基于真实情景的项目式学习——菠菜补铁是真的吗？

广东 刘汉国

一、项目主题

新课标非常重视情景化的设计和核心素养的落实，而学生也存在知识与应用之间严重脱节的问题，该问题如何解决呢？本节课通过“张老师缺铁性贫血，菠菜补铁”的真实情景，以“菠菜补铁是真的吗？”作为研究项目，把实际问题转化为化学问题中的定性检验和定量检测，并通过设计层进式的问题，把复杂问题转化为简单问题，重点落实证据推理与模型认知的学科核心素养。通过“价—类—性”模型的构建，帮助学生形成知识框架，培养学生系统化思维；通过“价—类—性”模型的应用，渗透核心知识的重要性。

二、项目目标

铁及其化合物是高考的重点内容，尤其是Fe2+、Fe3+的检验及其测定，但考查的重点归根结底都是铁及其化合物的性质。创设真实情景，以复习知识为基础，以应用知识为目的，以培养素养为核心，制定的教学目标如下：

1.创设真实情景，引导学生将生活问题转化为化学问题，培养学生用化学思维解决实际问题的能力。

2.通过真实情景的实验探究，引导学生构建“价—类—性”模型并用此模型解决“菠菜补铁是真的吗？”的问题，实现铁及其化合物之间相互转化的复习目的，培养科学探究与创新意识和证据推理与模型认知的学科核心素养。

3.以Fe2+、Fe3+的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应，培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养。

三、项目任务

根据项目活动设计的一般步骤，首先确立项目总任务为探究“菠菜补铁是真的吗？”，然后综合解决该问题的过程和涉及的知识，对该项目问题逐步预设分析思路和子任务，其预设任务流程见图1。

图1 预设任务流程

四、项目实施

【导入项目】我们学校的张老师体检发现血红蛋白的指标远低于正常值，医生建议张老师饮用“补铁剂”治疗。但是张老师想通过吃菠菜补铁，他询问我的意见。作为化学教师，如何从化学的角度解答张老师的问题呢？

【分解项目】解答“菠菜补铁是真的吗？”应从几个维度回答呢？

【学生活动】

问题1：菠菜中是否含有铁元素？

问题2：每天吃多少质量的菠菜？

【提出问题】那么这两个问题，转化为化学问题分别是什么呢？

【学生活动】定性检验和定量测定。

【必备知识】问题的解决，需要一定的知识基础。首先请大家完成“价—类—性”模型(图2)。下面请一位同学来汇报。请思考预测物质具有氧化还原性的依据是什么呢？预测物质酸碱性的依据是什么呢？

【子项目一】定性检验——菠菜中是否含有铁元素？

【定性检验】要进行检验，那么检验需要哪些步骤呢？

图3 “定性检验”模型

【提出问题】阅读资料卡片，提取重要信息。

资料卡片：

1.由于草酸的存在，菠菜中铁元素以FeC2O4等形式存在，FeC2O4等易被氧化，难溶于水，易溶于酸，100 g菠 菜中含铁约2.4 mg。

2.有机色素易溶于乙醇、四氯化碳等。

问题1：菠菜用什么溶剂溶解呢？

A.水 B.硝酸 C.硫酸

问题2：如何排除有机色素的干扰呢？请回答你的依据。

【学生活动】

问题1：菠菜用硫酸溶解，原因是FeC2O4易被氧化，难溶于水，易溶于酸；

问题2：用四氯化碳萃取排除有机色素的干扰，原因是有机色素易溶于乙醇、四氯化碳等。

【提出问题】检验试剂的选择。

明确对象：菠菜中若含有铁元素，则铁元素的价态是多少？检验Fe2+、Fe3+分别选择的试剂是什么？

【学生活动】完成表1。

表1

【提出问题】检验方案的评价。

图4

【学生活动】完成表2。

表2

【提出问题】通过检验菠菜中Fe元素选择试剂的分析过程，大家认为在试剂的选择时应注意什么样的问题呢？

图5 “检验试剂选择”模型

【检验结论】菠菜中含有铁元素。

【子项目二】定量测定——每天吃多少质量的菠菜？

【定量测定】滴定。

滴定的原理是什么？滴定实验设计的关键问题是什么？检验Fe2+和Fe3+选择的滴定剂和指示剂分别是什么？

表3

菠菜中含有Fe2+和Fe3+，二者如何转化为一种离子呢？

【提出问题】测定方案的评价。

图6

问题1：锌粉的作用是什么？判断Fe3+完全反应的现象是什么？

问题2：菠菜中有哪些物质与酸性KMnO4反应呢？这些物质是否有固定的定量关系呢？

问题3：请你评价该方案能否测定出铁元素的质量。

【定量测定】吸光度。

图7

图8

【实验步骤】

1.样品处理

图9

2.标准液的测定数据如图10。

图10

3.待测液的测定数据如图11：取25 mL样品，测其吸光度。

图11

【问题链条】

问题1：菠菜中铁的价态是多少？

问题2：邻二氮菲与几价铁显色呢？

问题3：盐酸羟胺溶液的作用是什么？

问题4：吸光度(A)与被测物质浓度(c)具体关系是？

问题5：25 mL样品中含铁多少微克？

【提出问题】测定结果：100 g菠菜中含铁2.4 mg。已知：成人每天需要10～15 mg铁，人体对菠菜中铁的吸收率大约为5%。每天需要菠菜多少克？用菠菜代替补铁剂是否可取呢？

【实验结论】用菠菜代替补铁剂不可取。

【能力提升】医生建议：为了提升治疗效果，补铁剂与维生素C搭配使用。请推测维生素C起到什么作用呢？你推测的依据是什么？

【交流分享】选择铁元素检验试剂的依据是什么？测定铁元素滴定剂选择依据是什么？

【归纳总结】

图12

五、项目成果与评价

(一)项目成果展示

项目研究完成后，让学生撰写小论文外显本项目研究的成果，作为终结性评价。小论文以成文的形式反映学生的思维过程，帮助教师反思教学行为。以小组为单位，交流、分享“生活问题转化为化学问题”的感悟、方法及其价值。

(二)项目成果评价

美国国家研究理事会将学习进阶定义为“在较大时间跨度内，学生学习和研究某一主题时，对学生连贯且逐渐深入的思维方式的描述”。表4中给出了本项目学习路径的描述、评价及相应的学科核心素养发展。

表4 项目学习路径的描述、评价及相应的学科核心素养发展

六、项目反思

项目式学习是以学生为中心的学习方式，通过参与真实情景的项目，学生在收获知识的同时，学会批判地思考问题、分析信息的可靠性、创造性地解决问题。而如何借助项目式引导学生进行深度学习是项目设计的重点，如何设计项目教学的流程是项目实施的关键，如何注重学生高阶思维的培养是项目设计的核心。

以“项目式教学”为引领，建立课堂文化，关注学生成长，落实学科核心素养，积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式等课堂教学模式。