基于物质转化观的教学新思考

马媚媚

摘要：梳理元素化合物的教学（以铁及其化合物为例）的相关文献，文献中呈现的教学案例都能注重核心知识的教学和发展学生的思维能力、科学探究能力。文章试图从情境教学、学科理解和实验细节三个方面阐述对物质转化教学的一些新的思考。

关键词：物质转化;情境教学;科学精神;学科理解

文章编号：1008-0546（2022）07-0014-03中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.003

“物質转化观”是化学学科观念之一，化学的核心问题是物质及其相互转化。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）在主题2“常见的无机物及其应用”中要求“结合实例认识金属、非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的性质、实现物质的转化，认识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”[1]。在教学中以典型的元素及其化合物为代表，学习物质的性质、转化、制备、检验、除杂及应用等内容，学生不仅可以探寻物质及其转化的基本规律，还可以学习相关概念原理知识，建构物质及其转化的科学理论，同时提高实验探究能力。

高中化学必修1 的“铁及其化合物”这一内容是非常典型的元素化合物课型，也是非常典型的氧化还原反应的重点课。笔者对近十年的核心期刊文献中关于“铁及其化合物”的课堂实践研究发现，在教学中教师都能借助真实情境素材开展系列的探究活动，教学的核心知识都是 Fe2+、Fe3+的检验及 Fe2+和 Fe3+的相互转化。从学科的角度再来思考这节课，有很多新的想法与大家分享。

一、情境教学的思考

在教学中需要创设真实的情境，让学生在真实的情境中来解决具体的化学问题，教师设计真实情境下不同层次的问题，来引导学生进行实验探究、讨论交流等活动，找出解决问题的方法，促进学生思维的发展。

新课标中给出了许多铁及其化合物的情境素材建议，如：补铁剂;实验室中硫酸亚铁的保存与使用;印刷电路板的制作;打印机（复印机）使用的墨粉中的铁的氧化物（利用磁性性质）;菠菜中铁元素的检验等[1]。课堂中老师还可以使用青砖红砖、紫砂泥、植物补铁花肥、食品脱氧剂等情境素材，可谓是眼花缭乱。如何利用好情境素材，让情境素材发挥它应有的功能，笔者认为主要应从三方面思考。

1.提高情境的选择力

情境素材一定要有所取舍，找到一个核心情境贯穿到底，不要被光怪陆离的情境所迷惑，要回到学科的本位来思考。教学中最怕的是情境的大拼盘，每解决一个学科问题就展示一个情境，没有一个完整的解决问题的主情境。情境的使用是为了让问题更有价值，是为了引导问题的产生，是为了使教学活动顺利展开，是为了使学生的思维不断提升。因此，选择一个好的情境相当重要。

如某案例以实验室里变质的绿矾晶体作为情境素材，以感知绿矾—检验绿矾—保存绿矾作为教学主线，通过设置问题情境将整个教学内容融合其中。表1是设计的问题情境和蕴含的素养目标。

这个案例选取的情境简洁直观，与化学实验室的绿矾试剂保存息息相关，以往对于绿矾的情境使用，仅仅在介绍应用的时候闪现一下，而本节课在教学中从始至终围绕绿矾设计了一系列的“问题串”，紧扣主题，让学生不断在“为什么”和“是什么”的问题思考中，激起自主探究的欲望。

2.突出学科本质

在这节课的教学中会遇到这样一个问题，如何检验 Fe2+？学生通过 Fe3+的检验很容易想到用 KSCN溶液，那么先加 KSCN溶液还是先加氯水氧化呢？这里面就涉及化学检验当中的逻辑问题，Fe2+检验中先加 KSCN溶液，有两个功能：一是作为未来产品的检验试剂，即用于生成的产物Fe3+的检验。二是作为排除剂，排除检验的试剂中有没有Fe3+。学生理清这两个功能后，就很容易得出先加氯水、双氧水等氧化剂显然违背了物质检验的逻辑。

紧接着抛出另一个问题，Fe2+和Fe3+混合溶液中，如何检验Fe2+？学生如果还用Fe2+的检验逻辑是行不通的，学生会想到排除干扰，可不可以把Fe3+除去再检验呢？化学学科的本质就是科学逻辑问题，物质检验的核心问题就是排除干扰。

3.体现科学精神

什么是科学精神？坚持以科学的态度看待问题、评价问题而不借用非科学或伪科学的手段。科学精神的核心是实事求是、开拓创新，这需要实验的严格检验和理性的无情审查。所以科学精神的两大支柱是实证精神和理性精神。科学需要实证。要证明溶液中有 Fe3+，借助 KSCN 溶液，看到有血红色产生，说明溶液中一定有Fe3+。在化学教学中，有独特的实证精神，就是用物质来证明物质，如 SCN-遇到 Fe3+有血红色现象，就是用SCN-证明Fe3+的存在。科学需要理性。理性是靠缜密的逻辑，如Fe2+的检验，当学生先加氯水，再加 KSCN溶液，发现溶液也变成血红色，说明一定有Fe3+，但是不代表Fe3+就是氧化生成的Fe3+，Fe3+怎么来的？也有可能是溶液中本身就存在Fe3+，你得到了你所想要的现象不一定能够证明Fe3+的存在，这就是科学的理性。理性精神促进科学的诞生和发展，科学的成长又反过来发扬光大理性精神。让学生通过实验探究不断地对已学的知识进行实证，并不断地进行理性思考是我们教学的最终目标。

二、学科理解的思考

化学学科理解是指教师对化学学科知识及其思维方式和方法的一种本原性、结构化的认识，它不仅仅只是对化学知识的理解，还包括对具有化学学科特质的思维方式和方法的理解[1]。站在学科理解的高度，铁及其化合物这节内容在教材中的地位不容小觑，最重要的核心地位就是在氧化还原反应中怎么实现Fe2+和Fe3+的相互转化以及转化的动力问题。

1.转化的认知

在 Fe2+和 Fe3+的相互转化这一环节教学中，教师习惯于先提供试剂给学生，提供常见的氧化剂和常见的还原剂，让学生设计实验方案，分析方案的可行性后，学生再动手做实验。学生能够设计实验方案实现转化是基于学生对 Fe2+和 Fe3+的性质的掌握，性质掌握后驱动它的应用，通过探究转化的方式进行应用，对 Fe2+和 Fe3+的转化应作为一个系统，不要把它割裂开，在应用中整合，性质、转化、应用三者之间靠什么驱动，就是逻辑（见图1）。

2.转化的动力

Fe2+和 Fe3+的相互转化背后的推手是什么？转化后面有什么样的规律？转化的动力是什么？是我们这节课需要深入思考的点。通过这一节课，我们进一步认识了氧化性和还原性，氧化剂和还原剂的相对强弱问题应该要得到巩固和加强，由此可以引导学生思考这样的问题：Fe2+有还原性，Fe2+→Fe3+的转化是很容易自发的，比如在空气中被氧化，学生通过实验知道氯气、双氧水、溴水可以把Fe2+氧化，通过这些反应可以得出这几种氧化剂的氧化性与Fe3+的关系，这几种氧化剂之间也有强弱顺序，值得进一步深思，这一节课有个基本的序：MnO4->Cl2>Br2>Fe3+，应该在教学中让学生明白。Fe3+→Fe2+的转化要控制还原剂的种类，从还原性的序可以得出：Mn2+

三、相关实验的思考

在这节课的教学中涉及很多的探究实验，实验过程中的细节处理也是不容忽视的。

1.Fe粉与FeCl3溶液的反应

教学中讲到 Fe3+→Fe2+的转化时不可避免地要让学生做 Fe粉与 FeCl3溶液反应的实验，这个实验短时间内想要看到Fe2+的浅绿色很难，由于铁粉的原因会浑浊一片，如何处理呢？如果教室里有个离心机或者直接过滤，溶液的浅绿色看得很明显，很多时候条件是不允许的，这时如果用一团小棉花或者湿纸巾，往里面捣一捣，就达到过滤的效果了，快速便捷。还是这个反应，在教学中让学生观察现象时，学生会说有气泡产生，与你想要的答案相差甚远，怎么办？很多老师在教学中视而不见、不回答。这个现象不能视而不见，为什么有气泡？是什么气泡呢？或直接告诉学生这个气泡是氢气，为什么会有氢气？显然 FeCl3溶液是酸性，而且酸性比较强，Fe 粉加入以后不仅和 Fe3+反应，还和 H+反应，这两个反应同时开始，没有所谓的先后，因为H+作为质子，扩散速率是很高的。

2.Cu粉与FeCl3溶液的反应

铜还原 FeCl3溶液的实验，苏教版教材中设计了如下活动与探究：用毛笔蘸取少量30%的 FeCl3溶液，在铜片上画一个“+”，放置片刻后，用少量水将铜片上的溶液冲至小烧杯中。学生能够观察到的现象是：“+”处有明显的被腐蚀痕迹，冲洗后的溶液蓝色不是很明显。

现行人教版必修1教材中设计如下的实验：取一小块覆铜板，用油性笔在覆铜板上画上设计好的图案，然后浸入盛有 FeCl3溶液的小烧杯中。过一段时间后，取出覆铜板并用水清洗干净，学生能够观察到的现象是：油性笔未画过的覆铜板被腐蚀了，但是小烧杯中的FeCl3溶液其实短时间内变化不明显。

这两个方案的设计关键是反应物量的问题，在教学中可以换用 Cu粉与 FeCl3溶液的试管实验，溶液中的蓝色可以很清晰地看出，如果进一步追问怎么检验反应后的溶液中是否含有 Fe3+？显然滴加 KSCN 溶液，这时会发现有异常现象，产生白色沉淀，白色沉淀是什么呢？会不会是CuCl？会不会是CuSCN？这里0价的铜被氧化的过程中，价态升高的时候不一定全部变成了+2价的铜，主要与 FeCl3溶液的浓度有很大关系。当然通过比较CuSCN的Ksp=4.8×10-15，CuCl的Ksp=1.72×10-7，溶液中 SCN-的浓度太低，Cl-浓度大得多，生成CuSCN可能性不大。

3.H2O2溶液与FeCl2溶液的反应

实验探究 Fe2+→Fe3+的转化时，氧化剂如果选择 H2O2溶液，先滴加 KSCN溶液，再滴加 H2O2溶液，往往血红色溶液看不出，显然不是Fe2+不被H2O2溶液氧化，而是又發生氧化还原反应，KSCN被 H2O2溶液氧化为硫氰酸根（SCNO-），在教学中可以与学生探讨是 Fe3+继续被氧化了，还是SCN-被氧化了？只需向溶液中继续滴加KSCN溶液，如溶液变成血红色，则可以证明。

化学知识是培养学生化学学科核心素养的重要载体，在现行的课堂教学中，对化学教师的专业素养提出了更高的要求，要求教师进一步增进化学学科理解。这节课关于实验方面的细节点还有很多，当然一节课也不一定要把细节都处理掉，教学是无止境的。

美国课程专家埃里克森认为“学生的学习重心应该从记忆事实转移到可迁移的核心观念和对更为根本的知识结构进行深层理解，培养和发展思维能力”[2]。元素化合物的知识是进行物质转化教学的有效载体，在教学中不能单纯只记忆相关转化的反应物质、反应方程式，更多地要结合化学实验，带领学生探究实验现象背后蕴藏的化学原理、化学本质，用反应原理来解释物质转化的一般逻辑，使学生的认识能够基于知识又超越知识，实现认识事物方式的转变和加强对化学学科的理解，这是提升学生解决问题能力和化学思维能力的重要教学策略[3]。

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）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

[2] 田长明.基于“物质转化观”的元素化合物教学——以“奇妙的碘”为例[J].化学教学，2016（7）：47-49.

[3] 何彩霞，余丽蓉.多角度地认识化学反应[J]. 教学仪器与实验，2014（9）：3-7.