基于真实情境的“菠菜中铁元素的检验”教学设计

黄小汀

摘要：以菠菜补铁为情境，学生亲自经历分析问题，提出猜想，方案设计，实验证伪，实验失败，查阅资料，修正方案，再次证伪，解决问题等真实的科研工作流程，打破传统枯燥的元素化合物学习方式，让学生亲自体会科研工作的困难曲折，树立尊重实验事实，勇于试错的科研观念。

关键词：真实情境;菠菜;铁元素检验;实证研究

文章编号：1008-0546（2022）06x-0030-05   中图分类号：G632.41   文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.008

2019年11月教育部考试中心制定的《中国高考评价体系》中，明确了“一核四层四翼”的高考评价体系，同时还规定了以情境承载考查内容，实现考查要求[1]。元素化合物知识是高中化学学习的重点，高考对于该知识点的考察更加灵活全面，它结合实验来检测学生面对陌生情境的综合分析能力，从而实现对元素化合物知识点、实验操作和问题分析能力的多维度考察。建构主义学习理论认为，学生只有“亲历”“体验”“参与”对知识的认识和探索过程，才能促进学习。“亲历”“体验”“参与”的深刻度对学生学习效果有不同影响。在教学中创设问题情境，就是给学生呈现一个“看得见、摸得着”包含问题的“真实情境”。因此如果能够在元素化合物的学习中结合实验去创设真实情境进行教学，将有利于提高学生学习元素化合物的兴趣和效率，也更有利于培养学生化学学科核心素养。笔者以2019 年人教版化学必修第一册“铁的重要化合物”为主题开设了一节“菠菜中铁元素的检验”研讨课，探究基于真实情境的课堂教学促进元素化合物知识的学习。

一、内容分析

1.教材分析

本课题隶属于人教版必修第一册第三章第一节“铁及其化合物”。在这之前，教材已经安排学习了物质的分离及转化、离子反应、氧化还原反应等核心概念与理论知识;典型金属钠、典型非金属氯的元素化合物知识;铁单质及其常见化合物的性质，铁盐、亚铁了“检验食品中的铁元素”项目，项目要求学生自行选择食品，通过查阅资料，设计实验方案，最终进行实验检验食品中是否含有铁元素，并提供了检验菠菜中铁元素的实验方案以供参考。

2.学情分析

从知识层面看，学生已经学习了铁盐与亚铁盐的性质与检验，为完成实验设计提供了理论依据;从能力层面看，学生有一定实验探究的经历，初步具备了操作与设计，分析与归纳等能力;从心理层面看，学生对实验充满兴趣，乐于思考问题、动手操作;从价值观念层面，学生能够参与与化学相关的社会议题，具有探索未知、崇尚真理的意识。

学生缺乏将所学知识应用于解决真实问题的能力，缺乏科研探究的方法和经验，实验方案的设计缺乏严谨性，实验操作技能还需要提高。

3.教学目标

（1）通过实验探究，掌握Fe2+、Fe3+的检验方法，依据氧化还原反应原理实现Fe2+与Fe3+间的相互转化。

（2）通过实验探究，提高实验方案设计的严谨性，了解科学探究的一般方法与规律。

（3）通过实验探究，体会科研工作的困难曲折，培养尊重实验事实，勇于试错、不断创新的意识，树立学生正确的科研观念。

二、设计思路

1.整体构思

2.学习评价

本课的教学评价如表1所示。

三、教学实录

1.教学环节一情境导入

[教师]铁元素是人体不可或缺的微量元素，人体缺铁将会导致记忆能力、免疫能力和对温度的适应能力等生理功能下降。如果体内的铁不足以供给生命活动的需要，就会发生缺铁性贫血，为了满足生理需要，成人每天铁的摄入量为15-20 mg。市面上有各种各样的有关补铁的营养品（PPT展示各种补铁剂图片）。

问：大家平时购买过这些商品吗？大家是怎么补铁的？

[学生]没有购买。通过摄入食物就可以补铁。[教师]那大家知道哪些食物富含铁元素吗？[学生]动物内脏、菠菜、蛋黄……

[教师]我们这节课通过实验探究一下，食用菠菜是否能够补铁。

设计意图：以学生熟悉的补铁现象引入，贴近学生的生活经验，借助真实情境激发学生的学习兴趣，让学生了解本节课在社会生活中的价值，为学生展开实验探究做好铺垫。

2.教学环节二初次实验设计

PPT展示资料信息：铁元素是人体必不可少的元素之一，人体补铁需补充二价铁。每100g菠菜中，平均含铁量是2.9 mg，这个数值在蔬菜家族中绝对算是佼佼者。

[教师]我们知道铁元素有多种价态，资料显示菠菜富含铁元素，大家大胆猜想一下菠菜中的铁元素是以什么价态形式存在？

[学生1]假设一含二价铁;假设二含三价铁。

[学生2]假设三既有二价铁又有三价铁。

[教师]大家分小组讨论，设计合适的实验方案，验证菠菜中铁的存在形式。请代表阐述你们小组设计的实验方案和预期的实验现象。

[学生活动]围绕实验目的展开深度讨论。

[学生]取新鲜的菠菜剪碎后放在研钵中研磨，倒入烧杯，加蒸馏水，搅拌，过滤，取滤液加入试管中，加入稀硝酸，再滴加KSCN溶液，震荡，观察到溶液变红，说明菠菜中含有二价铁。

[教师]你的方案中加蒸馏水，搅拌，过滤，取滤液的目的是什么？证明菠菜中含有二價铁的原理是什么？

[学生]可以将菠菜中的铁元素提取到水中，方便后面检验铁元素;用稀硝酸将二价铁氧化成三价铁，用KSCN检验三价铁的存在。

[教师]大家觉得他的方案可行吗，其他小组有没有其它方案？

[学生1]他的方案并不能证明一定含有二价铁，可能含有三价铁，加稀硝酸和KSCN溶液也会出现红色。应该先加KSCN溶液观察颜色，如果变红说明菠菜含有三价铁，如果不变红继续滴加稀硝酸溶液，观察到颜色变红，则说明菠菜中含有二价铁。5065F5A4-3515-4C21-8EA1-206134B3BACB

[学生2]他们的方案只能证明假设一和假设二，不能证明假设三的可能，应该再取一部分提取液加酸性高锰酸钾溶液，如果紫色褪色则说明菠菜中既有二价铁又有三价铁。

[教师]通过大家的讨论和补充，我们设计出了一套较为合理的实验方案，大家在设计实验方案时要考虑到逻辑的严谨性，尽可能全面设想各种可能性。

设计意图：通过实验猜想和实验设计方案的讨论、补充，一方面让学生熟练掌握铁盐的检验和二价铁与三价铁的转化，让铁元素的学习更富有趣味性和讨论性;另一方面让学生更深刻体会到考虑问题不能片面，在面对真实复杂问题时更需要考虑多种可能，才能完善实验方案的合理性。

3.教学环节三实验证伪

[教师]大家按设计好的方案进行分组实验，看看菠菜中到底含有何种形式的铁元素。

[学生活动]分组完成实验，八个小组派代表到讲台前将他们的实验成果展示给大家，八个小组的试管都呈现菠菜的绿色，深浅不一。学生对实验失败的原因展开讨论。

[教师]并没有出现预期的红色，大家觉得是什么原因？

[学生1]我们的操作不规范导致实验失败。

[学生2]菠菜中不含有铁元素。

[学生3]我们设计的方案可能不合理。

[教师]（拿出一瓶菠菜液）这个是我用榨汁机提取的菠菜液，我用这个按大家设计的方案操作一次看看，是否是因为操作不规范导致实验失败。

（经过实验，溶液颜色呈现浅绿色）我的实验中也没有呈现红色。通过资料调查，菠菜中确实含有铁元素，应该是大家设计的方案有不合理的地方，什么地方不合理呢？

[学生活动]讨论但没有寻找到解决方法。

[教师] PPT展示资料信息：

1.菠菜中的铁元素以草酸亚铁（FeC2O4）形式存在，草酸亚铁是一种淡黄色结晶性粉末，在冷水中的溶解度是0.022 g/100 g，属于难溶物，高温下草酸亚铁分解为氧化亚铁。

2.菠菜中含有叶绿素，高温和酸化可以破坏叶绿素。

[学生]看到资料信息后豁然开朗。

[教师]研究问题时出现瓶颈，这在科学探究过程中很正常，通过查阅文献了解相关的研究现状和知识对解决问题有很大帮助。

设计意图：经历实验失败，让学生体会到理论分析与实践并不一定一致，科研工作需要面对各种问题，尊重实验事实，培养学生正确的科研观念，同时也激发学生攻克难题的斗志，为再次实验探究做好铺垫。

4.教学环节四修正方案、实验证伪

[教师]现在大家再重新设计实验方案，验证菠菜中确实含有二价铁。

[学生活动]小组讨论，设计实验方案。

[学生]将菠菜剪碎研磨，在坩埚中加热灼烧，加水，过滤，取滤液加稀盐酸酸化，加KSCN溶液显无色，加入稀硝酸显红色，证明菠菜中含有二价铁。

[教师]这个方案是如何解决之前问题的？

[学生]通过加热、酸化将难溶的草酸亚铁转化为可溶的亚铁盐，同时将干扰观察三价铁检验的叶绿素破坏掉，再进行氧化、利用KSCN溶液检验铁元素的存在。

[教师]大家按重新设计的方案再进行实验，看看效果如何。

[学生活动]按照优化后的方案分组进行实验，加热酸化后的菠菜液，绿色变浅呈茶色，加入 KSCN 溶液无明显变化，加入稀硝酸后溶液颜色变深。各小组派代表再次到讲台前展示实验结果，大多数小组实验成功。

[教师]投屏图片展示实验过程与现象。

设计意图：通过方案优化、实验证伪进一步理解物质转化在元素检验的应用。经历失败后的成功更能提高学生的成就感，也对科研工作的曲折有更深刻的体会。

5.教学环节五总结提升、课后作业

[教师]铁元素的学习要关注价态的变化，通过加入合适的氧化剂或还原剂可以实现不同价态的含铁物质的转化。物质的定性检验要从该物质的特性出发，选择合适的试剂或方法，出现明显的实验现象，并且要考虑试剂的添加顺序对实验合理性的影响。如果该物质无法直接检验，可以选择先进行物质转化，再进行间接检验。

通过菠菜中铁元素的检验实验探究，可以感受到科研工作并不总是一帆风顺，遇到问题要及时反思优化设计方案。科学探究思路是：问题情境→查阅资料→提出猜想→方案设计→实验探究→实验证伪→查阅资料→修正方案→实验探究→问题解决。往往在探究过程中要经历多次的失败并不断去修正方案，当然最后问题解决取得成功所获得的喜悦也非同一般。

[教师]布置课后作业：阅读文献《黑木耳铁含量测定的实验探索》[2]节选，思考定量实验与定性实验的不同，在定量测定铁元素含量时使用到什么方法？查阅资料了解常见定量测定的方法。

设计意图：通过铁元素知识的总结复习，拓展提升到所有元素检验的研究思路。通过科学探究的思路总结，培养学生从事化学科研工作的意识和兴趣。通过周末作业的布置，让学生从定性实验进阶到定量实验，对定量测定的方法有一定了解，为以后涉及定量实验探究活动打好基础。

6.板书设计

本节课的板书如图3所示。

实验方案：

四、教学亮点

1.基于真实情境——激发学习兴趣

传统的元素化合物教学往往是罗列各种物质的物理性质与化学性质，学生在学习时更多忙于笔记和记忆，容易感到单调和乏味。知识只有在它们产生及应用的情境中才能产生意义。知识绝不能从它本身所处的环境中孤立起来，学习知识的最好方法就是在情境中进行[3]。笔者借助学生熟悉的补铁方式创设情境，实验探究菠菜是否能够补铁，逐渐发展为对铁元素性质的学习和应用的兴趣。在这种氛围下进行学习，更容易打破传统学习的枯燥，学生也在不知不觉中对铁元素的检验和价态转化有了更深刻的体会。

2.基于实验探究——培養综合能力

传统的元素化合物教学往往导致学生只是一味地去记忆化学反应方程式，缺乏对知识的应用。笔者在基于真实问题的解决中引入实验探究，通过方案设计、实验证伪、问题讨论等一系列探究过程，不仅仅加深了学生对铁元素知识的理解，还锻炼了实验操作。更重要的是实验探究，能针对真实问题提出合理假设;能从假设出发确定探究目的，设计探究方案，进行实验证伪;在探究中学会合作，面对“异常”现象敢于提出自己的见解，这些正是化学学科核心素养——科学探究与创新意识能力的重要体现。在元素化合物教学中设计合适的实验探究进行教学，对学生综合能力和高阶思维的培养有很大帮助。

3.基于实证研究——培养学科观念

实证研究是指通过收集观察资料，为提出理论假设或检验理论假设而展开的研究[4]。在元素化合物的学习中设计真实问题并通过学生动手实验进行实证研究，有利于培养学生正确的化学学科观念。学生需要亲自经历实验过程，面对真实的实验证据，不惟理论，实事求是，通过查阅文献，不断反思、实验证伪方能得到正确的结论。该课例中学生经历方案设计、实验证伪、实验失败、分析问题、修正方案、再次实验、最终问题解决。伴随学生初遇问题的兴趣、实验失败的情绪低落、遇到问题的一筹莫展、发现原因的豁然开朗、最后实验成功的喜悦，学生潜移默化地体会到科研工作的严谨与艰辛，也逐渐对化学研究工作有一定的认识，对将来从事化学相关工作产生兴趣。

参考文献

[1]教育部考试中心.中国高考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2019：11.

[2]张馥，康天泓，乔元桢，范雨美，于海鹰.黑木耳铁含量测定的实验探索[J].化学教学，2017（11）：62-65.

[3]杨玉琴，王祖浩.教学情境的本真意蕴[J].化学教育，2011（10）：30-33.

[4]俞桂飞，高志鹏.基于真实情景的主题式复习课的设计和反思[J].教育与装备研究，2019（1）：60-64.5065F5A4-3515-4C21-8EA1-206134B3BACB