基于項目式學習的“菠菜補鐵”實驗探究方案設計與實踐

鐵是人體必需的微量元素，參與血紅蛋白合成、氧氣運輸等重要生理功能。缺鐵性貧血是全球性健康問題，據世界衛生組織統計，全球約 10%～20% 的人口受缺鐵性貧血困擾。菠菜作為常見的蔬菜，因含鐵量高被視為補鐵食物，常被宣傳為“補鐵佳品”，但其鐵的存在形式（草酸亞鐵）及生物利用度常被忽視，實際補鐵效果的科學性值得探究。本研究基于《普通高中化學課程標準》對真實情境教學的要求，以“菠菜補鐵可行性”為驅動性問題，結合《普通高中化學課程標準》對學科核心素養的要求，通過項目式學習引導學生探究菠菜中鐵元素的檢測、定量及生物有效性，培養科學探究與證據推理能力，促進化學核心素養的發展；引導學生從化學視角分析問題，培養科學探究能力與批判性思維。

一、項目式學習的理論基礎

項目式教學以建構主義理論為基礎，強調通過解決真實、復雜的問題促進學生知識建構與能力發展。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，真實情境是化學核心素養形成的重要平臺。本項自圍繞“菠菜補鐵”這一生活問題，設計實驗探究、數據分析、方案優化等任務，幫助學生將鐵元素的性質、檢測方法與實際應用結合，深化“結構決定性質”“性質決定用途”的化學觀念。

二、項目式學習教學目標

1.通過應用價類二維模型設計菠菜中鐵元素的檢測方案，發展學生的模型認知素養。

2.通過檢驗菠菜中鐵元素，發現問題并不斷優

化實驗方案，發展科學探究能力，培養嚴謹的科學態度。

3.通過經歷完整的項目過程，提高學生分析和解決問題的能力，初步形成真實情境下研究物質性質的思路。

三、項目式學習設計與實施

（一）項目設計思路

知識：學生已經學習過鐵鹽與亞鐵鹽的性質及檢驗，為完成實驗設計提供理論依據。

能力：學生具有一定的實驗操作能力，能夠初步設計實驗、觀察分析和歸納總結。

障礙：學生缺乏將所學知識應用于解決真實問題的能力，缺乏嚴謹的科學探究經驗。

（二）項目步驟：

任務1：查閱資料，分析菠菜中鐵的存在形式0 FeC₂O₄ ）及其溶解性。

任務2：設計實驗檢測鐵元素（酸溶、灼燒等預處理方法對比）。

任務3：優化比色法測定鐵含量，處理干擾因素

（如 Mg²⁺ 、高錳酸鉀顏色干擾）。

項目總結：評估菠菜補鐵的實際效果，提出科學建議。

（三）項目式學習教學過程

情境：預防因缺鐵所引起的疾病，所以需要攝取一定量的鐵元素，菠菜中有鐵元素，我們能否通過吃菠菜來攝取鐵元素？

活動1：查閱資料，了解菠菜中鐵元素存在的形式。

100g 菠菜中的營養成分：

水分 91.0g 草酸 0.2g ，糖類 2.8g ，胡蘿卜素 2.92mg ，維生素 B₁0.04mg ，維生素 B₂0.11mg ，維生素 C32mg ，視黃醇 0.487mg ，纖維素 1.7g ，蛋白質 2.6g ，脂肪 0.3g 磷 47mg ，硒 0.97μg ，鈣 66mg ，鈉 85.2mg ，鉀 311mg 鎂 58mg ，錳 0.66mg ，鋅 0.85mg ，銅 0.1mg ，鐵 2.9mg （實際含量可能因種植環境、品種等因素有所不同）

含鐵物質主要為 FeC₂O₄ 。

問題： FeC₂O₄ 能否溶于水呢？

初次設計實驗、檢驗菠菜汁中的鐵元素，并進行匯報

實驗結論：菠菜汁中不含鐵元素。

問題：如何溶解菠菜中的草酸亞鐵？

學生回答：用酸溶解。

教師追問：用哪種酸，選用依據是什么？

學生回答：硫酸或鹽酸，強酸制弱酸。

教師追問：還可以用哪種酸？

學生思考后回答：還可以用硝酸，但直接將草酸亞鐵氧化至鐵離子。

學生回答：還可以灼燒再酸溶。

教師追問：灼燒的目的是什么？

學生回答：有機物灼燒可以變成二氧化碳

【設計意圖】教師通過前置任務，讓學生了解到人體需要鐵元素，而菠菜中含有比較豐富的鐵元素，通過查詢菠菜中的營養成分，學生結合自身所學的知識，然后教師引出問題，分析解菠菜中鐵元素存在的形式。在此過程中，學生有較強的參與意識，同時對后期實驗設計產生強烈的興趣。

問題：如何檢驗溶液中的鐵元素呢？

活動2：各小組設計實驗方案，動手實驗并填寫實驗報告。

教師與學生共同探討實驗方案活動，各小組展示實驗報告，并進行小組間的交流

成果展示：測定鐵元素的實驗流程

模型認知：通過設計“酸溶—顯色—檢測\"實驗流程，構建物質檢驗的認知模型。

【設計意圖】在教師的幫助下，學生通過掌握的知識設計完成實驗檢驗菠菜中的鐵元素價態，通過小組間的交流合作，逐步完善實驗方案，此過程促使學生進一步鞏固了對 Fe²⁺ 、 Fe³⁺ 基本性質及檢驗方式的認識。

問題： 150g 菠菜中含有多少鐵元素？活動3：設計定量方案，并交流討論。學生展示方案一：

灼燒 H2SO4 過濾

菠菜 Fe3+ （葉綠素） 酸度

足量鐵粉 KMnO4（aq） Fe2+ Fe3+ （葉綠素）

學生質疑1：酸溶中的過量的硫酸與鐵粉反應，會影響菠菜中鐵含量的測定

討論得出結論：可以改用 Zn 粉

學生質疑2：既然比較顏色，用紫紅色的酸性高錳酸鉀溶液會不會干擾實驗？

學生展示方案二：

學生質疑3：菠菜中還含有 Mg 等元素，也會轉變為沉淀，影響菠菜中鐵含量的測定。

老師：下面介紹一種靈敏度好、準確度高的方法。

資料卡片：

比色法以生成有色化合物的顯色反應為基礎，通過比較或測量有色物質溶液顏色深度來確定待測組分含量的方法，顏色的深度與物質的含量成正比。

顯色反應應具有較高的靈敏度和選擇性。反應生成的有色化合物的組成恒定且較穩定，并和顯色劑的顏色差別較大。

實驗原理：溶液的濃度越大，顏色越深，吸光率 越大。

實驗用品：數據采集器、色度傳感器、朗威V8.0、不同濃度 Fe（SCN）₃ 標準液、菠菜待測液（滴加KSCN）

方案：

灼燒 酸溶 過濾 過氧化氫菠菜 菠菜灰 濾液KSCN溶液煮沸 含 Fe³⁺ 溶液 傳感器測定

【設計意圖】學生在定性實驗的基礎上繼續設計鐵元素的定量測定，對自己設計方案提出了質疑，認為設計的方案有缺陷，隨后教師介紹了比色法。通過定量實驗方案的設計，提升了學生對知識的靈活應用能力和質疑能力，比色法的應用拓展了學生的視野。

活動4：記錄數據，進行計算。

150g 菠菜中含鐵為 3.47mg 。

老師：此外，測定菠菜中鐵含量還有其他方法，如火焰原子吸收分光光度法、ICP-AES法等，這些方法各有其特點和適用范圍。在實際操作中，需根據具體情況選擇合適的測定方法，并嚴格按照實驗操作規程進行，以確保測定結果的準確性。

資料卡片：

非血紅素鐵主要存在于植物性食物中，有效吸收率僅 2%～3% 。

人體正常鐵攝入量：成年男性每天 15mg ；成年女性每天 20mg 。

思考：人每天吃多少克菠菜才能滿足鐵的需求呢？

社會責任：結合非血紅素鐵吸收率（僅 2%～ 3% ），論證需食用大量菠菜（約每天 才能滿足鐵需求，反思傳統認知的局限性。

【設計意圖】通過計算，讓學生深刻體會到菠菜中鐵元素的生物利用度局限性，為科學補鐵提供了實踐依據，培養科學探究能力與批判性思維。

四、項目式學習教學效果評估

課堂觀察：學生實驗操作規范性提升，小組合作效率顯著增強。

實驗報告： 90% 學生能正確分析數據誤差來源（如比色管潔凈度）。

問卷調查： 85% 學生認為項目學習加深了對“結 構決定性質\"的理解。

五、項自式學習教學反思

通過整個項目過程，學生通過小組合作、實驗探究、交流討論等多樣化方式去解決問題，解決問題的過程中又發現新的問題，有利于培養學生的創新思維。其次，手持技術的引入，讓學生對菠菜中鐵的含量有直觀的感受，培養學生嚴謹的科學態度。當然，通過課堂觀察、當堂反饋等發現學生的動手能力稍弱，還需要進一步在實驗課堂強化。

項目式教學通過真實問題驅動，倡導問題情境化，教學內容結構化，學生學習探究化，有效促進學生知識遷移與高階思維發展。實驗表明，菠菜中鐵含量雖為 2.3mg/100g ，但受草酸及生物利用度限制，實際補鐵效果有限。建議教學中進一步引入生物化學視角（如維生素C促進鐵吸收），深化跨學科理解。

結論

本項目以“菠菜補鐵”為真實情境，通過問題驅動、實驗探究、數據論證等環節，幫助學生構建化學知識體系，提升核心素養。研究表明，菠菜雖含鐵，但受吸收率限制，補鐵效果有限。項目式學習不僅強化了學科知識，更培養了學生解決復雜問題的能力，為鐵元素的化學復習課提供了創新范式。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）S.北京：人民教育出版社，2020.

責任編輯：黃大燦