“宏-微-符”三重表征法在中學化學實驗教學中的應用
——以“Fe2+與Fe3+的檢驗”為例*

遲 捷，段 超，付 甜，尚永輝，王宏社**

(1.寶雞文理學院化學化工學院，陜西 寶雞 721013；2.咸陽師范學院化學與化工學院，陜西 咸陽 712000)

1 課題概況

“Fe2+與Fe3+的檢驗”這節課編排于人教版必修1第三章第一節。從本章內容看，首先，由淺入深學習鐵單質及其氧化物，然后，以Fe2+與Fe3+的性質及轉化為主要內容，介紹了鐵離子的檢驗。從教材整體看，該部分內容起到承前啟后的重要作用。第一章學習了離子反應及方程式書寫、氧化還原反應等相關內容，而“Fe2+與Fe3+的檢驗”這部分內容可以很好的體現前面知識的應用，在鞏固和應用舊知同時，學生又是第一次學習變價金屬，符合學生學習的認知規律，繼上節課Fe2+與Fe3+相互轉化后，本節課Fe2+與Fe3+的檢驗實驗就成為要突破的重難點，同時為人教版必修二第五章《非金屬及其化合物》的學習及基礎實驗探究做鋪墊。“Fe2+與Fe3+的檢驗”這節課的教學難點是引導學生構建“宏-微-符”三重表征法的思維模型和引導學生體會化學學科在工業生產以及實際生活中的重大價值。

2 學情分析

2.1 知識層面

學生對鐵及其化合物在初中階段有了一定程度的了解，并且必修1第一章學習了離子反應及氧化還原反應相關知識、第二章學習金屬鈉的相關知識，第三章開篇也學習了鐵單質及其氧化物的相關知識，因此學生具備從“宏-微-符”三方面進行深入學習探究能力[1]。

2.2 技能層面

學生通過初中和高中階段基礎實驗操作的訓練，具備一定的基礎實驗操作能力和觀察分析問題的能力，但嚴謹的邏輯推理和完整的實驗探究能力還有待進一步培養和加強[2，3]。

2.3 心理層面

學生對化學實驗、化學現象興趣有較強的探求欲、表現欲和成就欲，有較大的解決實際問題的熱情，因此從課題實驗探究角度引導學生構建“宏-微-符”三重表征思維模型效果會更好[4，5]。

3 教學創新

1)根據2017版新課標的要求，要以發展學生化學學科的核心素養為主旨，從“證據推理與模型認知”這一維度，將“宏-微-符”三重表征思維模型(圖1)融入到化學實驗教學當中去，引導學生逐步學會用模型解釋化學現象及揭示現象的本質和規律[6]。

圖1 “宏-微-符”三重表征思維模型

2)任務環節環環相扣，層層遞進，促進學生深度學習探究。

3)課堂導入生活情境，使化學與生活緊密相連，激發學生解決問題的欲望。

4)充分發揮化學實驗的獨特價值，通過化學實驗的探究學習，引導學生構建三重表征思維模型。

5)課堂最后介紹化學檢驗員這一職業，不僅引導學生了解與化學相關的職業，同時引導學生學以致用，通過小組合作進行自主實驗探究的模式，利用所學的檢驗方法進行生活中常見食物的檢驗，使我們的探究學習沒有脫離生活實際，真正達到育人的教育目的。

4 教學設計

4.1 教學環節一：課堂導入—Fe2+與Fe3+的生活應用

在日常生活中，我們食用的動物肝臟常含有二價血紅素鐵，它極易被人體吸收；而食用的一些植物性食物當中，常含有三價非血紅素鐵，它不易被人體吸收。將三價非血紅素鐵轉化成二價血紅素鐵就可以被人體吸收。

從氧化還原角度來看，從+3價鐵轉化為+2價鐵，化合價是降低的，需要借助哪些物質才能夠實現二者轉化？維C具有還原性，日常生活中飲食上常搭配一些富含維C的食物，就能夠將植物性食物當中不易被人體吸收的三價血紅素鐵轉換成易被人體吸收的二價血紅素鐵，因此飲食要均衡，才能更有利于鐵元素在人體中的攝入。相反，如果從+2價鐵轉化為+3價鐵，則需要加入氧化劑。在研究它們相互轉化時，又是如何判斷它們已經轉化了？這就涉及到Fe2+與Fe3+的檢驗問題。

4.2 教學環節二：新課講授—Fe2+與Fe3+的單獨檢驗

4.3 教學環節三：新課講授—Fe2+與Fe3+的混合檢驗

4.4 教學環節四：做化學檢驗員—趣味課堂

隨著科技的發展和進步，化學檢驗員的職業發展趨勢也在不斷增加，化學檢驗員的工作內容涉及多個領域，例如藥品、食品、化妝品、環境檢測等。化學檢驗員是負責化學物質檢測和質量控制的工作人員，他們通過實驗和分析，對化學物質的質量、安全性和可靠性進行評估和控制；化學檢驗員需要具備專業的知識技能，包括化學、生物化學、分析化學等方面知識，還要熟練掌握實驗技能，包括定性、定量、分離、分析等技能。

探究我們生活中的食品，如“菠菜、動物肝臟、木耳、蛋黃”中，是否含有鐵元素？鐵是人體必需的微量元素。食用富含鐵元素的食品，可以補充人體所需的鐵元素。通過已學習探究過的化學實驗方法檢驗食品中的鐵元素，體驗實驗研究的一般過程以及化學知識在日常生活生產實際中的應用，培養學生科學探究精神與創新意識以及培養學生科學態度與社會責任感的養成。菠菜、動物肝臟、木耳等食物中含有豐富的鐵元素，請以“菠菜中鐵元素的檢驗為例”進行檢驗研究。(a)查閱資料：“以菠菜中鐵元素的檢驗”為關鍵詞進行搜索，查閱相關資料，收集相關檢驗方法，整理相關資料。(b)研究實驗方案：每個小組成員根據本組同學收集整理的相關資料，共同設計一個本組認為比較合理的試驗檢驗方案，進行實驗探究。(c)根據實驗方案進行實驗探究。可供參考的試驗方案：用電子天平稱量 10 g 菠菜，將稱量后的菠菜放于研缽中進行細細的研磨，研磨好后將其倒入小燒杯中，加入 20 mL 蒸餾水，用玻璃杯攪拌。將上述濁液過濾，得到的濾液就是我們要進行檢驗的樣品溶液。然后根據我們剛剛所學習的鐵離子溶液檢驗方法，進行實驗探究，整個檢驗過程依然以“宏-微-符”三重表征的思維模型進行探究學習。

4.5 教學環節四：課堂總結

通過課堂小實驗，重點探究了Fe2+與Fe3+單獨檢驗方法。在整個實驗探究中，我們不僅從物質類別和元素化合價角度進行知識的探究學習，同時我們將“宏-微-符”三重表征法的學習思維模型貫穿始終，相信同學們已經對這種思維模型有了更深入的理解。其實，在我們生活中，有很多相關的課題值得我們去研究，希望同學們在今后生活中遇到與科學、特別是與化學相關的議題時，用科學探究的思維去理性思考，做一個有科學素養的公民！

5 教學反思

1)應給學生更多自我發揮實驗探究空間，而不是限定范圍，更有助于激發學生開拓創新精神。

2)教學評價應具有針對性和及時性，在本節課實驗探究前，教師就應設置合理的量化評價標準，有助于學生及時了解自己學習情況，取長補短，同時教師也能夠意識到教學過程中存在哪些不足，改變教學策略，提高教學效率，有助于教學相長。

3)“宏-微-符”三重表征法也只僅僅能通過化學實驗課進行模型建立，其他課程內容的學習也要建立相應的模型認知，引導學生靈活運用，更加深入理解三重表征的內涵。