基于实验探究发展学生化学核心素养的教学设计

高佳玉 张援 王伟群

摘要： 科学探究在化学课程发展学生核心素养中处于核心地位，也是学生学习化学课程的重要方式。实验探究是化学科学探究最重要的形式。基于实验探究进行“铁及其化合物”的高三复习课教学，设计了系列实验探究活動，在帮助学生对知识体系进行重构的过程中，促进学生建立宏微观念，认识物质变化，建构认知模型，感受学科价值，全面发展学生的学科核心素养。

关键词： 实验探究; 核心素养; 高三化学复习; 铁及其化合物

文章编号： 10056629（2020）10005605

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 指导思想

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中素养4“科学探究与创新意识”要求学生认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动;能发现和提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行探究;勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新[1]。吴星教授认为“科学探究和创新意识”处于化学学科核心素养的中心位置;“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”以化学科学探究为载体，又是化学科学探究的研究内容和思维视角;“证据推理与模型认知”是化学科学探究形成结论的思维方法;“科学态度与社会责任”是化学科学探究在情感态度和价值观维度的重要成果[2]。教学中怎样才能发挥科学探究的中心地位，辐射全面的学科核心素养？本文以“铁及其化合物”的高三复习课教学为例，通过引导学生开展一系列实验探究活动，探索基于科学探究全面发展学生化学学科核心素养的路径。

2 教学分析

高中化学必修1中的“铁及其化合物”是重要的元素化合物知识，也是生产和生活中最为常见的物质。结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其重要化合物的主要性质，了解它们在生产、生活中的应用[3]，这是课程标准给出的教学最低要求。但高三复习课和新授课的要求肯定不同，再次罗列物质的性质、用途等知识“炒个冷饭”，是远远不够的。利用《物质结构与性质》《化学反应原理》等模块知识对铁及其化合物知识进行重构，让学生站在更高的平台上去审视铁及其化合物，进而加深对化学反应原理和物质结构知识的理解，是十分必要的。

高三学生虽有较成熟的心智，但如果处于长时间的题海中还是会身心俱疲。创设生动的教学情境，让学生通过实验探究，综合运用知识解决问题，不仅可以使重构的知识变得鲜活，也能促进学生素养的全面提升。特别是这个阶段的学生已经具有一定的探究能力，掌握了较全面的化学知识，具备了较熟练的实验技能，通过实验探究引导学生运用知识解决问题，是可行的。

3 教学目标

本节课力求以实验探究为基础，将核心素养的发展渗透到“铁及其化合物”复习课的教学中，并由此设定了课时教学目标，如图1所示。

4 教学过程

本节课围绕“铁及其化合物”的复习，通过实验探究，将整个学习过程分为4个环节，环环相扣，层层深入，引领学生建立和深化化学基本观念，提高学生的问题解决能力，发展学生的化学学科核心素养。

4.1 创设情境，揭开美丽之谜

[回顾情境并重复实验]刚过去不久的学校秋季运动会上，本班方队经过主席台时，班长向同学拉起的“空白”横幅上喷洒FeCl3溶液，横幅上顿时显示出不同颜色的文字，组成了班级运动会宣言，这一创意获得了学校颁发的“最佳创意奖”。

[引导思考]请同学们以小组为单位，讨论白色条幅显现彩色字体的化学原理。

[讨论交流]学生提出各种猜测，教师揭秘横幅上预先写字所用的溶液，字体颜色和与所用溶液的对应关系如表1所示。

[过渡]铁元素是一种过渡元素，过渡元素的化合物往往都有颜色，这和过渡元素原子（或离子）的外围电子排布有关。请同学们分别写出Fe、 Fe2+、 Fe3+的电子排布式。

[练习书写]Fe 1s22s22p63s23p63d64s2，  Fe2+[Ar]3d6， Fe3+[Ar]3d5。

[教师小结]结构决定性质，Fe2+和Fe3+3d轨道上的电子排布是导致其形成不同颜色化合物的原因所在。我们可以将常见含铁元素的物质颜色及其价态、类别做一个归纳，如图2所示。

教学分析： 本节课的导入创意新颖别致，通过一个有趣的活动场景，在彰显化学学科美的同时，很好地激发了学生的学习兴趣。但课堂教学并未止步于“美”，而是通过探索“美”的化学本质，复习了Fe、 Fe2+、 Fe3+三者的电子排布知识，通过回忆常见含铁的化合物的颜色，建立起铁及其化合物的分类知识网络，使得“结构决定性质”这一化学观念得以体现，将学科核心素养中“宏观辨识与微观探析”的培养落到了实处。

4.2 引导探究，认识物质反应

[情境创设]“粉墙黛瓦”是姑苏建筑的重要特征。黛瓦通常指的是青色的砖瓦。红砖也是一种常见的建筑材料。

[实验探究]向学生展示红砖的断面，砖的外层呈现红色，内部呈现灰色。

[引导讨论]红砖内外颜色不同，据说是由于其中铁元素的价态不同引起的，请同学们设计实验方案来验证这种说法。

学生甲： 取砖块外部红色碎屑，研成细粉，装入试管中，滴加适量稀盐酸溶解片刻后过滤，向滤液中滴加KSCN溶液，若溶液变红，说明溶液中含有Fe3+，则砖块外部可能含有Fe2O3。

学生乙： 取砖块内部灰色样品，研成粉末，装入试管中，滴加适量稀盐酸，过滤，向滤液中滴加KSCN溶液，溶液不变红，再滴加氯水，若溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2+，则砖块内部可能含有FeO。

学生丙： 检验砖内部灰色样品时不应该滴加KSCN溶液，而应将其滴加入酸性KMnO4溶液中，若溶液褪色，说明溶液中含有Fe2+，则砖块内部可能含有FeO。

[引导实验]三位同学设计的方案看起来都是有理有据，但结果怎样还需要实验证明。请大家分三组完成三个方案的实验。

[学生实验]实施对应学生甲和学生乙实验方案的小组同学在滴加KSCN试剂后，发现溶液都立即变红;实施对应学生丙实验方案的小组同学发现酸性KMnO4溶液褪色。

[引导讨论]甲同学和丙同学的实验方案都得到了验证，但是乙同学的方案实验现象与预想的并不一致，请思考如何来解释？

[教师归纳]虽然从表面上看砖块外面是红色里面是灰色，这实际上是由于在烧制过程中，砖块内外黏土所处的温度、空气、水分等环境因素不同造成的，这反映出砖块内部黑色物质的成分并不单一。因此，在检验Fe2+时要考虑其中含有Fe3+的可能性。

学生丁： 既然砖块内部成分复杂，丙同学实验方案中酸性KMnO4溶液褪色，也有可能是酸性KMnO4氧化其他还原性物质的结果，不一定是Fe2+。

教学分析： 这个环节也是学生利用“铁三角”模型解决问题的过程，不仅能加深对铁单质及其化合物转化关系的理解，也由于问题融合了实验设计、分析推理和归纳应用等学习过程，提高了能力。加之这又是一个实际的生产问题，是通过巧妙的设计达到目的，学生在欣赏化学知识解决问题的同时，也感受到化学的学科价值。

5 教学反思

不同于一般的复習课，高三复习不应该是以往知识的简单梳理和归纳，教学中如果能以元素化合物知识为载体，融通不同模块的知识，基于实验进行探究教学，可以帮助学生以不同视角进行知识建构，运用知识解决复杂问题，促进学科核心素养的全面发展。

5.1 复习课可以落实发展学生学科核心素养

复习课不仅为应试，也可以发展学生的学科核心素养，关键在教学设计。本节课基于实验探究，从过渡元素铁的核外电子排布特征引出“结构决定性质”，进而对“铁及其化合物”的性质做一系列复习，学生在综合运用知识解决问题的过程中，学习方式和思维方式得到转变，发展了化学学科核心素养。

5.2 素养的发展比掌握具体的知识更重要

元素周期表中一百多种元素能形成的化合物不计其数，性质也是千差万别。就本节课涉及的铁及其化合物的知识就足以让我们充分理解这一点。掌握那么多具体的知识对任何一个人都是不可能的，也是不必要的。将教学重心从让学生掌握具体知识转向素养的发展，特别是核心素养的发展，是教学的重中之重，包括复习课的教学。因为那些关键能力和必备的品格，才是学生发展之本，终身受用。

5.3 “实验探究”可以成为全面发展学生化学学科核心素养的核心

实验是化学学科的特点，基于实验探究合理设计教学可以全面促进学生学科核心素养的发展。在实验现象的观察与解释、实验结果的分析和推理、实验方案的设计与实施中，不仅能充分调用学生头脑中已有的知识解决问题，进行知识的复习，还能在解决问题的过程中，全面提升学生的化学学科核心素养。

参考文献：

[1][3]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[2]吴星. 对高中化学核心素养的认识[J]. 化学教学， 2017， （5）： 3～7.

[4]陆国琴. “问题链”在元素化合物教学中的应用——以“铁及其化合物的转化”教学为例[J]. 化学教与学， 2015， （2）： 40～41.