巧用情境线索 渗透核心素养 创设生机课堂

马佩强 孟静

摘要：以补铁剂为线索，设计了“检验补铁剂中铁元素的价态”“鉴定补铁剂溶液中是否含有Fe3+”“探究Fe2+与Fe3+相互转化的条件”“防止补铁剂变质的措施”四大核心任务，适时渗透学科核心素养，让学生在科学探究实践中认识铁的重要化合物的性质及相互转化关系，为后续元素化合物学习奠定基础。

关键词：补铁剂;价类二维认知模型;学科核心素养;科学探究

文章编号：1008-0546（ 2019）09-0051-05

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.016

《普通高中化学课程标准（2017版）》要求开展“素养为本”的教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力[1]。笔者在执教2018年山东省“互联网+教师专业发展”工程高中化学省级工作坊现场会公开课“铁的重要化合物”时，遵循上述理念，以补铁剂为线索，让学生结合已有的经验，在价类二维认知模型的指导下，开展了一系列探究活动，使学生的探究能力和创新意识得到了明显提升。

一、教学内容与学情分析

本节是普通高中现行人教版化学《必修1》教材的第三章第二节《几种重要的金属化合物》中的一个框题，在第一章从实验学化学和第二章化学物质及其变化的基础上，系统介绍了钠、铝、铁等金属单质和钠、铝的重要化合物之后出现的内容。这些内容连同后面即将学习的系列元素化合物的知识既为前两章的实验和理论知识补充了丰富的感性知识素材，又为后续物质结构、元素周期律、化学反应与能量等理论知识打下了重要的基础，对于强化学生从物质类别、元素价态变化角度认识物质性质及其转化的意识和能力有着非常重要的意义[2]。

开设本节时，学生进入高中化学的学习已有近三个月的時间，对高中化学的内容特点和学习方法有了一定的了解，对科学探究的一般程序有了初步的认识，但自主进行方案设计并实施探究的能力还十分薄弱，亟待结合一些典型的素材进行强化和提高。同时，学生尽管已经接触过氧化还原反应，但从氧化还原反应的角度认识物质的性质及其转化的意识还不强，笔者在开设这节课之前，曾经设计了一道前置作业题，让学生用图示表示从不同角度对铁的重要化合物进行分类的结果，绝大多数同学都从物质类别角度进行了分类，仅有极少数同学想到了从化合价角度进行分类，由此可见，学生头脑中还未建立起从化合价和物质类别两个视角审视元素化合物的认知模型。

二、情境素材的选取和教学思路的确立

新课标十分倡导基于真实问题情境的探究学习，因此，从备课之初，笔者就一直在寻找合适的情境素材。新版课程标准在本部分给出了“补铁剂”“实验室中硫酸亚铁的保存与使用”“印刷电路板的制作”“菠菜中铁元素的检验”等素材[3]，经过认真的研读与思考，笔者最终将目光锁定在了补铁剂上。市面上有一种最常见的补铁剂主要成分为FeS04（备注：本课中所选补铁剂为复方硫酸亚铁颗粒，其优点为主剂和矫味剂分别独立包装，主剂成分简单，实验现象受杂质干扰较少），对其主要成分的检验和变质条件、防护措施的探究可以很好地与Fe2+、Fe3+的检验及其相互转化建立联系，恰好契合本节课的内容重点，并且围绕探究过程展开的大胆猜想、方案设计、实验实施、证据收集、分析推理、交流评价等活动又能很好地落实新课标中提出的学科核心素养要求，利用它来设计真实的探究情境再合适不过。

但笔者在设计过程中发现，仅有问题情境的创设和探究活动的设计，缺少必要的理论模型支撑，猜想推理缺乏依据，学习深度不够。经过反复的斟酌与思考，在新课标学业要求“能从物质类别、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”的启发下，找到了解决问题的突破口，决定引导学生在价类二维认知模型[4]的指导下，利用科学探究的方式来进行本部分内容的学习。

三、教学与评价目标[5]

l.教学目标

（1）通过科学探究过程，从物质类别及氧化性、还原性等角度认识铁的化合物的主要性质及相互转化途径，初步建立价类二维元素观。

（2）通过对铁的化合物性质的研究过程，引导学生初步确立研究元素化合物性质的思路和方法。

（3）通过探究实验活动，提高学生的化学实验能力和化学思维能力。

2.评价目标

（1）通过对补铁剂中铁元素价态的探究实验设计方案的交流和点评，诊断并发展学生实验探究的水平（基于经验水平、基于概念原理水平）。

（2）通过对Fe2+与Fe3+相互转化条件的探究实验方案的设计与实施，诊断并发展学生对物质及其转化思路的认识水平（孤立水平、系统水平）和探究实验方案的设计水平（模仿水平、理性水平）。

（3）通过对补铁剂防变质失效措施的讨论，诊断并发展学生解决实际问题的能力水平（孤立水平、系统水平）及其对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。

四、教学重点和难点

1.教学重点

用价类二维的视角认识研究铁的化合物的性质，Fe3+、Fe2+的检验方法，Fe3+、Fe2+相互转化的条件。

2.教学难点

Fe3+、Fe2+相互转化的条件。

五、教学过程

[引入]前置作业中有这样一个问题，让大家从不同的角度对铁及其重要化合物进行分类，下面我来展示两位同学的答案，第一位同学从物质类别角度进行了分类，且答案非常工整，第二位同学除此之外，还想到了从化合价的角度对其分类研究，但是答案还有待完善。现在我们把这两个研究视角融合到一个直角坐标系中呈现，横坐标从物质类别角度研究，纵坐标按化合价分类研究，这个图称为价类二维图。价类二维图是我们学习元素化合物的方向图，路线图，是分类观与氧化还原观相互结合的认知模型，今天我们就用它来揭开铁的化合物的神秘面纱。

[媒体展示]铁及其化合物的价类二维图（如图1所示）

设计意图：运用分类法对物质进行分类，体验分类研究物质的思想，据此建立起以物质类别为横坐标，以化合价为纵坐标的二维认知视图。

任务1：探究补铁剂中铁元素的价态

[讲述展示]铁的化合物应用广泛，可以说深入到了我们生活的每一个角落，补铁剂就是其中～种，它是预防和治疗缺铁性贫血的药物，我手头有一种补铁剂（展示药品包装，如图2所示，用手遮挡“亚铁”字样），已知它的主要成分是某价态铁的硫酸盐，并且不含其他金属元素，究竟是几价铁的硫酸盐呢，我希望同学们通过科学探究告诉我答案。

[PPT展示]回顾科学探究的一般流程：提出问题和假设，设计方案，实施实验，获取证据，分析解释，形成结论，交流评价。

[设问]根据已有的知识和经验，你想到了采用什么方法通过什么现象来证明补铁剂中的铁元素是二价铁还是三价铁呢？

[學生回答]氢氧化物沉淀法，通过观察生成沉淀的颜色来判断铁元素的价态。

设计意图：让学生利用已有知识主动思考Fe2+、Fe3+的检验方法，锻炼学生从头脑中提取相关信息解决实际问题的能力，培养学生的成就感，为后续方法的引入做好铺垫。

[媒体展示]资料卡片：Fe（OH）2为白色，Fe（OH）3为红褐色。

[学生活动]学生思考讨论后以小组为单位进行展示汇报：

生1：向补铁剂中加入NaOH溶液，若生成白色沉淀，说明含Fe2+;若生成红褐色沉淀，说明含Fe3+。（教师追问：直接向固体颗粒中加NaOH溶液吗？） 生2：未溶解的固体颗粒会影响对沉淀的观察，所以需要先将补铁剂颗粒溶于水再加NaOH溶液。

[PPT展示]提出问题：补铁剂中铁元素的价态是+2价还是+3价？

作出假设：补铁剂中的铁元素是+2价。

设计方案：

①将补铁剂颗粒溶于适量水;

②取少量补铁剂溶液，加入NaOH溶液。

若生成白色沉淀，说明补铁剂中的铁元素是+2价;若生成红褐色沉淀，则说明是+3价。

设计意图：将Fe2+、Fe3+的检验方法转化成具有操作性的方案，培养学生依据探究目的设计探究方案的能力，加深对科学探究核心要素的认识。

[分发试剂]现场启封补铁剂包装，将补铁剂胶囊分发到各小组（每小组一粒），并强调实验注意事项：补铁剂颗粒加约1/3试管水充分溶解后，倒出2-3 mL用于本实验，剩余溶液用到后续实验;取FeCl2、FeCl3溶液开展对照实验。

[学生活动]各小组按要求，在投影有关步骤和试剂用量指导下开展实验。

[汇报点评]学生汇报在实验中获取到的证据（实验现象）及由此所得出的结论，教师点评后投影展示（如表1所示）：

设计意图：运用实验探究的方法检验铁元素的价态，主动记录实验现象并分析形成结论，培养学生的分工协作意识和实验操作技能，让学生体会基于证据进行分析和推理对科学探究的重要性。

[追问]资料卡片说氢氧化亚铁是白色的，但实验中得到的白色沉淀却迅速变成了灰绿色沉淀，这是什么原因，你能不能根据价类二维图作一个初步的分析、判断。

[学生活动]分析思考沉淀呈灰绿色的原因。

[展示点评]学生回答沉淀呈灰绿色的可能原因，教师点评，指出氢氧化亚铁被氧化的最终产物为氢氧化铁。方程式为：4Fe（OH）2+02+2H20=4Fe（OH）3，在熟练掌握氧化还原反应方程式配平技巧之前，可以借助这样一个历史事件来记忆：四一二政变是白色恐怖下的血腥（红褐色）事件。怎样制备纯净的氢氧化亚铁，留给同学们课下思考。

设计意图：引导学生从价类二维图中寻找通常操作不易得到纯净的Fe（ OH）2的原因，从而培养学生运用方法模型思考解决问题的能力。

任务2：鉴定补铁剂溶液中是否含有Fe3+

[追问]氢氧化亚铁容易被氧化，那么Fe2+的情况怎样呢？补铁剂中Fe2+在生成氢氧化物沉淀之前会不会已经有极少量被氧化呢？又该如何检验呢？

[PPT展示]资料卡片：含有Fe3+的溶液与KSCN作用会得到红色溶液，其他离子无此性质。

[注解]这一反应是Fe3+的特征反应，并且非常灵敏，极少量的Fe3+也能检验出来。

[设问]如何检验补铁剂溶液中Fe2+有没有开始被氧化呢？

[学生回答]向配成的补铁剂溶液中加入KSCN溶液，若溶液变红，则证明有Fe3+，Fe2+已经部分被氧化;反之，则没有被氧化。

[学生活动]学生在PPT信息提示下开展实验：分别取2-3 mL（2滴管）FeC12、FeC13、补铁剂溶液，各加入2-3滴KSCN溶液，观察并记录实验现象。

[学生汇报]生1：向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，溶液不变红色;向FeCl3溶液中加入KSCN溶液，溶液变红色;向补补铁剂溶液中加入KSCN溶液，溶液不变红色，说明补铁剂溶液中不含Fe3+，进而证明Fe2+未被氧化。

生2：向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，溶液显示微微的红色。

[激疑点评]哪位学生描述的更加客观呢？（有的学生再仔细观察实验试管中的溶液，有的学生则陷入沉思。）其实，两种情况都是有可能的，我们要充分尊重事实。试剂是前一天配制的，结果说明了Fe2+是很容易被氧化的。

设计意图：让学生通过具体实验操作体验Fe3+检验的特征反应，并用以检验补铁剂中有无Fe3+，进一步锻炼学生的实验操作技能，培养其合作意识和严谨求实的科学态度。

[方案评价]生1：氢氧化物沉淀法现象明显，操作简单，但检验容易受到其他离子的干扰，有一定局限性。

生2：KSCN法用于检验Fe3+存在灵敏度高，结果可靠，但只能检验Fe3+，不能检验Fe2+的存在。（教师追问：真的不能吗？）

生3：可将其转化为Fe3+来检验。

[点评]非常好，说明同学们已开始有意识地利用价类二维图来进行思考问题了。

设计意图：通过交流、展示、互动，对氢氧化物沉淀法和KSCN法的优缺点进行分析评价，从转化观的角度思考Fe2+的检验方法，让学生初步树立对实验方案进行反思评价和拓展的意识，为下一环节探究Fe2+与Fe3+相互转化的条件做好铺垫。

任务3：探究Fe2+与Fe3+相互转化的条件

[过渡]哪些物质能够实现价类二维图中Fe2+到Fe3+的转化，哪些又能实现Fe3+到Fe2+的转化？这些转化条件对我们保存补铁剂有什么启示？请利用手头提供的试剂，设计适当的方案进行探究。

[学生活动]学生思考后展示：

生1：我想，現有的试剂中氯水和双氧水可将Fe2+氧化成Fe3+，因此向FeCl2溶液中加入氯水或双氧水，再加入KSCN溶液，若溶液变红，则可证明前面猜想成立。（教师追问：这样的方案在本实验中没什么问题，若某亚铁盐溶液中原本混有Fe3+，你又如何说明Fe3+是原本有的还是氧化生成的呢？）

生2：可以向溶液中先加入KSCN溶液，看溶液是否变红，若溶液不变红，再加入氯水或双氧水后变红，说明溶液中含有Fe2+。

生3：先加入KSCN溶液，再加氧化剂，若开始即变红，加入氧化剂后红色明显加深，说明溶液中既有Fe3+又有Fe2+。

生4：向FeCl3溶液中加入KSCN溶液，再加入铁粉，若红色褪去，证明铁粉能将Fe3+还原成Fe2+。（教师追问：现有试剂中，还有没有其他的具备这一功能？）

生5：维生素C好像也能将能将Fe3+还原成Fe2+。

设计意图：通过对Fe2+与Fe3+相互转化条件的探究方案的设计，让学生体验从氧化还原反应角度选择合适氧化剂、还原剂的思维过程，充分认识试剂添加顺序对实验结果的影响，进一步树立严谨的科学态度。

[PPT展示]教师对学生的方案进行点评完善后投影：

提出问题：哪些物质能将Fe2+氧化成Fe3+？哪些物质能将Fe3+还原成Fe2+？

作出假设：Cl2等物质能将Fe2+氧化成Fe3+;还原铁粉、维生素C等能将Fe3+还原成Fe2+。

设计方案：向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，再滴入3-5滴氯水（或双氧水），如果加入氯水后溶液变成红色，说明氯水能够将Fe2+氧化成Fe3+;向上述溶液及任务2中加入了KSCN的FeCl3溶液中分别加入一粒维生素C片和少量铁粉，如果溶液红色褪去，则说明维生素C片和铁粉能够将Fe3+还原成Fe2+。

[学生活动]学生在PPT信息提示下开展探究实验，教师提醒学生同时取任务2中加入了KSCN的补铁剂溶液进行实验。

[学生汇报]生1：取FeCl2溶液两份，各加入几滴KSCN溶液，溶液不变红，再分别加入氯水和双氧水，溶液均变红，说明氯水和双氧水均能将Fe2+氧化成Fe3+;向上述溶液及加入了KSCN的FeCl3溶液中分别加入一粒维生素C片和少量铁粉，溶液红色均褪去，说明维生素C、铁粉均能将Fe3+还原成Fe2+。（教师追问：加入了KSCN的补铁剂溶液中加入氯水或双氧水，情况又是怎样的？）

生2：补铁剂溶液中先滴加KSCN再滴加氯水，观察到溶液瞬间变红又立即褪色。（教师追问：这可能是什么原因呢？）

生3：补铁剂中可能含有其他还原性物质。

[展示点评]教师展示说明书中药剂主要成分：硫酸亚铁、维生素C和葡萄糖，鼓励学生在实验和推理的基础上敢于质疑、勇于创新，勇攀科学高峰。

[学生板演]两名学生分别板演FeCl2溶液与氯水、FeCl3溶液与铁粉反应的离子方程式，其他同学在笔记本上书写，书写完毕，教师点评并提示学有余力的同学课下尝试书写FeCl2溶液与双氧水反应的离子方程式。

[拓展]除了02、C12、H202外，还有Br2、浓H2S04、HN03、KMn04等能将Fe2+氧化成Fe3+;除了Fe、维生素C外，还有Cu、S02、I-、S032-等能将Fe3+还原成Fe2+。

设计意图：进一步培养学生的实验操作技能和科学探究水平，体会严肃认真的态度对于科学探究的重要性，养成敢于质疑、勇于创新的精神。

任务4：讨论防止补铁剂变质的措施

[设问]根据前面的探究和讨论，我们知道Fe2+很容易被空气中的氧气所氧化，那么采取怎样的措施才能防止Fe2+被氧化呢？首先思考我们配制的亚铁盐溶液，是如何防止其被氧化的。

[学生回答]生：加入铁粉，（教师追问：它是怎样发挥作用的？）因为它能将氧化生成的Fe3+还原成Fe2+。

[追问]我们常用到的补铁剂呢？

[学生回答]生1：作密封处理。

生2：加入还原性物质，如维生素C。

[PPT展示]教师点评后展示补铁剂防变质的措施：密封、加入维生素C等还原性物质，干燥处保存（防潮）。

[点评]教师同时展示几种补铁剂说明书，指出几乎所有的补铁剂药品说明书都有这样一句话：维生素C与本品同服，有利于本品吸收。由此，我想到了黄金搭档的一句经典广告词，维C和铁搭档，有助提高抵抗力，看来是有科学道理的。

设计意图：让学生充分认识化学对于改善人类生活和促进社会进步发展所作出的重大贡献，引导其树立应有的社会责任和使命担当。

[小结]生1：通过学习，掌握了Fe2+、Fe3+的检验及相互转化条件。

生2：我们了解到了Fe2+不仅具有氧化性又具有还原性。

生3：知道了Fe3+与KSCN反应的特性。（师：学习元素化合物不仅要明通性，还要识共性，更要抓特性。）

生4：学科思想和方法上，加深了对氧化还原观的认识，了解了价类二维模型。（师：价类二维模型的建立，使我们对元素化合物的认识从具体物质层面提升到了核心元素层面[6]。）

教师：本节课，我们通过对补铁剂成分及保存措施的探究，利用科学探究的方法，本着科学严谨的态度，搜集了一系列证据并进行了逻辑推理，验证了假设和猜想，在此过程中，同学们敢于质疑，勇于创新，得到了意想不到的收获和发现，充分展示了新时代青少年的责任担当。希望同学们在以后的学习中能够脚踏实地、勤学苦练，掌握过硬本领，为更加满足人民日益增长的美好生活需要，早日实现中华民族伟大复兴的中国梦作出应有的贡献。

[PPT展示]小结过程中，播放幻灯片（如图3所示）。

设计意图：引导学生梳理本节课的知识内容，加深对价类二维认知模型的认识，体会其中渗透的学科核心素养与观点，增强学好化学、造福人类的决心与信心。

[课后思考]

（1）设计制备纯净Fe（OH）2的实验方案。

（2）依据价类二维图设计制备FeS04补铁剂的途径。

设计意图：通过设计制备纯净Fe（OH）2的实验方案，增强学生利用已有知识解决实际问题的能力;通过设计制备FeSO4补铁剂的途径，将补铁剂的素材引向课后，持续激发学生进行深入探究的不竭动力，提高运用价类二维认知模型预测物质间相互转化的能力。

六、教学反思

本节课以价类二维认知模型的建构引入，从补铁剂中铁元素价态的检验、Fe3+的鉴定，補铁剂的保存措施等方面展开，让学生借助模型大但猜想和假设，设计探究方案开展实验探究。在学习过程中学生始终保持浓厚的参与兴趣，收获知识，锻炼技能，展示思维，掌握方法，体验了化学与生活、生产的密切联系，认识了化学对社会发展的重大贡献，大大强化了社会责任意识。本节课从不同的角度落实了新课标“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等素养要求，为开展基于学科核心素养的教学进行了积极、有益的尝试，进一步坚定了笔者立足学科特点，打造生机、魅力课堂的决心。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：68-77

[2]人民教育出版社课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书化学必修1教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2007：36

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：16

[4] 白建娥，何彩霞，论促进学生“元素观”发展的铁及其化合物的教学[J].中学化学教学参考，2014（10）：5-6

[5] 中华人民共和国教育部普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：93

[6] 白建娥，何彩霞，论促进学生“元素观”发展的铁及其化合物的教学[J].中学化学教学参考，2014（10）：1