基于真实情境和指向核心素养的深度学习

摘 要：本文以“铁及其化合物”的教学为例，围绕丹霞山地貌的真实情境素材，以任务驱动式的教学活动引导学生进行自主探究，解决生活中的真实情境问题和培养学生的化学学科核心素养，通过事实证据推动学生进行任务学习和思维进阶，最终实现深度学习。

关键词：真实情境；化学核心素养；深度学习；铁及其化合物

文章编号：1008-0546（2024）11-0031-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

化学学科核心素养是学生在化学学习活动中，解决生活情境中与化学知识相关的问题时，所表现出来的科学素养。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《新课标》）明确指出，高中化学课程要以发展化学学科核心素养为主旨，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，让学生通过学科学习而逐渐形成正确价值观、必备品格和关键能力。［1］深度学习主要是在教师的指导和帮助下，学生围绕具有挑战性的学习内容去深度探究，充分调动学习的主动性，提升迁移能力、构建学科体系、感悟知识本质与掌握高阶思维的一种学习状态。［2］将基于真实情境的教学和指向核心素养的深度学习相结合，运用学习任务驱动学生开展推理预测活动，设计验证实验，进而开展深度学习，使零散的化学知识形成系统的知识网络，7c94bad9741d47b8c494433c0e365bde并迁移应用以解决生活中的真实问题。

一、教学背景分析

1. 教材分析

该教学内容选自人教版高中化学必修第一册第三章第一节“铁及其化合物”。《新课标》对这部分教学内容的要求是：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、生活中的应用和对生态环境的影响。本节课的重点与难点是铁盐与亚铁盐的性质及其相互转化。本节课内容的本体功能是Fe2＋与Fe3＋的检验、Fe2＋与Fe3＋的相互转化、铁盐和亚铁盐的用途。其载体功能则体现在以铁为代表的元素化合物上，通过这一载体，学生能够从实验、离子反应、氧化还原反应及物质分类等多个视角来认识和考查物质，从而构建出学习元素化合物知识的核心思想。此外，本节课还旨在利用丹霞地貌文化所蕴含的人文价值，帮助学生深化对元素观和变化观等素养的理解与构建。通过这一过程，学生不仅能够掌握化学知识，还能提升对化学学科本质的认识，将所学知识应用于实际问题的解决。

2. 学情分析

学生通过前面知识的学习已掌握了离子反应、氧化还原反应的相关概念，并具有设计简单化学实验方案的能力，但是学生是首次接触铁及其化合物，相对较为陌生。尽管如此，学生有了基本的实验技能和一定的探究能力，兴趣浓厚，乐于探究实验。在思维层面，学生已初步具备了提出问题、分析问题、解决问题的能力，能够从社会生活情境中创设问题情境，从多元化、多角度、全方位地思考问题。但他们在实验操作技能上有待提高，动手实验能力较弱，难以掌控复杂实验。此外，学生习惯于被动接受知识，自主探究和归纳总结的能力存在不足。

二、教学目标

本节课的教学目标如下。

（1）通过创设真实情境，诊断并发展学生认识物质世界的认知水平。

（2）通过观察实验并分析现象，诊断并发展学生实验探究的水平。

（3）通过对铁盐及亚铁盐检验和转化的学习，诊断并发展学生从物质分类、元素价态的视角构建知识的能力水平，提升学生对物质性质及其转化思路的认识水平。

（4）通过分组探究合作和实验操作，诊断并发展学生对实验的辨识能力和科学探究的创新意识。

三、设计思路

笔者围绕丹霞山地貌的真实情境素材，通过“情境创设—猜想假设—情境探究—方案探究—深化探究—应用拓展”层层深入，设计教学流程，具体教学设计思路如图1所示。

四、教学过程

1. 真实生活情境导入

［创设情境］观看视频，了解全国各地丹霞地貌文化。

2. 设置任务，驱动学生进行深度学习

任务一：猜想丹霞砂石含有铁元素。

［学生活动］学生根据丹霞地貌的颜色判断出丹霞砂石里可能含有Fe2O3。

［教师］广东丹霞山素有“色如渥丹，灿若明霞”的美称，丹霞山是什么颜色的？

［学生］红色。

［教师］为什么是红色？是否有铁离子？多少价的铁离子？

［学生］正三价铁离子。

［教师］如何证明丹霞砂石中有正三价铁离子？能否直接拿它来做实验？

［学生］不可以，需取样品溶于溶液中。

［教师］溶于什么溶液？

［学生］溶于酸。

［教师］为什么？

［学生］因为氧化铁溶于酸后可以形成正三价铁离子，然后就可以进行离子的检验。

［设计意图］运用丹霞地貌创设教学情境，有效地激发学生的学习热情和求知欲，引导学生通过已学知识和经验设计实验方案进行离子的检验，诊断学生对铁离子性质的认识和发展水平，提高学生的归纳总结能力。

3. 初步预测性质，设计实验方案

任务二：探究丹霞砂石中的铁元素。

［教师］酸浸后的丹霞砂石溶液能否直接用来做实验？

［学生］不行。

［教师］为什么？

［学生］因为溶液有颜色，需要过滤处理。

［教师］过滤之后的溶液可用于检验，那么Fe3＋有哪些性质可以帮助检验？

［学生］正三价为铁的最高价态，故Fe3＋具有氧化性，可以与Fe反应生成Fe2＋，还可以和碱反应生成Fe（OH）3。

［教师］除了这两个方法还有什么其他方法可以检验Fe3＋？

［学生］可以与KSCN反应。

［教师］从类别、价态和特性三个角度，结合离子方程式，我们可以总结出正三价铁离子的性质，板书设计如图2所示。

类别：Fe3＋＋3OH－Fe（OH）3↓

价态：2Fe3＋＋Fe3Fe2＋

特性：Fe3＋＋3SCN－Fe（SCN）3

［设计意图］通过设计层层递进的问题，引导学生在进行探究实验的过程中突破思维障碍，不断地发现问题并解决问题，学会通过查阅课本、资料等方式总结出正三价铁离子的检验方法，培养学生分析、解决实际问题的能力。

任务三：Fe3＋的检验。

［教师］请你设计实验方案，检验丹霞砂石中铁元素的价态并回答以下问题：①你是如何操作的？②你观察到了什么现象？③实验现象说明了什么？

［学生］在丹霞砂石的酸性溶液中加入NaOH溶液，没有观察到明显现象。这说明可能有其他离子干扰。

［教师］有什么解决方法？

［学生］多加一点NaOH溶液。

［学生实验］向丹霞砂石的酸性溶液中继续加入NaOH溶液，还是没有现象，说明酸浸液中的酸过量了。

［教师］可以用pH试纸来检验酸是否真的过量。

［学生］用玻璃棒蘸取少量溶液点在pH试纸上，半秒后与标准比色卡比对，发现是碱过量，并不是酸过量。

［教师］此结果说明以上说法不成立，是否还有其他原因？

［学生］会不会没有Fe3＋？

［教师］可以加入KSCN溶液进行检验。

［学生实验］在丹霞砂石的酸性溶液中加入KSCN溶液，溶液变为红色。

［教师］这说明溶液中含有Fe3＋，但又不是酸过量，那到底是因为什么呢？

［学生］可能是因为Fe3＋的浓度太小了。

［教师］查阅文献可知，丹霞砂石中含有微量的Fe3＋。

因为含量较低，只有加入KSCN溶液有现象，说明NaOH溶液只能检验常量的Fe3＋，而KSCN溶液检测Fe3＋更加灵敏、有效。

［设计意图］通过启发学生对丹霞砂石的细致观察，猜想丹霞砂石的成分，分析推理出丹霞砂石的铁元素成分为Fe2O3，培养学生的观察能力和勤于思考的习惯。从创设真实情境进行探究，引导学生多角度、多方案探究猜想结果，并证明猜想，进一步完善实验方案。在此过程中，教师引发学生思考加入NaOH溶液无明显现象可能与试剂反应灵敏度有关，体现了变化观的核心素养。

4. 动手完成实验操作，深度学习

任务四：Fe3＋和Fe2＋的相互转化。

［视频展示］播放一段给丹霞山上色的视频。

［教师］大家看到丹霞山明显变成了红色，猜猜刚才的视频中在雪山上涂了什么溶液？

［学生］KSCN溶液。

［教师］通过简笔画版雪山可以体验一下雪山变丹霞山的感觉，请大家用你手中的毛笔蘸取试剂来把雪山变成红色的丹霞山。

［学生活动］分小组讨论设计实验方案，并动手在原来的雪山上绘制红色丹霞山。

［教师］能否把红色丹霞山变成其他颜色？可以加什么试剂？能否把红色丹霞山变回深浅色交错的丹霞山？

［学生］可以加还原剂把Fe3＋ 变回Fe2＋ 。

［教师］该方法是否可行？请设计实验方案。

［学生活动］分小组设计实验方案，加入还原剂。

［教师］能否把红色丹霞山转化回雪山？

［学生］可以。

［学生活动］小组讨论，给丹霞山涂上各种试剂，感受五彩的丹霞山。

［教师］通过加入氧化剂或还原剂可以实现Fe3＋和Fe2＋的相互转化，板书设计如图3所示。

［设计意图］利用Fe3＋的检验方法，启发学生思考Fe2＋和Fe3＋的相互转化。通过问题的探讨让学生理解“变化观念”，加强学生变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。

5. 回归问题情境，解决真实问题

［迁移应用］了解FeCl3制作印刷电路板。

［教师］每个小组都有一块铜板，大家先分小组讨论，设计好铜板线路，再涂上石蜡，然后用FeCl3溶液浸没，认真观察现象。

［学生活动］分组进行实验。

［教师］我们可以观察到没有涂上石蜡的铜片被腐蚀，这说明发生了什么反应？

［学生］铜片被FeCl3腐蚀后发生了还原反应，离子方程式为2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋。

［教师］“价—类”二维图可以将我们这节课所学的知识构建成系统的知识网络，下面请同学们绘制铁及其化合物的“价—类”二维图。

［学生活动］通过学习Fe3＋和Fe2＋的相互转化，学生小组之间讨论并绘制出铁及其化合物的“价—类”二维图，如图4所示。

［设计意图］通过制作电路板和观察腐蚀液腐蚀电路板的现象，探索反应原理，了解铁及其化合物之间的反应转化，加强学生分析并解决真实情境问题的能力。通过“价—类”二维图，帮助学生建构并完善铁及其化合物之间的转化关系，形成元素及其化合物的思维模型。同时培养学生的变化观和模型认知等核心素养，关注学生的生活实际，注重培养学生的独立思考能力和实验探究精神。

五、教学反思

1. 立足文化资源价值，创设真实情境，指向核心素养教学

本节课的教学设计创新之处在于，以地方文化资源创设教学情境，以生活应用为切入点。学生在面对真实情境的化学问题时，可以从化学的角度认真分析、积极探索、深度思考，寻找解决问题的方法。此教学设计以真实情境为载体，充分体现了化学学科核心素养的要求。

2. 注重培养学生探究和证据推理能力，培养学生深度学习的进阶性思维

本节课以驱动式问题进行探究，注重探究过程中学生思维方式的培养、个人体验的积累及对信息的有效处理和整合，同时致力于提升学生的学习能力、研究能力及实验探究和证据推理素养，鼓励学生勇于突破疑问、积极参与交流合作，通过验证实验、归纳总结等环节，进一步锻炼学生的进阶性思维能力、动手能力和合作探究能力。

3. 促进化学学科核心素养观念的建构

本节课通过建构“价—类”二维图，引导学生从分类观、变化观等角度分析物质的性质，解决真实问题，形成元素观、变化观等化学观念，落实“教、学、评”一体化。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020．

［2］刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）［M］.北京：教育科学出版社，2018．

*基金项目：本文系2022年广东省教育科学规划“新强师工程”项目一般资助课题“基于学科核心素养的高中化学课堂教学评价研究”（2022YQJK324）、2022年广东省教育科学规划“新强师工程”项目重点资助课题“基于核心素养的海洋文化特色校本课程体系研究”（2022ZQJK073）、2020年茂名市教育科学“十三五”规划课题“新教材背景下高中化学核心素养的导向教学策略研究”（mjy2020085）的阶段性研究成果。