元素化合物知识单元整体教学的实践与思考

马金星 徐婴

摘要：元素化合物知识单元教学设计立足内容进行全局性整体安排，本文力求以《铁及其化合物》为例，通过真实的教学情境将分散的知识有序地联系起来，实现学生深度学习、高阶思维能力提升和学科核心素养发展。

关键词：单元教学 铁及其化合物 问题 核心素养 “价—类”二维图

一、问题提出

单元教学是以一个主题为研究对象，根据不同知识点之间的联系，整合各种教学形式和教学策略，让学生围绕有趣且有挑战性的真实问题，开展以化学实验为主的探究活动，通过若干节课的教学实施，学生经历一个相对完整的知识单元学习，促进深度学习发生。

化学元素化合物知识单元教学流程框架为：结合生产、生活、环境等现实问题，设计密切相关的教学情境，构建“价—类”二维图，引出问题并在问题驱动下进行教学。下面以高中化学必修第一册《铁及其化合物》单元教学为例进行分析。

二、基于学生深度学习的单元整体教学设计案例

（一）教学背景分析

1.教学内容分析

铁元素不仅是典型的金属元素，还是重要的变价元素。铁及其化合物，与人体健康密切相关，在生活、生产中也有着广泛的应用。《普通高中化学课程标准（2017年版）》对本节的内容要求是：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及在生产、生活中的应用。重点是Fe3+的氧化性、鉴别、Fe2+与Fe3+的转化规律。

2.学生情况分析

通過初中化学及高一化学前几章的学习，学生了解了一些铁及其化合物知识，基本具备了按分类思想分类研究物质性质和科学探究的基本方法，能利用氧化还原理论和离子反应概念解决问题。同时学生具有一定的实验操作、观察分析和表达交流的能力。

（二）单元教学目标设计

1.基于铁元素的价态和物质类别，结合自然界、实验室和生活、生产中了解的含铁物质，绘制“价—类”二维图。

2.运用“价—类”二维图，依据氧化还原反应原理，预测铁及其化合物的化学性质，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。建立基于元素化合价和物质类别研究物质性质的思维路径。

3.能用化学方程式、离方程式正确表示铁及其化合物的主要化学性质。

4.通过实验探究活动，提升实验方案设计能力，促进学生建立实验目的、实验现象与数据、实验结论中间的关系。

5.通过日常生活中的含铁物质的应用，体会学习化学是有用的。

（三）教学设计流程图

三、教学过程设计

本单元教学分3课时完成。

任务一（1课时）：情境引入，师生共同绘制“价—类”二维图;基于铁单质学习铁的化学性质，完成实验方案设计并初步验证。

部分实录如下：

【PPT】粉刷在墙壁上的红色涂料、铁锅、补铁保健品等，让学生归纳其物理性质和用途。

【学生回答】铁及氧化铁的物理性质。

【PPT】展示氧化亚铁、四氧化三铁、氢氧化铁和氢氧化亚铁的图片。

【教师补充】铁的常见化合物的物理性质。

【提出问题】元素化合物的物质种类很多，如何学习才能更高效？联系已经学习过的物质的分类方法，思考对元素及其化合物如何进行分类？

【引导学生】从化合价和物质分类角度绘制铁及其化合物的二维图。

【学生活动】初步绘制“价—类”二维图，并分小组展示汇报。

【提出问题】从化合价变化视角看，铁单质可能有哪些性质？可以和哪些物质反应？如何设计实验？

【学生讨论】铁的化学性质，设计铁和非金属单质、酸溶液、盐溶液等的反应。

【学生实验】利用实验篮中试剂完成铁的相关实验。

【提出问题】铁能和水反应吗？

【学生回答】不能，因为人们用铁锅可以做饭，水杯也有不锈钢材质的……

【视频】钢铁厂生产中，炽热的铁水注入模具前必须充分干燥处理。

【提出问题】铁和水蒸气反应可能生成什么产物？如何检验产物？（从化合价变化角度思考）

【演示实验】铁和水蒸气反应，检验产物H2和四氧化三铁。

【学生练习】书写铁和水蒸气反应的化学方程式。

【学生汇报】通过本节课的学习，谈谈你有哪些收获。

【归纳总结】通过化合价变化和物质种类变化视角，让学生更快地掌握物质变化的实质和物质间的关系。

【设计意图】鉴于学生已经学过了氧化还原知识和物质的分类，让其绘制铁及其化合物的“价—类”二维图，可帮助学生把孤立的反应转化成相关联的知识体系，让学生从元素观、分类观、变化观、守恒观的角度认识铁及其化合物。

任务二（1课时）：问题驱动，通过探究铁红颜料的制备，学习铁的氧化物、氢氧化物的性质。

部分实录如下：

【提出问题】颜料中的铁红是什么成分？如何制得？

【小组讨论】分小组设计实验方案并汇报。

【归纳汇总】铁与氧气反应因温度不同产物复杂，不易控制。铁盐溶液与碱反应，生成氢氧化铁沉淀，灼烧分解制得氧化铁。

【学生活动】分组用氢氧化钠溶液和硫酸铁溶液反应，制得氢氧化铁沉淀，然后抽滤，灼烧沉淀制得氧化铁。

【提出问题】用类似的方法是否可以制得氧化亚铁呢？请同学们用硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液反应，观察现象。

【学生实验】亚铁盐溶液与碱溶液反应，观察并汇报实验现象。

【提出问题】白色沉淀最终转化为灰绿色沉淀说明了什么？如何才能制得氢氧化亚铁沉淀？

【小组讨论】设计实验过程并汇报。

【提出问题】氢氧化亚铁被氧气氧化成了氢氧化铁，能否利用仪器把这一微观过程体现出来呢？