素养导向的“铁的化合物性质”教学的三个设计路向

毛杨林

摘 要：化学核心素养的培养，必须以知识教学为载体，依托于一定的教学情境而达成。铁的化合物知识与生活息息相关，是培养学生化学核心素养的重要载体。当前，其课堂教学设计有三个好的设计路向：引导学生在艺术鉴赏中宏观辨识、微观探析；在传言探真中证据推理、模型认知；在魔术揭秘中科学探究、认识变化。让学生在自主发现铁的化合物变化规律的同时，建构认知模型，形成变化观念与平衡思想，孕育科学精神与社会责任感。

关键词：铁的化合物；设计路向；核心素养

铁的化合物性质的核心知识是Fe2+与Fe3+的相互转化，传统的教学往往只重视其知识体系的建构，而忽略其育人的价值。教育部《关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见》要求 “改进学科教学的育人功能”，“将教育教学的行为统一到育人目标上来” [1]，全面提升学生的核心素养。高中化学学科核心素养是学生在化学认知活动中发展起来并在解决与化学相关问题中表现出来的关键素养，反映学生从化学视角认识客观事物的方式与结果的水平。化学核心素养的培养必须以知识教学为载体，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，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变。“Fe2+与Fe3+的相互转化”是培养学生化学核心素养的重要载体，基于培养核心素养的课堂教学设计路向有很多，以下三个设计路向对于提升学生的核心素养效果明显。

一、在艺术鉴赏中宏观辨识、微观探析

蔡元培曾说过：“学校一切课程没有和美育无关的。”[2]任何学科都没有理由拒绝美育，在化学学科教学中渗透美育，借助艺术的魅力促进化学知识的传授显得尤为重要。铁和氧化铁颜料在艺术创作中具有广泛的应用，在课堂教学中引导学生从艺术的视角宏观辨识、微观探析具有人文魅力的铁及其化合物知识，能让学生在愉悦的审美过程中懂得化学、热爱化学。

铁画被誉为“中华一绝”，它既有国画的神韵，又有雕塑的立体美，引导观看铁画的视频或图片，辨识铁的物理性质。

氧化铁颜料绚丽多彩，有优良的着色和应用性能，广泛用于建材、涂料、塑料、电子、烟草、医药、橡胶、陶瓷、油墨、磁性材料、造纸等领域。引导学生在观赏氧化铁红、氧化铁黑、氧化铁绿、氧化铁黄、氧化铁蓝等颜料的基础上，通过网络查阅并设计实验，自主探析各种氧化铁颜料的化学成分（氧化铁红：Fe2O3；氧化铁黑：Fe3O4；氧化铁绿：Fe2O3·H2O；氧化铁蓝：FeO）。学生在轻松愉悦的探究氛围中，自主认识氧化铁的稳定性和与酸反应的化学性质，掌握Fe2+与Fe3+的检验方法，发现Fe2+与OH-反应的特殊反应现象。并通过书写离子方程式，微观探析各种氧化铁、Fe2+与Fe3+的化学性质。根据Fe2+与OH-反应先产生白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的实验现象，启发学生思考：工业上如何制备絢丽多彩的氧化铁颜料？让学生顿悟各种氧化铁颜色多彩的原因。

展示钢笔素描作品，设问：为什么钢笔素描不用蓝黑墨水而要用碳素墨水？介绍蓝黑墨水的原理是：亚铁离子被氧化成三价铁而使笔迹呈现由蓝变黑，而为了让二价铁稳定存在于墨水中，常要加酸作稳定剂，而加酸会对纸张造成损害，让学生在赏美过程中认识Fe2+易被空气氧化成Fe3+的性质，并用离子方程式表征这种性质。引导学生继续思考：将Fe2+氧化为Fe3+还有哪些氧化剂可选择？请提出你的猜想，并通过实验证明你的猜想是否正确。学生在实验探究中自主认识Fe2+能被氯水、溴水、酸性高锰酸钾溶液、双氧水等氧化剂氧化的性质，并写出离子方程式。

展示印刷电路板，在惊叹美的氛围中，领悟其制作原理：2Fe3++ Cu =2Fe2++Cu2+，提问：将Fe3+还原为Fe2+还有哪些还原剂可选择？请提出你的猜想，并通过实验证明你的猜想是否正确。让学生在探究实验中自主认识Fe3+能被铁、KI溶液、Na2S等还原剂还原的性质，并写出离子方程式。

从艺术应用角度研究铁及其化合物的性质，要突出艺术性和科学性。以铁画、氧化铁颜料、钢笔素描、印刷电路板为载体进行实验探究，使科学性与艺术性得到完美的统一，学生在浓郁的兴趣中展开学习，创造力得到了激发，不仅自主建构了各种铁的氧化物、Fe2+与Fe3+的化学性质，提升了实验探究与创新意识、宏观辨识与微观探析等能力，而且提高了他们的审美情趣，使人的理性和感性得到全方位的协调发展。

二、在传言探真中证据推理、模型认知

学科核心素养要求学生能够运用所学知识去发现问题、解决问题。在人的生命活动中，铁是必需元素，而铁的来源一直比较贫乏，关于补铁问题有着很多不准确的传言。教学中精选几则有一定社会热度又与教学内容有密切关系的补铁传言，模仿中央二台科普求证节目“是真的吗”设计教学片断，不仅可以激发学生的探究兴趣，而且可以引导学生关注社会、提出问题、科学假设、方案设计、实验探究、证据推理、模型认知，掌握从化学的视角认识事物、解释和解决社会生活中真实问题的方法，形成科学精神和社会责任感。

传言1：硫酸亚铁是常用的补血药，如果颜色变黄说明已经变质，是真的吗？

展示血红蛋白结构图片，让学生认识到血红蛋白只有与Fe2+结合之后才能发挥携氧的功能。怎样用实验证明补血药有没有变质？让学生先尝试用已有的方法去检验Fe3+，遇到困惑时通过阅读课本，学会用KSCN溶液检验Fe3+的存在。追问：如何检验Fe2+有没有全部变质？通过教师的指导和实验探究，学会用酸性高锰酸钾溶液和铁氰化钾溶液检验Fe2+的方法。讨论：还有哪些试剂可以将Fe2+氧化为Fe3+ ？请根据所学氧化-还原反应的知识提出假设，写出离子方程式，并设计实验方案，亲自做实验，验证假设是否正确。通过总结归纳，模型认知：H2O2、氯水、溴水、硝酸、高锰酸钾等较强的氧化剂均可将Fe2+氧化为Fe3+ ，并总结Fe2+和Fe3+的检验方法。

传言2：削皮的苹果变黄是苹果中Fe2+ 被氧化成Fe3+的缘故，是真的吗？

请设计实验检验变黄的苹果表面是否含有Fe3+离子。学生实验：在苹果切开面上滴加KSCN溶液，发现无明显现象，得出结论：苹果汁中没有丰富的Fe3+。追问：有没有Fe2+？请设计实验检验。学生在上述苹果上再滴加1～2滴H2O2溶液，观察，无明显现象，得出结论：苹果汁中没有Fe2+，传言是假的，苹果变黄是由于某些有机物被氧化了。

传言3：维生素C与补铁剂一起服用能将Fe3+转化为Fe2+，促进铁的吸收，是真的吗？

请设计实验验证维生素C能否将Fe3+还原为Fe2+？学生实验：向试管中加入1mL FeCl3溶液，滴入1滴KSCN溶液，溶液呈血红色，再加入少量维生素C（或橘子汁），振荡，红色褪去。说明维生素C具有还原性，能将Fe3+还原为Fe2+，传言是真的。追问：还有哪些还原劑可将Fe3+还原为Fe2+？学生根据所学氧化还原反应的知识提出假设，写出离子方程式，设计实验方案，实验求证，模型认知：Fe、Cu、Na2S、KI、Na2SO3等还原剂均能将Fe3+转化为Fe2+。

传言4：饭后喝茶会阻碍机体对食物中Fe2+的吸收，是真的吗？

学生求证：往茶水中滴加FeSO4溶液，有墨黑色沉淀生成，说明传言是真的，Fe2+能被茶水沉淀。人体内的铁元素很容易与茶水中所含的茶碱、鞣酸、磷酸盐、碳酸盐、草酸等物质形成沉淀，影响吸收，因此饭后不宜饮茶！追问：还有哪些试剂能让Fe2+和Fe3+产生沉淀？学生讨论、提出假设、实验验证、模型认知：Fe2+和Fe3+与碱反应的性质，并进一步探究防止Fe（OH）2被氧化的措施。

传言5：多吃木耳、菠菜等可以补铁，是真的吗？

请在课后以小组为单位去化学实验室继续探究。

化学是一门基于事实、实验、实证的科学，“证据推理与模型认知”是学习与研究化学的思维方式。课堂教学中通过精心设置问题情境，让学生发现问题、分析问题，多角度、多层次、多途径地搜集证据，并能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

三、在魔术探秘中科学探究、认识变化

“科学探究与创新意识”是化学五大核心素养的核心要素，而教材部分实验存在趣味性不强、创新性不够以及一些重要性质没有实验验证等缺点，导致学生对实验的兴趣并不是特别高、实验探究与创新意识不足。魔术是学生喜闻乐见的表演艺术，而“化学魔术”能够很好地将实验的趣味性、创新性和元素及其化合物的知识充分地结合起来，弥补教材实验的不足。Fe2+与Fe3+参与的反应通常伴随着丰富多彩的颜色变化，设计并表演一系列精彩的“化学魔术”实验，能带给学生捉摸不透的、惊奇的体验，能激发学生饶有兴趣地进行创新实验设计和探究，自主发现Fe2+、Fe3+有关化学变化规律，形成变化观念与平衡思想。

魔术1：变色的“酒”

在桌上放6杯“酒”，A杯是“黄酒”，其他都是“白酒”。表演开始，在B、C、D杯中依次倒入A杯中少量的“黄酒”，B杯变为“红酒”，C杯出现淡黄色浑浊，D杯呈现棕黄色。将E杯中“白酒”依次倒入A、B、D杯中，A杯“黄酒”、B杯“红酒”和D杯“棕黄色酒”都变为淡绿色的“酒”，再在A、B、D杯中继续依次倒入F杯中“白酒”，A杯又变回“黄酒”，B杯又变回“红酒”，D杯又变回“棕黄色酒”。

正当学生兴高采烈地看着魔术表演时，教师提出任务：请你运用课桌上的实验药品和仪器，通过实验探究揭开魔术的谜底，并写出相关反应的离子方程式。（谜底：A杯为FeCl3溶液，B杯为KSCN溶液，C杯为Na2S溶液，D杯为KI溶液，E杯为维生素C溶液，F杯为H2O2溶液）

魔术2：坚硬的毛笔

魔术表演：用毛笔沾取氯化铁溶液在铜片上写字。让学生通过实验揭开谜底：2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2。展示印刷电路板，顺势介绍工业中印刷电路板的制作原理。

交流讨论：还可以通过哪些氧化剂和还原剂，实现Fe2+和Fe3+的相互转化，请提出假设，并通过实验验证假设是否正确。

建构认知模型：Fe2+和Fe3+的相互转化关系和转化途径。

魔术3：变色的蔬菜汁

在浅绿色的“菠菜汁”中滴入浅黄绿色的A溶液，菠菜汁变为“黄色橙汁”；向“黄色橙汁” 里加入无色溶液B，溶液变为“红色西瓜汁”；直接在“菠菜汁”中加入无色溶液C，看到：先产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。提问：在浅绿色的“菠菜汁”和“黄色橙汁”中分别含有什么离子？（Fe2+、Fe3+）；浅黄绿色的A和无色溶液B分别是什么？（氯水、KSCN溶液）；直接在“菠菜汁”中加入无色溶液C时产生沉淀和沉淀变色的原理是什么？请自己动手，通过实验揭开谜底。[Fe2++2OH-= Fe（OH）2↓，4Fe（OH）2+O2+ 2H2O=4Fe（OH）3]

顺势介绍多吃菠菜可以补铁的道理。进一步思考：检验“菠菜汁”中是否含有Fe2+和Fe3+的操作方法是什么？建构检验Fe2+和Fe3+的思维模型和方法模型。

总之，在元素及其化合物的教学中，根据教学内容的特点，创设新颖的“化学魔术”，不仅能够激发学生学习化学的兴趣，而且能深化学生对重难点知识的理解，拓展学生的科学视野，在自主建构知识的同时，形成实验探究与创新意识、证据推理与模型认知等核心素养。

四、结语

学科核心素养的培养是个长期的过程，必须以知识教学为载体，依托于一定的真实情境而达成。但化学学科核心素养有五个维度，不同的教学内容，不同的教学情境其培养核心素养的侧重点有所不同，也不是每一节课的教学内容、每一个真实情境都能涉及核心素养每一个方面的，但每一节课的教学都往往能够在学科核心素养的某个方面有所体现。所以在进行教学设计时，要创设真实的情境，科学合理挖掘出知识的每个教学环节所蕴含的核心素养的教育价值，从整体上引领学生经历知识产生、发展、应用的过程[3]，让学生眼中的世界“处处有化学”，帮助学生用变化的角度看世界，用探究的方式研究变化，用微观的视角理解变化，用符号的形式描述变化，并运用于生活情境中解释和解决生活问题，逐步形成适应个人终身和社会发展需要的必备品格与关键能力。关于铁的化合物性质的教学情境有多种多样，课堂教学设计和核心素养培养的维度也有多种选择，但没有最好，只有更好，让我们在化学课堂教学改革的路上且行且探索吧！

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见：教基二〔2014〕4号[A/OL]. [2014-04-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s7054/201404

/t20140408_167226.html.

[2]蔡元培.蔡元培选集[M].北京：中华书局，1959：199.

[3]刘前树. 试论化学核心素养的结构[J]. 化学教育，2016，37（21）：4-8.