基于核心素养视域下的化学课堂教学设计

姚明站

摘要：以“铁肥”为研究对象，基于核心素养视域下，以“项目式学习”为依托，通过设计实验方案，使用生活化“小”实验仪器进行实验求证，构建铁的价类二维模型，并去解决真实的化学问题，以期培育学生的证据推理和模型认知、变化观念、科学探究与创新意识等核心素养。

关键词：核心素养;实验创新设计;控制转化;实验微型化

文章编号：1008-0546（2019）04-0046-05

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.04.014

一、课程标准

本节教学内容选自苏教版专题3第二单元《铁、铜的获取及应用》，在2017版课程标准[1]中，属于主题2《常见的无机物及其应用》的内容。在该主题课程标准的[内容要求]里，明确提出：

（1）认识元素在物质中可以具有不同价态，可以通过氧化还原反应实现其的相互转化;通过化学反应可以探索物质的性质、实现物质的转化，认识物质及其转化的重要价值。

（2）结合真实情境中的应用实例或通过实验探究铁的重要化合物的主要性质，了解在生产、生活的应用。

（3）结合实例认识金属及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认知物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。铁及其化合物性质的实验也是必做实验。

从课标中的要求看，本节内容的学习对于形成元素化合物的核心素养起着重要的作用。

二、教材及学情分析

从本节在《化学1》所处位置看，是在学习了钠、镁、铝相关知识的基础上，从氧化还原反应和离子反应的视角，进一步认识变价金属铁。从教材知识体系上看，打破了以往元素化合物知识学习中的“结构性质——制备——用途”的传统模式，而是从人们熟悉的这些元素及其化合物在生产生活中的应用事例着手，引发学生产生探究的欲望。这样使学生在更广阔的视野下，学习相关知识，培养学生运用化学知识解释或解决与化学相关的生产生活和社会问题的能力，增强社会责任意识。同时也为教师的教学设计预留了更广阔的想象空间。

铁是一种中等活泼程度且有可变价态的金属，经过初中以及高中入学以来的学习，学生已经学习了铁和酸反应、铁的置换反应、铁和氯气的反应以及金属的通性（与非金属、水、酸、盐反应），“铁的重要化合物”主要涉及铁的氧化物、氢氧化物和盐。铁的氧化物知识比较简单，根据学生的知识储备，他们能在课前自主学习掌握，所以对本节课内容进行了一些调整，侧重于铁盐和亚铁盐中Fe2+、Fe3+的性质，结合Fe2+与Fe3+的相互转化的条件来了解氢氧化亚铁、氢氧化铁的性质和制备。学生的难点会在实验方案设计的完整性、试剂选择的可靠性、现象分析的合理性。

三、教学目标

1.通过探究铁离子和亚铁离子的性质及其相互转化，学习基于证据推理的思维方法，形成化学反应是有条件的，实验是研究物质的重要方法等观念，体会同种元素不同价态之间可通过氧化还原反应实现相互转化。

2.通过氢氧化亚铁真面目的揭示，体验物质转化中选择条件、控制转化等的重要意义。

3.体验“提出问题，猜想假设;设计实验，科学验证;分析归纳，方法提升”的科学探究过程，尝试从化学的视角看待生活中的物质和现象，并运用化学知识解决生产生活中的真实问题，认识物质及其转化的重要价值，发展学生的证据推理、科学探究、科学精神与社会责任等素养。

四、教学思维导图

五、教学过程

情境导入

[生]感受美图（绿色主题的美图）（好似人间仙境，美的让人心醉）。

[師]绿色象征着生命，给人新鲜、朝气、向上、生机勃勃的感觉。“绿色”背后的英雄之一：铁是叶绿素合成时多种酶的活化剂，植物缺铁会导致叶绿素合成受阻而患黄化病，施铁肥后恢复生机，铁被誉为土壤中的“绿色”元素。

[生]（观看图片）感受植物缺铁时，引发“黄化病”，施用铁肥后恢复生机。

[师]地壳中铁含量居第4位，植物为什么还会缺铁。

资料显示（资料卡）：

一般认为，Fe2+是植物吸收的主要形式，Fe3+在根系表面转化成Fe2+才能被吸收。Fe2+易转化为Fe3+以及碱性土壤会降低铁的有效性，是植物缺铁的原因之一。从中可以获得有关Fe2+、Fe3+的什么信息？

[生]亚铁离子与铁离子是可以相互转化的，且性质也是有差异的。

[设计意图]通过情境切入本节课学习活动的主角铁肥（硫酸亚铁），给学生展示真实的情境，体现了化学源于生活。

环节一初识铁肥

[师]展示介绍“铁肥”硫酸亚铁：“浅绿色”的铁肥。研磨成粉末后溶于水配成溶液。

[生]观察新制铁肥溶液。

[师]投影铁肥放置于空气中一个月后发黄（图片），其原因可能是……

[生]被O2氧化了。

[师]我们必须用实验来说话。请同学们说说已学过哪些亚铁盐和铁盐的性质？

[生]展示氯化铁溶液和硫酸亚铁溶液，观察溶液的颜色。讨论回答相关性质。

[演示1]各取2mL氯化铁溶液和硫酸亚铁溶液，滴加10滴氢氧化钠溶液，观察现象。

[演示2]各取2mL氯化铁溶液和硫酸亚铁溶液，滴加2滴KSCN溶液，观察现象。

[生]观察总结，Fe3+的检验（三种检验方法：观察法、NaOH溶液法、KSCN溶液法）。

[演示3]取4mL水，滴加2滴氯化铁溶液，振荡后观察溶液颜色。均分成2份，分别滴加2滴KSCN溶液和10滴氢氧化钠溶液，观察现象。

[生]评价Fe3+检验的三种方法。

[设计意图]利用对比的方法，来认识Fe2+与Fe3+的性质以及离子的检验是有条件的，灵敏度可信度差异较大。采用观察法检验Fe3+是不靠谱的，黄色溶液不一定是含有Fe3+的，也可能是氯水、溴水等，另外溶液浓度较小时，也难以观察到溶液颜色;碱法检验也要求离子浓度较大，灵敏度较高;而KSCN法检验，即使浓度很小也是很灵敏的，应该是首选方案。

环节二探究铁肥

[过渡]我们就用KSCN溶液和氢氧化钠溶液来检验铁中的“铁”。

[学生实验1]检验铁肥

[生]汇报总结实验。铁肥中铁元素主要是Fe2+，有少量Fe3+。

[师]硫酸亚铁肥中为什么会有Fe3+？

[生]可能是Fe2+被O2氧化成Fe3+。

[师]从氧化还原反应的视角来看，将Fe2+转化为Fe3+要提供什么条件？（加入氧化剂），我们可以借助实验手段来验证该转化的发生。

[设计实验方案]

实验目的：将Fe2+转化为Fe3+，并确认该转化的发生。

提供试剂：铁肥溶液、KSCN溶液、新制氯水、H2O2溶液、铁粉、铜粉、VC片。

提出实验方案，并预测实验现象。

[师]师生共同分析。

[生]汇报设计，形成方案。

[学生实验2]

[生]书写离子方程式，汇报现象，并分析得出结论。

[师]空白对照实验，是研究物质转化时常用方法。

[生]通过以上学习，总结证明Fe2+存在的方法。（1）滴入KSCN溶液，无明显现象或溶液呈浅红色，加入氧化剂（如双氧水）后，溶液立即变为血红色或红色加深。

2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-，

Fe3++3SCN-==Fe（SCN）3。

（2）NaOH溶液法。

[师]可否先加氧化剂，再加入KSCN溶液来证明Fe2+的存在？

[生]可以。如果有空白对照实验即可。

[过渡]展示氢氧化亚铁沉淀颜色变化，为什么最终变成红褐色？（被O2氧化），展示有关氢氧化亚铁的性质[Fe（OH）2在常温常压下为白色固体，因易被氧化多呈灰绿色]。

[师]如何制得白色Fe（OH）2沉淀？其关键是什么？

[生]除去O2，创造无氧环境。

[师]边示范边图解实验操作：取1mL新制硫酸亚铁溶液，将滴管插入氨水液面下，轻轻挤出硫酸亚铁溶液（不要挤入空气），观察现象。

[学生实验3]氢氧化亚铁沉淀的制备。

[生]汇报评价实验。振荡后再观察，变成灰绿色。

回顾并总结：（1）实验成功的关键：_______。

（2）具体措施：_______的FeSO4溶液;滴管_______;除去_______的氨水;生成的沉淀_______（沉入或浮于）液面_______（上或下）。

（3）Fe2+遇到OH-的完整现象描述：_______色沉淀迅速变成_______色，最终变为_______色。

[小结]NaOH溶液法证明Fe2+存在的方法：

反应原理：Fe2++2NH3·H2O==Fe（OH）2↓+2NH+4，4Fe（OH）2+O2+2H2O==4Fe（OH）3。

实验现象：产生白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变为红褐色。

[师]对比铁肥溶液与Fe（OH）2沉淀变质的快慢，谈谈酸碱性对Fe*的还原性的影响。

[生]Fe2+在碱性环境下更易被氧化。

[设计意图]利用氧化还原反应，从本质上认识Fe2+转化成Fet的原理，结合Fe3+的检验，通过实验验证这个转化的发生，并歸纳总结证明Fe2+存在的方法，建构与修正离子检验模型（直接检验与转化检验两个模型）。让学生体会同种元素不同价态之间可利用氧化还原反应实现转化，而物质转化是需要控制条件的，通过实验探究，培养学生的变化观念、科学探究、证据推理和模型认知等素养。

环节三“还原”铁肥

[过渡]铁肥中的亚铁离子易被氧化成铁离子，而植物主要吸收亚铁离子，如何提高铁的吸收率，提出你的设想。

[生]将铁离子还原为亚铁离子。需要加入还原剂，常见还原剂有Fe、Cu等。

[设计实验方案]

实验目的：将Fe3+转化为Fe2+，并确认该转化的发生。

提供的试剂：FeCl3溶液、KSCN溶液、铁粉、铜粉、VC片。

[生]汇报方案，形成方案。

[学生实验3]利用学生实验2的两份红色溶液，一份加入VC片，另一份加少量铁粉（或铜粉），充分振荡后静置，观察现象。

[生]学生实验，书写离子方程式，汇报现象，并分析得出结论。2Fe3++Fe==3Fe2+，2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+。

[设计意图]从氧化还原反应的角度，来指导理解Fe3+的氧化性，提出Fe3+转化为Fe2+的方法，再次感悟同种元素不同价态之间可通过氧化还原反应实现相互转化。并逐步完成板书，突出价类二维模型的建构及价值。

[演示4]加VC片褪色的溶液，滴加双氧水，变红，振荡后又褪色。

[应用1]（实验室中的“Fe”）配制硫酸亚铁溶液时常加少量铁粉，且现用现配。为什么？

[生]将被氧气氧化形成的Fe3+还原为Fe2+。

[应用2]（生产中的“Fe”）常用氯化铁溶液来腐蚀电路板的铜。

[生]利用Fe3+的氧化性，将铜溶解。

[应用3]（生命中的“Fe”）植物缺铁的相关原因分析。一般认为，Fe2+是植物吸收的主要形式，Fe3+在根系表面转化成Fe2+才能被吸收。Fe2+易转化为Fe3+以及碱性土壤会降低铁的有效性，是植物缺铁的原因之

[生]植物缺铁时会主动产生还原酶，将Fe3+还原为Fe2+以利于植物吸收;碱性土壤致使铁元素转化为氢氧化物沉淀而不利于植物吸收。

[应用4]（生命中的“Fe”）人体缺铁时，补铁剂常与维生素C同服的原因是什么？

[生]人体能吸收Fe2+，维生素C可以将Fe3+还原为Fe2+。

[小结]物质之间是可以相互转化的，同种元素不同价态之间能通过氧化还原反应实现转化，相同价态之间常通过复分解反应实现转化。在生产生活中，人们可通过选择条件，控制转化，进而应用转化，使化学为人所用。

[设计意图]通过生产生活中的实例，认识到通过化学反应可以探索物质的性质、实现物质的转化，认识物质及其转化的重要价值;体现了“生活即化学，化学即生活”，使学生喜欢上化学，使化学充满活力，更有趣，体现化学学科价值。

六、教学设计亮点

1.创设真实的问题情境，基于学习活动培养学生素养

本节课沿着“铁肥”这条线索，设计出：初识铁肥、探究铁肥、氢氧化亚铁的制备、“还原”铁肥、生产生活中应用等教学过程，在氧化还原理论指导下，实现转化、确认转化，通过控制条件，应用转化，发展了学生的变化观念.证据推理和模型认知、科学探究、科学精神和社会责任等核心素养。通过实验室亚铁盐溶液的配制、电路板的制作、铁肥使用和保存、缺铁性贫血的治疗等真实的化学问题的解决，使学生沐浴在真实的情境中，让化学知识学有所用，体现化学学科价值。

本节课是元素化合物里应用氧化还原反应的典型案例，利用氧化还原反应的特征，分析化合价的变化，分析氧化性和还原性，选择合适的氧化剂或还原剂实现同一元素不同价态之间的转化，为不同价态物质的转化理清了认知结构。通过本节课的学习，从物质类别和元素化合价建立二维模型[2），体现同种元素不同价态间通过氧化还原反应实现转化，同种元素相同价态间常通过复分解反应实现转化，为后续S、N等的学习构建模型。当然若是铁的全部内容学习结束可进一步发展该价类二维模型。

还有，在学习Fe2+和Fe3+的检验过程中，也注重建模。Fe3+可用KSCN溶液来检验，具有典型现象，是检验物质本身;而Fe2+与其它物质反应时通常没有典型现象，将其先转化为Fe3+，再检验Fe3+以达到目的。构建离子检验模型：直接检验与转化检验。另外检验时，试剂加入顺序也是非常有价值的问题。

2.亲历氢氧化亚铁沉淀短暂一生

实验设计[3]如下：

（1）取3mL 1mol·L-1氨水和5% Na2SO3（除去氨水中的溶解氧）混合溶液;

（2）用滴管取1mL 0.5mol·L-1 FeSO4溶液，插入氨水液面下，轻轻挤出（不要挤入空气），观察现象;

（3）振蕩，充分接触空气，观察现象。

该实验成功的关键是氢氧化亚铁不接触到O2：氨水密度小于FeSO4溶液，产生的沉淀沉入底部;除去氨水中的溶解氧;滴管插入液面下，且不挤入空气;新制的FeSO4溶液等都是为了隔绝空气，防止氢氧化亚铁被氧化。

3.给学生留一扇窗，给思维留下空间

通过实验，让学生体验Fe（OH）2沉淀极易被氧化，而硫酸亚铁肥的溶液被氧化就慢得多，说明碱性环境下Fe2+更易被氧化，让学生真正明白控制条件对化学反应的重要意义。但此处并不需要进一步探究，只是给学生打开一扇窗，给学生的思维留下广阔的空间，鼓励学生课后查阅资料，进一步学习和探究，决不能固化学生的思维。

4.实验微型化生活化也是亮点之一

学生实验使用了塑料眼药水瓶，控制液体使用量非常便捷;制备氢氧化亚铁使用了塑料小药瓶（带

盖），药品使用量少，操作方便，现象非常明显。使用生活中常见的“小”仪器进行实验，势必会激发学生对

化学的兴趣，同时也树立绿色化学的观念和培养创新精神。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部制定，普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]吴克勇，蔡子华模型认知解读及教学思考[J].教学研究与评论（南京），2017（7）：75-78

[3]魏崇启氢氧化亚铁制备实验的创新[J].中学化学教学参考，2018（6）：48