基于项目式学习的铁及其化合物高三复习课——乳酸亚铁的制备

刘雪梅 赵攀弟

(合肥市第九中学 安徽合肥 230000)

《普通高中化学课程标准(2017年版)》建议化学教师采用一些方式以提高学生的核心素养。项目式学习可以引导学生应用综合知识解决复杂的问题,形成解题思路和思维模型,建构学科体系,开展深度学习,故项目式学习成为当前教学研究的热点。基于项目式学习,教师可根据教学情境制订学习任务,学生通过完成任务,对特定问题进行思考和认知,在实际操作和团队合作中获取更多知识、锻炼相关的技能。通过项目式学习,学生能够主动地探究真实的问题,和真实的世界建立联系,明白为什么而学。

创设有效情境教学能够营造轻松的课堂教学氛围,还能激发学生学习化学的兴趣,使学生感受到生活来源于化学,化学能促进社会进步,以此发展学生的科学精神,培养学生的社会责任。乳酸亚铁是二代补铁剂,如果贫血严重,可以选乳酸亚铁补充。那乳酸亚铁如何制备呢?本课伊始,教师引导学生思考如何制备、如何选择实验器材,制订实验方案等。

一、项目式学习背景

首先,高三学生对有机物和无机物的基础知识例如铁及其化合物、有机物中的羧酸和醇类的性质等已基本掌握。基于学情,教师可引导学生尝试制备乳酸亚铁。

其次,化学实验探究能让学生真正参与到学习的过程中,使学生获得将化学知识应用于生活中的成就感,在获得知识和能力的同时,感受“做科学”的过程,极大地调动了学习积极性。因此,开展化学实验探究是培养学生学科核心素养的有效途径之一。

二、项目式学习目标

通过开展“乳酸亚铁的制备”实验使学生认识到利用化学手段解决医学以及健康问题的重要性,增强学生学习化学的兴趣和社会责任感,发展学生的科学探究精神和创新意识以及实验的水平,使学生体会到化学是基于实验的一门科学,形成科学探究的思维,培养科学精神。

三、项目式学习活动规划

基于教学情境及项目主题“乳酸亚铁的制备”,提出驱动性问题:如何制备乳酸亚铁?学习活动包括三个核心环节:第一个环节是引导学生提出制备乳酸亚铁的方案;第二个环节是制备乳酸亚铁,评价实验方案;第三个环节是对成品进行检验。学生通过活动,完成铁及其化合物的基础知识的复习。

表1 教学环节

三、项目式学习实施过程

环节一:设计乳酸亚铁的制备方案

老师:同学们,我们上节课了解了饮食补铁,当饮食补铁达不到需求时,需要通过服用补铁剂补铁,补铁剂有哪些类型呢?

学生表示不太了解。

老师:随着社会的进步,补铁剂种类不断丰富。20世纪60年代初,第二代补铁剂进入市场,近几年又研制出第三代口服补铁剂。同学们,你们能依据铁及其化合物的性质设计乳酸亚铁制备方案吗?请同学们分小组讨论5分钟,然后由小组代表讲出你们的设计方案。

学生提出以下几种方案。

设计意图:根据提供的一些素材,学生知道了生活中补铁剂的常见类型和乳酸的结构简式。学生依据所学的乳酸知识,讨论得出制备乳酸亚铁的方法。学生通过小组讨论培养的创新意识、科学精神与社会责任。

环节二:探索乳酸亚铁的制备

【演示实验】

老师:在工业生产中如何提高反应速率,同时保证实验安全呢?

学生:适当升高温度,增大接触面积。安全反应后再通空气将H2赶尽。

老师:请同学们分析用该实验方案制备乳酸亚铁的优缺点,思考有没有更好的实验方案,小组讨论。

小组代表评价方案:该实验产生的H2与空气接触可能会导致爆炸,所以该方案用于工业生产不安全,可以试试方案二。

【学生实验】先向试管中加入1 mL NH4HCO3溶液,再逐渐滴加硫酸亚铁溶液,最后加入乳酸。

学生1:有白色沉淀,带有灰绿色,同时有气泡冒出,再加乳酸时也有气泡冒出。

老师追问:会不会生成FeCO3?如何证明产物中有FeCO3?为何会同时生成Fe(OH)2和FeCO3?

提示:Ksp[Fe(OH)2]=8×10-16,Ksp[FeCO3]=2×10-11

Fe2+与NH4HCO3中的CO32-、OH-反应生成白色物质FeCO3和Fe(OH)2。

老师:因为易被氧化,所以工业制备乳酸亚铁不采用Fe(OH)2与乳酸的反应。如何防止生成Fe(OH)2呢?

学生:使OH-浓度小,控制pH值呈酸性。

老师:刚制备的FeCO3易被氧化,如何防止Fe2+被氧化?

学生:制备H2将空气赶走,再制备FeCO3,最后加乳酸。

老师:请同学们根据下图(图1)选择合适的装置和药品组装制备乳酸亚铁。

图1 各种仪器

(方案二的制备装置是仪器A+B+C)

学生展示组装好的装置(图2)。

图2 学生组装仪器

老师:该方案在工业生产上有何优缺点?还有没有更好的方法?

小组代表评价方案:反应产生H2,存在安全问题。步骤多,对装置的要求高,且产率低,过程复杂。可能还有更好的制备方案。

教师出示资料“乳酸亚铁的制备”,然后播放事先做实验的视频。

老师:请同学们分析以下问题。

(1)加入(CH3CH(OH)COO)2Fe和CaSO4的目的是什么?

(2)抽滤后的固体是什么物质?(提示:根据CaSO4和乳酸亚铁的溶解度。)

(3)如何由乳酸亚铁溶液得到晶体?操作过程是什么?

老师:防止(CH3CH(OH)COO)2Fe被氧化,可使用旋转蒸发仪进行低温蒸发。该方案比前面两个方案更安全,产率更高,对设备要求低,成本低。因此用方案三制备乳酸亚铁更安全,效率更高。

乳酸亚铁属于第二代补铁剂,现在已经有了第三代补铁剂,同学们在课下可以思考制备第三代补铁剂的方法。

设计意图:学生讨论设计方案,通过分析方案的优缺点,选择最佳制备方法,体会科学发展的魅力,感受科学的进步、社会的进步是通过一步步验证实现的。

环节三:检验

老师:如何检验我们制取的产品是乳酸亚铁晶体?请同学们思考有哪些检验方法。

设计意图:通过选择最佳实验方案制备乳酸亚铁的活动,学生由课内到课外,实现了深度学习。学生在学习中发现问题,思考并尝试解决方案,更好地发挥了主观能动性。通过改变学习方式,进而提高学生学习能力,使其了解有机物质结构,培养了学生宏观辨识与微观探析的素养。

四、项目式学习反思

(一)转变教学思路

把课上好是前提。教师还需要从学生的生活出发设计教学情境,培养学生用化学知识解决生活生产中的问题的化学核心素养。

(二)关注学生的素养发展

项目式学习方式能促进学生核心素养的发展。在乳酸亚铁的制备项目中,教师构建了“任务—问题—活动—评价”的四线合一活动实施路径,让学生经历思考、探究、求真的过程,最终促进学生认知的结构化和素养的发展。在项目式学习过程中,教师关注学生在学习活动中的表现,及时把握学生对知识的理解程度,帮助学生跨越认知障碍。

(三)完善项目设计和评价体系

在本次项目式学习中学生不但复习了铁及其化合物的知识,还掌握了制备仪器的选择和使用方法。在该过程中教师是引导者,应采用多种方式教学,完善测评体系,达到项目式学习目标,帮助高三学生复习基础知识,彰显化学的社会价值,提升学生的学科理解能力。

(四)项目式学习实施过程中的优缺点

优点是引入教学情境,从开始了解补铁剂到设计方案再到实验制备产品,培养了学生的自豪感和学习化学的信心。缺点是由于难以达到真空状态,因此产物的纯度不高。笔者原本想从网上搜索有关工业制备乳酸亚铁的视频播放给学生看,但没有搜索到。