基于真实情境的“价-类”思维的构建*

熊娟

摘要：“价-类”思维可以预测物质的性质和设计物质间的转化，对于元素化合物的学习有重要作用。以“医生给缺铁性贫血的病人开药”为情境，设计一系列情境问题，利用“价-类”二维图讨论铁盐和亚铁盐的化学性质，通过实验探究解决问题。培养学生利用“价-类”思维学习元素化合物知识，提高学生科学探究的学科素养，体会化学与生活紧密联系，增强社会责任感。

关键词：真实情境;“价-类”二维图;实验探究

文章编号：1008-0546（2022）03x-0050-05    中图分类号：G632.41    文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.012

“价-类”分别指元素价态和物质类别。2019年人教版教材化学必修第一册特别指出“物质类别和元素价态，是学习元素及其化合物性质的重要认识视角”[1]。基于物质的“价-类”思想，可以预测物质的性质和设计物质间的转化，对于元素化合物的学习有重要作用。

一、教学内容及教学现状分析

1.教学内容

“铁盐和亚铁盐”是2019年人教版教材化学第一册第三章“铁金属材料”第一节的内容。主要内容有：铁盐和亚铁盐的性质;铁盐和亚铁盐的转换;铁盐和亚铁盐的检验及应用;运用“价-类”思维分析和解决问题。

2.教学现状分析

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）在必修课程内容主题2“常见的无机物及其应用”中指出“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”[2]。本节内容将知识、实验、应用紧密结合，培养学生模型认知和证据推理、科学探究和创新意识、科学态度和社会责任的核心素养。但在实际教学中存在3个不足：（1）实验探究不足，不能应开尽开。（2）通过“铁三角”关系及化學方程式的书写强调物质的性质和转化，忽视了知识在真实情境中的应用。（3）“价-类”思维渗透不充分，忽视了元素化合物的知识素养化。

二、教学思想与创新

1.创设情境，提出问题

本节课的引入是学生自己主演，自己录制的25秒情景剧。大屏幕中有熟悉的同学，再加上字幕、图片等后期特效，同学们瞬间把注意力集中到课堂上了。提出问题：补铁药片是否含有亚铁？贫血的病人是否缺维生素C？引入问题作为情境主线，推动后续的讨论和探究，使堂课各个环节有机结合。

2.实验探究，解决问题

学生分组讨论，然后进行实验探究，解决具体情境问题，再应用本节课的知识检验生活中常见食品和药物中的亚铁离子，将化学知识与生活实际结合，体现化学学科的应用性。

3.“价-类”结合，素养提升

在铁盐和亚铁盐任务讨论探究中，构建铁元素的“价-类”二维图。“价-类”二维图和氧化还原原理结合，为实验探究提供原理支持，建立元素化合物的证据推理核心素养。

三、教学目标

1.通过实验探究铁盐和亚铁盐的化学性质，体会实验对认识和研究物质性质的重要作用，形成证据意识，培养科学素养。

2.掌握铁盐和亚铁盐的转化关系、检验方法，将元素化合物的性质系统化、网络化。

3.逐步形成“价-类”思维，学会用“价-类”的视角认识有变价元素物质间的转化关系，建立模型认知和证据推理的素养，丰富研究物质的思路和方法。

4.学会用化学方法检验生活中含亚铁离子的食品和药物，学以致用，培养运用知识解决问题的能力以及科学态度和社会责任的核心素养。

四、教学流程

根据教学目标，本节课的学习过程分为四个环节：情境引入→新知学习→性质探究→生活应用。具体教学流程见表1。

五、教学实录

1.创设情境

【情境】播放自制情境视频。A穿着白大褂扮演医生，B扮演病人。见图1。

B（难受）：医生，我最近烦躁、易怒、注意力不集中，头发干枯脱落，请问我得了什么病？

A（自信）：你这是缺铁性贫血。

B（开心）：我是不是应该多吃点菠菜？

A（摇头）：我建议你多吃点猪肝。如果很不舒服，我给你开点琥珀酸亚铁片、维生素C，服用一周后看效果。

B（感谢）：谢谢医生！

【学生】进入情境，思考问题。

2.灵敏检验铁离子的方法

【教师】要想解决B同学的问题，我们先要了解一些重要的知识。请同学们完成教材中的实验3-2、实验3-3，观察两个实验现象，讨论实验结果。

【学生实验】氯化铁、氯化亚铁溶液分别与KSCN溶液反应，观察实验现象、讨论实验结果。

【结论】氯化铁和硫氰化钾溶液混合后溶液变成血红色，见图2、图3。氯化亚铁和硫氰化钾溶液混合后无现象。Fe+3SCN=Fe（SCN）（血红色）

【教师】利用溶液变成血红色这个特别的现象，可以用KSCN溶液检验铁离子。KSCN溶液可以非常灵敏地检验铁离子。

【演示实验】取一支洁净的试管，滴入两滴氯化铁溶液，然后用蒸馏水稀释50倍，摇匀。再滴入1mL KSCN溶液，溶液由无色变成淡血红色。

【教师】试管中铁离子的浓度非常小，滴入KSCN溶液后，溶液由无色变成淡血红色。能非常灵敏地检验出铁离子。

3.Fe和Fe的化学性质

【过渡提问】补铁需要的是亚铁离子，可以用什么方法灵敏地检验出亚铁离子呢？有了正确的方法，就可以检验补铁片中是否有亚铁离子。

【任务一】怎样灵敏检验Fe？

【方法指导】（1）将铁及其化合物标在“价-类”二维图上，见图4，预测Fe的性质。（2）利用灵敏检验Fe的方法。

【讨论交流、实验探究】根据图中的信息讨论灵敏检验Fe的方法。根据各组的设计、提供实验仪器和药品完成实验探究。

【成果分享】分享实验成果和结论，见图5。

根据二维图的信息，可以将Fe氧化成Fe，再通过检验Fe的存在检验Fe。具体实验步骤有两种。

方法一：取氯化亚铁溶液，加入KSCN溶液，再加入氯水，溶液变血红色。

方法二：取氯化亚铁溶液，加入氯水，再加入KSCN溶液，溶液变血红色。

【教师提问】实验现象一样，但是加试剂顺序不一样。请问哪一个小组是正确的？

【学生分析】方法一是正确的。先加氧化剂，再加KSCN溶液，可能原溶液是Fe，故不能确定原溶液中一定有Fe。

【教师追问】同学们成功完成任务一，解决了B同学的第一个问题。B同学还问到“我还缺维生素C吗？”同学们知道维生素C的用途是什么吗？

【学生分析】Fe有还原性，容易被氧化。维生素C还原性更强，可以做抗氧化剂，防止Fe被氧化。

【教师追问】刚才同学们做实验的时候，有同学问我FeCl溶液底部是什么物质？大家根据Fe的性质可以推测出这是什么物质吗？有什么用途吗？

【学生分析】Fe容易被氧化，溶液中放入Fe粉，可防止Fe被氧化。

【学生总结】Fe的化学性质：（1）强还原性（2）弱氧化性。Fe的用途：人体补铁剂、生产生活中还原剂。

【过渡提问】同学们根据“价-类”二维图预测了Fe的化学性质，并用实验进行了证明。同学们能否再根据“价-类”二维图预测一下Fe的化学性质，并用实验证明你的预测是否正确。

【任务二】探究铁离子的化学性质。

【实验探究】根据“价-类”二维图，预测Fe性质;根据提供的实验仪器和药品设计实验步骤，完成实验探究。

【成果分享】根据“价-类”二维图，Fe有氧化性，可以被还原成Fe或Fe。

方法一：取氯化铁溶液加入KSCN溶液，溶液变血红色，再加入铁粉，振荡，血红色褪去，溶液变浅绿色。

方法二：取氯化铁溶液加入KSCN溶液，溶液变血红色，再加维生素C粉末，振荡，红色褪去，溶液变浅绿色。

【分析总结】Fe的化学性质：强氧化性。

【教师追问】Fe有强氧化性，那么Fe的有哪些用途呢？

【学生回答】可以制作印刷电路板。

【实验展示】由于课堂时间不够，化学兴趣小组的同学在课余时完成了覆铜板制作“一中”的蚀刻实验。实验现象见图6。

他们用同样的方法又做了两块蚀刻覆铜板，见图7。有兴趣的同学可以课后一起完成这个实验。

【总结提问】1、Fe、Fe、Fe三者之间可以怎样转化？

2、哪些方法可以鉴别Fe和Fe？

【交流总结】见图8、表2。

4.生活中常见补铁物质的检验

【任務三】生活中有很多补铁（Fe）的食品和药物，如菠菜、女士补铁奶粉、琥珀酸亚铁片等等。我们利用本节课学到的方法，检验这些补铁食品和药物中是否真的含有Fe。

【教师】发放新鲜的菠菜、琥珀酸亚铁片、女士补铁奶粉。提醒学生菠菜、补铁片分别放在研钵中研磨，奶粉放入烧杯中加水溶解后进行检验实验。

【实验检验】分组对各物质进行现场检验，对比实验现象。见图9、图10。

【交流总结】这些食品和药物都有Fe。根据溶液变色的情况，菠菜中的含铁量最少，琥珀酸亚铁片中的含铁量最多。A医生说缺铁性贫血吃菠菜的效果不如吃补铁片剂是有科学道理的。很多食品和药物都有专门的质量检测机构对标注的成分进行检验，检验不合格的食品和药物不能销售。

【教师总结】本节课我们学会利用“价-类”二维图预测Fe和Fe的化学性质，并用实验证明。学会了检验Fe和Fe的方法，并检验了生活中常见补铁食品和药物中是否有Fe。希望在以后其它元素化合物的学习中，同学们也能利用“价-类”二维图的思维模式进行分析，用求真精神进行科学探究，用社会责任感解决生活中的问题。

【课后作业】进一步扩充铁及其化合物的“价-类”二维图，见图11。将铁的氧化物、氢氧化物等类别的物质补充完整。结合化合价复习这些物质的化学性质，总结不同类物质相同价态的共同点、不同价态相同种类物质的共同点。

六、教学反思

1.情境丰富，贯穿课堂

情境是体现知识的发现过程、应用条件和意义价值的场景[3]。新课标在铁及其化合物教学内容的“情境素材建议”特别提到：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;菠菜中铁元素的检测等等情境[2]。本节课从补铁剂是否含有Fe 的情境开始，穿插Fe保存、Fe印刷电路板等情境，通过实验检验菠菜、补铁片、加铁奶粉中含有Fe结束。在丰富的情境中，学生学会利用化学知识解决问题，体会到化学在生产生活中的广泛应用，增强社会责任感。

2.实验探究，科学精神

本节课学生实验环节丰富，完成了新教材中“实验”“探究”“研究与实践”。在教材的基础上进一步挖掘，设计了KSCN溶液灵敏检验氯化铁溶液，检验补铁片和加铁奶粉中是否有Fe等，体现了课堂的广度。实验活动对学生实验行为要求较高，除了观察实验现象，还要求对现象进行归纳总结，回答实验有关问题，部分实验达到了要求学生设计实验步骤的高阶行为[4]，体现了课堂的深度。学生通过实验探究，进一步掌握Fe和Fe的化学性质，相互转化、离子检验等核心知识，培养了学生的科学探究和创新意识。

3.“价-类”思维，知识素养化

新课标铁及其化合物教学内容的“学业要求”特别提到：能依据物质类别和元素价态的角度列举某种元素的典型代表物、预测物质的性质和变化并设计实验进行初步验证、说明物质转化路径等等[2]。“价-类”二维图将物质类别和元素价态综合在二维坐标图中，有利于对物质的性质进行系统科学分析。本节课Fe和Fe的性质预测都是通过“价-类”二维图得出的，图中的物质类别和元素价态还可以拓展。学生“价-类”思维初步建立，为元素化合物的系统构建奠定了基础，实现了知识素养化。

参考文献

[1]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.普通高中教科书（化学必修第一册）[M].北京：人民教育出版社，2019：69.

[2] 教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[3]张景雪，袁金芳.化學核心素养下的情景教学设计及反思[J].中学化学教学参考，2019（7）：35-36.

[4]黄海清.人教版高中化学必修模块教学生实验活动的分析与比较[J].化学教育（中英文），2021，42（13）：8-14.

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