題5：檢驗混合體系中的Fe2+，利用Fe2+的什么性質？又如何證明Fe2+被氧化成Fe3+呢？先加氧化劑還是先加KSCN呢？

活動5：根據(jù)Fe2+的物質類別和元素價態(tài)，選擇合適的試劑檢驗廢液中的Fe2+，分組完成實驗，記錄實驗結果。

討論：刻蝕廢液中Fe2+的檢驗無法選用NaOH 溶液，其中含有的Fe3+、Cu2+與堿反應均產(chǎn)生有顏色的沉淀會產(chǎn)生干擾；也不能選用KSCN和氧化劑，因為廢液中含有Fe3+，先滴入KSCN，廢液變?yōu)榧t色，再滴入氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+濃度變大了，溶液的紅色應該加深，就更紅了，但實際上這個現(xiàn)象眼睛無法觀察到。因此應該選用其他有顏色的氧化劑直接檢驗Fe2+，例如酸性高錳酸鉀。

小結：用酸性高錳酸鉀溶液檢驗Fe2+時，為排除刻蝕液中Cl-的干擾，取酸性高錳酸鉀稀溶液三等份，向其中一份滴入五滴原FeCl3刻蝕液，紫紅色溶液變?yōu)榧t色（見圖4右）；向另一份溶液中滴入五滴刻蝕廢液，溶液紫紅色褪去（見圖4中），說明刻蝕廢液中含有Fe2+。

圖4 刻蝕廢液中Fe2+的檢驗實驗

活動6：完成Fe2+與Fe3+的轉化。如圖5。

圖5 Fe2+與Fe3+的轉化圖

設計意圖：通過混合溶液中Fe2+、Fe3+的檢驗方法和Fe2+與Fe3+的轉化，使學生深刻認識到混合體系離子檢驗的關鍵是排除干擾，要綜合分析Fe2+和Fe3+的相似性和特性等多角度的信息，才能得出結論。通過逐層遞進的問題群引導學生深入思考，在理解知識的過程中形成學科思維，在解決真實問題的認知矛盾中促進深度學習。

情境四：回收刻蝕廢液

問題6：為了減少Cu2+的污染，并使刻蝕廢液循環(huán)利用，請設計流程，回收廢液中的Fe3+和Cu2+。

活動7：學生畫流程圖，小組內合作討論修改，小組代表上臺展示，小組間同學評價完善，最后形成科學方案。

設計意圖：通過設計廢液回收流程，一是引導學生能夠將價類角度分析Fe2+、Fe3+的性質遷移應用到Cu2+轉化為Cu的問題上；二是促使學生關注生態(tài)環(huán)境保護、廢棄資源回收利用等社會熱點問題，提高學生綜合運用化學知識解決實際問題的能力。

課時小結：回顧學習過程，談收獲

講述：本節(jié)課圍繞真實情境印刷電路板展開，通過一系列實驗探究，學習鐵鹽、亞鐵鹽的化學性質和混合溶液中Fe2+、Fe3+的檢驗。以后在學習物質性質時我們要繼續(xù)關注兩個核心角度，一是物質類別，二是元素化合價。

設計意圖：反思評價學習過程，深化物質類別和元素價態(tài)學習元素及其化合物性質的兩個視角，逐步感悟元素化合物學習的思維方法。

四、教學反思

1.情境素材要體現(xiàn)學科價值

本課時選擇“覆銅板制作圖案”為真實情境，設計“揭秘印刷電路板的制作”“模擬印刷電路板的制作”“檢驗刻蝕廢液中的Fe2+和Fe3+”“設計刻蝕廢液回收流程”四個具有啟發(fā)性、探究性和關聯(lián)性的情境，用問題引發(fā)學生思考，激發(fā)其內在的學習動機，逐步深入探究，培養(yǎng)以化學的視角來分析解決實際問題的能力，讓學生感受從工業(yè)生產(chǎn)走進化學，再從化學回到工業(yè)生產(chǎn)的歷程，感悟化學學科價值。

2.問題設計要引發(fā)深度學習

在真實情境中設計符合學生認知發(fā)展規(guī)律的問題串，驅動學生主動參與、深度探究，在解決真實問題的過程中建構分析問題的思維模型，促進深度學習。如情境3 設計“如何檢驗刻蝕廢液中含有Fe2+和Fe3+”“可以選擇哪些試劑”“檢驗混合體系中的Fe2+，利用Fe2+的什么性質”“如何證明Fe2+被氧化變成Fe3+”層層遞進的問題串，引導學生逐步深層思考，多角度思維，分析問題和解決問題，建構單一離子和混合體系中離子檢驗的思維模型，發(fā)展學生信息加工、實驗探究和證據(jù)推理能力。運用問題導學，能讓學生的學習從被動走向主動、從知識走向能力，從淺層走向深層。

3.學習活動應指向核心素養(yǎng)

深度學習和真實情境，都是為了培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。本節(jié)課通過多樣化和梯度化的學習活動，從多維度發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)。例如，宏微結合分析刻蝕廢液的微觀組成；在檢驗廢液中的Fe2+、Fe3+活動中，體驗離子檢驗實驗方案設計的一般思路，發(fā)展學生的科學探究和證據(jù)推理素養(yǎng)；在設計刻蝕廢液回收流程的活動中，模擬體會社會實踐的“真實過程”，引導學生增強環(huán)保意識和社會責任感。總之，通過一系列真實問題情境和學習活動，師生圍繞真實問題進行深度學習，在學習活動中發(fā)展核心素養(yǎng)。