基于真实情境融合课程思政、学科核心素养的化学教学设计与实践

冯莹 丁弘正 李佳

摘要：以铁制品的生产为境脉，串联起铁的存在形态、冶炼、性质与应用，从真实情境中找寻课程思政与化学学科核心素养的契合点。基于铁和水蒸气的实验探究，开展安全教育，并培养证据推理的学科核心素养;从铁的生锈、防护等问题的讨论中，发展学生模型认知的学科核心素养，落实节约资源的生态文明教育;从巨大的钢铁产量和钢铁的广泛应用出发，鼓励学生敢于质疑、勇于创新，升华科技强国的爱国主义精神。以情境为依托，借助于多种教学方法，将化学学科核心素养与课程思政理念相融合，促进化学学科与课程思政同向同行，形成协同效应。关键词：课程思政;学科核心素养;铁的单质

文章编号：1008-0546（2021）09-0051-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.013

思想政治教育与学科教学的融合、渗透是中小学坚持五育并举，落实立德树人根本任务，培养担当民族复兴大任的时代新人的重要途径[1]。在化学教学中探索课程思政，也将有助于学生进一步发展化学学科核心素养。人类在四千五百多年前就开始使用铁器。铁是目前产量最大、使用最广泛的金属，铁对于促进生产发展、改善人类生活发挥了巨大的作用。新人教版必修第一册第三章第一节铁及其化合物是联系生活、面向社会的教学内容，不仅承载着化学知识、核心素养，也是践行课程思政的重要载体。

一、学情分析

高一学生在学习“铁金属材料”这一章前，已经学习了物质分类和转化，以及重要的理论知识——氧化还原反应和离子反应，初步掌握利用类别和价态分析物质性质的方法。通过对Na、Cl这两种元素的系统学习，以及对物质的量为核心的定量认识，逐步形成了“宏观辨识与微观探析”的素养[2]。虽然学生已经具备了一定的能力去研究一些熟悉的元素及其化合物，但是面对变价金属铁，涉及物质种类多、知识零散，学生在学习过程中常常会有知识不系统，物质性质繁多、零乱的感受，且学生辩证、全面思考和总结能力依然欠缺，以及对实验的探究和思考依然浮于表层而不深入，学生习惯于被动接受式学习方式，并不能主动参与到知识的自主获得与建构过程中来。同时，面对铁在日常生活中广泛的应用，学生欠缺从应用深入到物质的性质，从表观深入到本质的能力，理论与实践的联系能力略显不足。

二、教学与评价目标

1.教学目标

（1）通过越王勾践剑为青铜器而非铁器，初步了解铁元素在自然界中的存在形态，认识其冶炼工艺和改进技术，体会化学与生产、生活实际的联系;

（2）从我国古代到现代对铁的运用，挖掘铁具有的性质，感受铁元素在科技发展进程中的贡献，增强文化自信;

（3）通过实验观察进一步认识铁的化学性质，基于实验事实写出铁与水蒸气反应的化学方程式，并用于解释生产中简单的化学问题，培养安全意识;

（4）通过小组讨论铁和各类氧化剂的反应，初步建立铁和氧化剂的反应模型。

2.评价目标

（1）通过对铁和水蒸气反应的实验探究，诊断并发展学生的实验观察和证据推理能力;

（2）通过铁与各类氧化剂转化关系的讨论和归纳，诊断并发展学生对变价金属转化的认识水平;

（3）通过铁可以被氧化，但又可以利用它被氧化服务于生活的双面讨论，诊断并发展学生对化学价值的认识水平。

三、教学设计思路

教学设计思路（见表1）。

四、主要教学过程

环节1：创设情境，提出问题

[教师引入]诸暨历史悠久，人文荟萃，是越国故地、西施故里，相傳吴越之争中，越王勾践曾在诸暨勾乘山休养生息、图谋复国。说到越王勾践，大家可能都会想到被誉为天下第一剑的越王勾践剑。大家知道它是什么材质吗？

[学生回答]青铜剑。

[教师追问]为什么越王勾践不用铁来铸造他的兵器？

[学生讨论]铁在自然界中主要以+2和+3价化合物的形态存在，只有极少数以单质形态存在……。

[教师展示]各类铁矿石图片：陨铁、赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿、菱铁矿……。

[教师追问]既然铁在自然界中主要以化合态存在，且铁元素在自然界中含量仅次于氧、硅和铝，居第四位，那么为什么不用铁矿石进行冶炼呢？

[学生猜想]可能受当时的冶炼技术所限。

[教师展示]追寻铁矿石冶炼铁的历史：春秋战国——宋代——现代。

[教师提问]虽然铁的冶炼技术不断更新，但是所涉及的反应原理基本一致，请书写冶炼相关方程式。

设计意图：结合学生熟悉的乡土文化创设情境，增加学生亲切感，拉近师生间的距离，有利于学生尽快进入良好学习状态。同时，从越王勾践这一中华传统文化出发，过渡到化学学科知识，引导学生透过外在现象，分析内在本质，于历史渊源与证据推理中增强文化自觉、文化自信。

环节2：分析推理，实验验证

[教师展示]冶炼得到的铁水，需要注入模具中，钢铁厂总会在醒目的位置贴出安全告示：炽热的铁水或钢水注入模具之前，模具必须进行充分的干燥处理，不得留有水。

[小组讨论]（1）从理论上看，铁是否具备与水反应的可能性？（2）铁能和什么状态的水反应？（3）除了氢气，猜测一下还有什么产物？

[实验演示]铁和水蒸气的改进实验：在一支大试管中加入一颗已浸泡的水宝宝，同时塞上一团湿棉花，加入还原铁粉，先进行预热，然后两只酒精灯分别对水宝宝、还原铁粉进行加热，将产生的气体通人肥皂液中，然后用燃着的火柴靠近肥皂液。

[教师提问]你观察到了什么实验现象？

[学生观察]产生了黑色的固体，听到了爆鸣声。

[教师提问]这说明铁确实可以和水蒸气反应，生成了氢气，那么这个黑色的固体可能是什么呢？有哪些可能性呢？

[生生讨论]小组讨论黑色固体的各种可能性。

[教师展示]资料卡：FeO、Fe2O3、Fe3O4、Fe（OH）2、Fe（OH）3的颜色、磁性、稳定性。

[教师追问]结合实验现象和资料卡，你认为这个黑色固体是什么？是否可以进行实验验证呢？

[教师引导]四氧化三铁被称为磁铁矿，可以吸引铁粉，我们来试试。

[任务布置]结合探究结果，请写出相应的化学方程式，并用双线桥表示电子转移的方向和数目。

设计意图：顺势承接铁的冶炼，利用钢铁厂安全生产提示引出本节课的重难点——铁和水蒸气的反应，类比钠和水的反应，预测可能的产物，通过实验操作和部分产物的检验，初步构建反应方程式，通过实验现象的观察，预测全部产物。借助于铁和水蒸气反应的探究，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，从而建立认知模型，揭示本质。以直观实验增强学生对安全生产的认识，掌握化学知识增强社会责任感。

环节3：寻找实例，体现性质

[过渡、展示]冶炼得到的铁，注入模具后，还需反复捶打，投屏展示打铁的图片。

[教师提问]（1）反复捶打铁器，体现了铁的什么性质？（2）在生活中还能寻找到哪些体现铁的各类物理性质的应用？

[学生回答]：反复捶打，体现了铁的延展性。平时，我们使用铁锅烧水煮菜，体现了铁的导热性，铁还可以制成导线，体现了导电性。

[教师提问]大家有没有留意过油罐车尾部会拖着一条铁链，这是为什么呢？

[生生讨论]油在运输的时候，会与桶壁摩擦起电，这一条铁链是为了将产生的电荷及时转移到大地，这样就不会产生爆炸了。

设计意图：通过问题的引导，以生活化的感性认知丰富学生对铁的物理性质的理性認知，形成性质决定用途，用途体现性质的观念，培养学生宏观辨识与微观探析的学科核心素养，掌握用联系观连接生活实例与物质性质。

环节4：构建模型，深化认知

[教师提问]千锤百炼后的铁在日常生活中有非常广泛的应用，而在应用中我们最担心铁生锈。铁生锈其实质是铁被氧化剂氧化，生成了铁锈。那么铁还可以与哪些常见的氧化剂反应呢？

[学生回答]氯气、硫、氧气、稀硫酸、硫酸铜……

[教师追问]铁与氯气、铁与硫反应，产物分别是什么？

[学生回答]分别生成了氯化铁和硫化亚铁。

[教师追问]同样的还原剂，为什么产物中铁的价态不同？

[生生讨论]这与氧化剂氧化性的强弱有关，氯气氧化性强，将铁氧化为+3价，而硫氧化性弱，只能将铁氧化为+2价。

[教师评价、追问]非常好。那么哪些氧化剂能将铁氧化为+3价，哪些氧化剂只能将铁氧化为+2价呢？

[学生归纳]强氧化剂氯气、溴单质、硝酸能将铁氧化为+3价，而硫、碘单质、稀硫酸、硫酸铜等弱氧化剂只能将铁氧化为+2价。

[教师提问]铁与氧气反应，如果是在空气中慢慢生锈，将会生成铁锈Fe2O3·nH2O，而如果在纯氧中燃烧，火星四射，生成Fe3O4，这又说明了什么？

[学生讨论]铁与同一氧化剂反应，反应条件不同，氧化产物也不同。

[教师总结]同一还原剂与氧化剂发生氧化还原反应时，氧化剂的强弱和反应条件都会影响产物。

[教师任务设计]铁器那么容易生锈，造成了大量的资源浪费，那么该如何预防其生锈呢？请大家提出宝贵的意见。

[小组汇报]方法一：金属表面覆盖保护层：涂油漆、镀不活泼金属等;方法二：改变金属组成或结构：添加其他元素形成耐蚀合金;方法三：金属表面生成一层致密的氧化膜……。

[教师提问]铁易被氧化，但不是一味地预防，有时候我们恰恰需要利用铁被氧化的性质，请同学们寻找一下生活中的实例？

[学生回答]月饼等食品中会放脱氧剂，脱氧剂的主要成分是还原铁粉。还有暖宝宝中也含有铁粉，铁被氧化放出热量，供暖。

[教师评价]所以我们需要全面且辩证地看到物质的性质。

设计意图：从铁易生锈引出所学的各类氧化剂，归纳总结铁与氧化剂反应的模型;与此同时，引导学生多重视角、辩证地看待事物，使得学生站在更高角度，更全面认识事物;铁易生锈势必造成资源的巨大损失，引导学生树立节约资源的可持续发展意识，增强社会责任感，能运用所学知识，为资源的节约和社会的发展贡献自己的力量，潜移默化中融合课程思政理念开展生态文明教育。

环节5：联系实际，科技创新

[教师展示]播放世界各国钢铁产量动态排行榜的视频。

[教师提问]如此巨大的钢铁产量，究竟用到了哪些领域呢？

[师生互补交流]钢铁在现代国防科技（东风-17弹道导弹、中国第一艘国产航空母舰——山东舰）、基础建设（高铁、港珠澳大桥）等的应用，感受铁元素在科技发展进程中的贡献。

设计意图：从巨大的钢铁产量出发，给学生造成强烈的视觉冲击，增加学生内心的自豪感;巨大的钢铁产量不仅为人们的生活提供便利，也助推社会发展、国家繁荣、民族复兴;通过铁在国防科技、基础建设上的广泛引用，感受科技的力量，增强文化自信，潜移默化中进行爱国主义教育。

五、教学效果及反思

本节课教学设计打破教材的安排体系，以铁制品的生产为境脉，串联起铁的存在形态、冶炼、铁与水蒸气的反应、铁的物理性质、铁的化学性质等知识。实验探究亮点突出，不仅改进了实验，通过加热水宝宝持续提供水蒸气，反应时间缩短且现象明显实验成功率高，问题设置层层递进，从基于经验事实预测到实验现象观察、资料卡知识学习，排除各项干扰，发展了学生从孤立水平到系统水平的学习能力。铁与各类氧化剂的作用，从初建模型到实验对比，进一步完善模型，发展了学生模型认知的核心素养。本节课始终以学生为主体，生生讨论、师生间深入追问，将内隐的思维过程外显且提炼出来。学生课堂参与度高，踊跃发言且正确率较高，课后的访谈中同学们说：“想不到小时候玩的水宝宝竟然可以持续提供水蒸气，使得实验非常成功，看来生活中的点点滴滴都需要积累，这样才能在关键点上发挥作用”“中国巨大的钢铁产量让我们自豪，钢铁不仅为我们生活提高便利，也在助推社会的发展、国家的繁荣、民族的复兴，我们一定好好学习化学，将来为祖国的发展做贡献……”等等。以铁的单质创设的情境，将安全生产的科学态度、节约资源的社会责任、科技强国的爱国主义教育与化学核心素养融合升华，该公开课在绍兴市优质课评比中获得了专家及一线教师的好评，并荣获一等奖。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《中小学德育工作指南》的通知[EB/OL].2017-8-22

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3-4