“物质性质实验”认知模型建构——以“探究铁及其化合物的氧化性或还原性”教学为例

陕西省榆林市绥德县第一中学 鲍巧红

一、问题的提出

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的自然科学。化学在人类生产和生活中有着重要的作用。为了使化学更好地为人类服务，我们需要充分地认识物质的性质。研究物质性质我们经常使用观察法、实验法、分类法和比较法，其中实验法是应用其他方法的基础。模型是以客观事实为依据建立起来的，是对事物及其变化的简化模拟。模型认知就是对研究的物质及其变化等问题做抽象化、简约化、形象化的描述，再现物质及其变化的本质、内在特性和一般规律，并通过实验验证来完善模型。化学教学中引领学生模型认知的过程就是认识物质本质知识并形成清晰的知识框架即认知模型的过程，是形成学科思维，内化为学生的学科核心素养的过程。可见，模型是一种认知工具，模型认知是一种科学的认知方式。本文就结合“探究铁及其化合物的氧化性或还原性”这一具体化学问题的教学，对“物质性质实验”认知模型建构做一定的思考和解读。

二、教学流程和情境设计

1.情境导入提出问题

【教师】得了缺铁性贫血需要补铁单质吗？你熟悉的含铁元素的物质还有哪些？

【学生】补充的是铁元素。含铁元素的物质有铁单质、氧化铁、氧化亚铁、磁铁、氢氧化亚铁、氢氧化铁、硫酸亚铁、氯化铁等。

【教师】这些含铁元素的物质按化合价分类怎么分？

【学生】可以分为0 价Fe，+2 价FeO、Fe(OH)2、FeSO4，+3 价Fe2O3、Fe(OH)3、FeCl3。

2.实验探究铁及其化合物的氧化性或还原性

【教师】从化合价的角度，预测不同价态的铁元素哪些有氧化性，哪些有还原性？

【学生】根据元素化合价预测，铁元素最低价具有还原性，处于中间价态的Fe2+既有氧化性又有还原性，处于高价的Fe3+具有氧化性。

【教师】如何验证你们的预测？

【学生】若预测某一物质具有氧化性，就应该选取另一具有还原性的物质，通过实验证明二者之间能发生氧化还原反应进而验证预测。同理，若预测某一物质具有还原性，就选取另一具有氧化性的物质，通过进行实验验证预测。

【教师】提供常见氧化剂和还原剂：铁粉（铁丝）、氯水、稀硝酸、KSCN 溶液、稀硫酸、锌片、硫酸铜溶液、铜片、FeCl2 溶液、FeCl3 溶液。

【学生】设计实验方案，预测现象，进行实验，观察现象，得出结论。

【探究实验】学生设计探究铁单质的还原性、FeCl3 的氧化性、FeCl2 的氧化性与还原性实验的实验方案，并根据方案进行实验（步骤略）。

3.建构“物质具有氧化性还原性探究实验”的认知模型

【教师】总结探究物质性质的一般思路。基于问题—提出假设—设计实验—实施实验—观察现象—得出结论。

【教师】本节课通过实验探究了铁及其化合物的氧化性和还原性，最初由教师提出问题Fe、Fe2+、Fe3+有哪些性质？这一环节称为“基于问题”，紧接着总结出探究物质性质的思维模型框架。下面大家总结“物质具有氧化性还原性探究实验”的认知模型。

【学生】总结探究物质氧化性或还原性的思维模型：进行化合价预测—选择相应的氧化剂（还原剂）和检测试剂—预测现象—实施实验—观察现象—得出结论。

设计意图：氧化还原反应的知识是在高中化学中重要概念和重要理论。氧化还原反应贯穿于中学化学教材的始终。可以说在中学化学中凡涉及元素价态变化的反应都是氧化还原反应。“探究铁及其化合物的氧化性或还原性”是鲁科版高中化学必修一第二章第三节“氧化剂和还原剂”的第三课时的内容。学生已经掌握了氧化还原反应、氧化剂和还原剂的概念，认识了氧化还原的本质，通过探讨铁及其化合物的氧化性或还原性，不仅仅加深了氧化还原反应特征和本质的认识，而且通过引导学生构建出完整的“探究物质氧化性或还原性实验”的认知模型，帮助学生逐步形成稳定的认知方式，为以后认识其他物质的性质提供了思维模型，提高学生学科核心素养。

三、教学反思

本文体现了教师为主导，学生为主体的教学理念，以铁与人体健康的关系导入，主要采用启发式，探究式的教学方法，设计了学生活动：分析问题，进行预测，设计实验方案，动手操作实验，总结实验，形成思维框架，构建了探究物质性质的认知模型，为今后学习其他物质性质打下了坚实的基础，深化了学生的学科思维，培养了学生的化学学科素养。