“素养为本”的元素化合物知识教学

张丽华

摘要： 元素化合物知识是高中化学课程的重要内容，也是发展学生化学学科核心素养的重要载体。在“素养为本”教学理念的背景下，对于“铁及其重要化合物”的教学，可以在“两种不同打印墨粉的打印效果不同”的真实情境中，组织学生通过对“打印墨粉中的磁性物质是什么”“怎样检验墨粉浸取液中的Fe2+和Fe3+”等问题的实验探究，在问题解决的过程中习得“铁及其重要化合物”的知识，同时提升相应的化学学科核心素养。

关键词： 素养为本; 元素化合物知识; 真实情境; 实验探究; 问题解决

文章编号： 1005-6629（2019）8-0057-05            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）要求教师确立“素养为本”的教学理念，积极开展“素养为本”的课堂教学行动研究[1]。元素化合物知识是高中化学课程内容的重要组成部分，也是发展学生化学学科核心素养的重要载体。学生在“结合实例认识金属、非金属及其化合物的多样性，了解化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在自然資源综合利用和环境保护中的重要价值”的过程中，能够体会物质性质及物质转化的价值，将知识和认识转化成问题解决的能力、科学态度和社会责任感，形成基于元素化合物知识的学科核心素养[2]。

1  设计思想

1.1  目标设计： 挖掘核心价值，凸显核心观念

基于“素养为本”的化学教学，其教学与评价目标设计要充分挖掘教学内容所蕴含的核心价值。“铁及其重要化合物”是高中化学必修课程主题2“常见的无机物及其应用”中的重要内容，是促进学生基于物质分类和氧化还原反应的视角

认识物质的重要载体，有助于学生构建元素观、变化观等学科观念，具有非常重要的素养发展价值。据此，本节课教学与评价目标设计如表1所示。

表1  “铁及其重要化合物”的教学与评价目标

教学目标评价目标

（1） 通过对“探究打印墨粉中的铁磁性物质”“Fe2+和Fe3+的检验和相互转化”“打印墨粉浸取液中Fe2+和Fe3+的检验”等方案的设计与实施，发展学生实验探究、证据推理等能力。

（2） 通过对铁盐和亚铁盐主要化学性质的探究，初步形成基于物质类别、元素价态对物质性质进行预测和验证的认识模型。

（3） 通过对两种不同打印墨粉的比较分析，增强科学选择的能力，同时了解铁及其重要化合物的有关用途，能够认同和赞赏化学学科的价值。（1） 通过对“探究打印墨粉中的铁磁性物质”“Fe2+和Fe3+的检验和相互转化”“打印墨粉浸取液中Fe2+和Fe3+的检验”等设计方案的交流与点评，诊断并发展学生实验探究的水平。

（2） 通过对铁盐和亚铁盐主要化学性质及其转化关系的讨论与点评，诊断并提升学生对物质性质及其转化思路的认识水平。

（3） 通过对两种不同打印墨粉的比较分析和判断，诊断并发展学生解决实际问题的能力及对化学价值的认识水平。

1.2  内容组织： 主题统领教学，突出核心概念

“铁及其重要化合物”是苏教版高中化学必修1专题3第二节中的内容，学生在初中阶段已有部分铁及其化合物的知识储备，并对其在生产生活中的应用也有初步的认识;专题1中物质的分类、氧化还原反应和离子反应等核心概念为本节课的学习奠定了基础。但学生头脑中的知识结构较为零乱，不能从物质类别、元素价态的视角认识物质的性质及其转化。而研究表明： 只有结构化和功能化的知识才会有素养价值，知识内容主题化，有利于反映学科本质和大概念[3]。《课程标准》也要求“元素化合物知识的学习要结合真实情境中的应用实例或通过实验探究”，要“从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，并能分析、解释有关的实验现象”[4]。因此，本节课以“两种不同打印墨粉的打印效果不同”这一真实而有意义的情境来统领三个教学环节： 初探打印墨粉中的磁性物质，如何检验Fe2+和Fe3+，再探打印墨粉中的Fe3O4。让学生迁移应用物质分类、氧化还原反应、离子反应等核心概念，设计方案、动手操作、合作探究，在问题解决中实现深度学习，促进学生认识方式的发展，实现学生思维能力的提升，落实“素养为本”的教学要求。

1.3  活动实施： 设置多重线索，落实素养目标

“素养为本”的化学教学只有通过一系列核心问题和问题链驱动学生自主、合作与探究学习，使学生活动有效、有序地开展，才能“使核心素养具体化、整合化”，并“避免素养泛化”[5]。本节课围绕三个核心问题设计一系列问题形成“问题线”，通过问题有效驱动学生在自主、合作、探究等活动中学习，构建“活动线”。学生在活动中学会分类表征、实验探究、观察分析、证据推理、交流分享，从而使化学学科核心素养得到落实，构建整个活动进程中的“素养线”。其中，“问题线”和“活动线”是课堂教学的“明线”，“素养线”是“暗线”。“明线”反映知识间的联系和活动进程的序列，“暗线”则体现化学学科核心素养目标，需要以“明线”作为载体，是化学课堂教学的灵魂。本节课的问题线、活动线和素养线设置如图1所示。

2  教学过程

2.1  初探打印墨粉中的铁磁性物质

[教师]展示两种不同品牌打印墨粉的打印效果，并提出自己的困惑。通过咨询专业人员初步得知： 与打印墨粉中的铁磁性物质有关，导出本节课的主题——探究打印墨粉中的铁元素。

[学生]观看投影，倾听教师的困惑，积极思考为什么打印效果会不同？

[教师]追问： 怎样确定打印墨粉中的铁磁性物质是什么？

设计意图： 真实具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台。所以，用真实、原生态的化学情境引入新课，以引发学生的认知冲突和探究欲望，促使他们形成积极的学习心向。

[学生]小组合作，提出假设： 铁磁性物质可能是Fe或Fe3O4;通过讨论交流，形成进一步探究的可行性方案： 先用磁铁吸引，再与酸反应观察是否有气泡。学生完成实验后，在观察与分析的基础上形成初步结论： 打印墨粉中含有铁磁性物质，但不是Fe单质。

[教师]若是Fe3O4，又该如何设计实验进一步验证我们的猜想呢？

[资料卡]四氧化三铁，又称为磁性氧化铁，可以近似地看作是氧化亚铁与氧化铁组成的化合物（FeO·Fe2O3）;此物质能溶于酸，不溶于水。

[教师]引导学生基于FeO、 Fe2O3与酸的反应形成认识： Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O。并追问： 如何检验铁磁性物质可能是Fe3O4？

[学生]小组合作交流，形成基本的探究思路（见图2）：

设计意图： 让学生亲身经历“提出问题、猜想假设、设计实验方案、形成问题解决的思路”的探究过程，培养学生“科学探究与创新意识”“证据推理与模型认知”等化学学科核心素养。

2.2  如何检验Fe2+和Fe3+

[教师]引导学生观察FeSO4和FeCl3溶液，从物质分类的视角提出可能的检验方案： 加入碱溶液。

[学生]观察FeSO4和FeCl3溶液;分别取1～2mL于2支试管中，向其中各加入NaOH溶液1～2mL，观察、记录、分析和交流实验现象。

[学生]（1）FeSO4和FeCl3溶液分别呈浅绿色和黄色;（2）FeCl3溶液中加NaOH溶液得到红褐色沉淀Fe（OH）3;（3）FeSO4溶液中加NaOH溶液，得到的沉淀有的呈白色，有的呈灰绿色。

[教师]演示用长滴管将NaOH溶液注入FeSO4溶液中制取Fe（OH）2的实验，并展示前一天制取Fe（OH）2的试管，引导学生结合自身的实验操作，分析Fe（OH）2在空气中变化的原因，并用化学方程式表征变化的过程。

设计意图： 通过问题驱动和实验探究培养学生“宏观辨识与微观探析”“科学探究与创新意识”等核心素养;通过设计层层递进的问题，搭建学生思考问题的支架，降低认知负荷，培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养。

[过渡]由于FeSO4溶液中加NaOH溶液会产生特殊的现象，NaOH溶液可用于常量下Fe2+的检验。那么，Fe2+在微量情况下该如何检验呢？

[资料卡]在含有Fe3+的溶液加入硫氰化钾（KSCN）溶液，溶液变成血红色，化学上常利用这一特征反应来检验Fe3+的存在。

[学生]完成实验： （1）分别取1～2mL FeSO4、 FeCl3溶液于2支试管中，再各加1～2滴KSCN溶液，观察现象。（2）取打印墨粉上层浸取液1～2mL，向其中加1～2滴KSCN溶液，观察现象，得出结论。

[学生]交流实验现象： （1）FeCl3溶液中加1～2滴KSCN溶液，溶液呈血红色;FeSO4溶液中加1～2滴KSCN溶液，无现象;（2）打印墨粉上层浸取液中加1～2滴KSCN溶液，溶液呈血红色，說明打印墨粉浸取液中含有Fe3+。

设计意图： 第一个实验引导学生通过实验操作获得宏观现象，结合资料卡片学习新知，发展学生“宏观辨识与微观探析”方面的核心素养。第二个实验引导学生应用新知和创新实验（利用化纤棉将黑色颗粒物压至试管底部，达到固液分离的目的）解决问题，培养学生“科学探究与创新意识”的核心素养。

[教师]继续追问： 如何检验浸取液中的Fe2+呢？引导学生从氧化还原反应的视角建构Fe2+向Fe3+的转化思路（图3）：

[学生]分别取1～2mL FeCl3溶液于2个试管中，分别向其中加Cu粉和Vc，充分振荡，观察、分析和交流实验现象。

[学生]解释说明： （1）新配制的硫酸亚铁溶液为什么要加入少许铁粉？（2）补血剂为什么和维生素C片同服的效果更好？

设计意图： 呈现资料卡片进一步提供证据，通过实验探究活动进一步构建从氧化还原的角度认识Fe3+向Fe2+转化的思维模型，体现化学学科的基本特质。学以致用，体现化学学科的价值，为学生形成适应未来社会需要的必备品格和关键能力奠基。

2.3  再探打印墨粉中的铁磁性物质

[教师]打印墨粉中为什么要添加Fe3O4呢？展示硒鼓，简要介绍其结构和Fe3O4的作用： 在鼓芯磁力的吸引下，Fe3O4可携带炭粉吸附在磁辊上，进而熔化显影，以保证打印的黑度。

[教师]比较两种墨粉的打印效果、成本、多次分装造成损耗等因素，引导学生讨论如何选择打印墨粉。

设计意图： 从不同层面对两种打印墨粉进行比较分析，增强学生科学选择的能力，提升学生对化学价值的认同感，形成理性消费的意识。

[教师]整合板书，建构价类图（图7），引导学生总结归纳本节课研究物质性质的两种思路——物质类别和元素价态，将所学知识进一步结构化和系统化。

[教师]课堂总结： 同学们，通过本节课的学习，我们懂得了任何现象的背后一定有其科学本质，我们要学会用所学的知识去发现、探索和创新，为我们的美好生活奠基，为人类的健康、社会的进步做贡献！

设计意图： 通过价类图，聚焦学科大概念[6]——元素观，将学生对元素化合物认识方式的发展外显，提升学生对元素观内涵的进一步理解，同时引导学生认同、理解和赞赏化学学科的价值。

3  教学反思

3.1  在真实情境中发展核心素养

《课程标准》明确提出要创设真实问题情境，促进学习方式的转变[7]。帕尔默（P. Palmer）也指出： 世上只有一种诚实的方法可以用来精确地评价多元化的优质教学，就是身临其境[8]。因此，本节课精选“两种不同打印墨粉的打印效果不同”的真实情境素材，提炼出“初探打印墨粉中的磁性物质”“如何检验Fe2+和Fe3+”和“再探打印墨粉中的Fe3O4”三个核心问题，进而设计形式多样的教学活动来落实铁及其重要化合物的化学性质、相互转化、实际应用等内容的学习，促进学生在活动中经历探究学习、深度学习与拓展学习的学习进阶，将学生思维不断引向深入，同时积极主动地建构富有意义、结构化的知识体系。

3.2  在实验探究中发展核心素养

化学实验不仅是学生学习化学的重要中介，而且是发展学生核心素养的重要途径。因此，本节课充分利用化学实验的独特价值，精心设计实验探究活动，组织学生围绕“探究打印墨粉中铁磁性物质”“Fe2+和Fe3+的检验”“Fe2+和Fe3+的相互转化”“打印墨粉硫酸浸取液中Fe2+和Fe3+的检验”等问题展开探究学习，帮助学生理解和掌握化学知识与技能，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观，彰显化学实验教学的功能与价值，从而发展学生化学学科核心素养。

3.3  在问题解决中发展核心素养

从问题解决的视角看，学科核心素养是学生运用从学科课程中所获得的知识和技能解决真实而有意义、复杂甚至不可预测的情境问题的过程中表现出来的综合品质和关键能力。因此，发展学生的核心素养，离不开运用化学特征的思维方式分析和解决实际问题，认同和践行化学学习价值追求。教学时，通过真实问题情境统摄下具有系统性、层次性、独立性和关联性的一系列问题链的解决，学生利用资料卡、观察实验等方法获取、表征和加工有关信息，从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计方案进行实验验证，寻找证据，并对证据进行评价应用、解释有关的实验现象，能够促进学生元素化合物认识方式的发展，以及从化学学科知识向化学学科核心素养的转化[9]。

参考文献：

[1][4][7]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 76～77， 17， 2.

[2][6]房喻， 徐端钧主编， 普通高中化学课程标准（2017版）解读[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018： 104～107.

[3][5]王磊， 魏锐. 学科核心素养发展导向的高中化学课程内容和学业要求——《普通高中化学课程标准（2017版）》解读[J]. 化学教育， 2018， 39（9）： 48～49.

[8][美]帕克·帕尔默. 吴国珍等译. 教学勇气： 漫步教师心灵[M]. 上海： 华东师范大学出版社， 2005： 14.

[9]吳星. 高中化学核心素养的建构视角[J]. 化学教学， 2017， （2）： 7.