挖掘真实情境问题 实验促成素养发展——以铁盐、亚铁盐的教学为例

季文彭 李 智

（1.华宁县第一中学 云南 玉溪 653100；2.楚雄彝族自治州民族中学 云南 楚雄 675000）

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称课标）提出了重视开展“素养为本”的教学实施理念，［1］为教师“怎么教”指明了核心路径。同时，课标还具体指出教学要注重创设真实问题情境、注重开展实验探究、注重教学结构化，进一步为教师“怎么教”提供了具体方法。为积极响应当下新课改的教育教学理念、促进学生化学学科核心素养的有效发展，课堂教学应做到：基于真实情境挖掘有意义的学科问题，并结合化学实验等活动探究和解决问题，引导学生在学习过程中建立结构化知识模块。

一、教学主题及背景分析

1.教学主题分析

“铁盐和亚铁盐”属于课标必修主题2，有关内容要求和教学策略均提倡要结合真实问题情境和实验探究活动而展开教学，情境素材建议使用“补铁剂、印刷电路板的制作等”。由此可知，元素及其化合物的教学应紧扣真实问题情境和实验探究活动这两条主线。“铁盐和亚铁盐”是多价态金属元素的典型代表，也是学生后续认识其他陌生多价态元素的重要基础。为此，现行人教版教材多次运用“思考讨论”“实验”“方法导引”栏目突出呈现“铁盐和亚铁盐的相互转化”，着重引导学生基于物质类别和元素价态预测物质性质并设计物质间转化途径，相应的教学也需帮助学生建构“价-类”二维认识模型，促进学生认知结构化。

2.教学背景分析

在课标指导下，教师们围绕真实问题情境和实验探究活动这两条主线对“铁盐和亚铁盐”教学进行了诸多探索。如刘妍老师等人围绕“暖宝宝”的使用挖掘学科问题，在探究和问题解决的过程中培养学生多方面的化学学科核心素养。［2］王正兵老师基于素养为本的教学理念，选取生活常见“补铁剂”为素材，结合化学实验探究设计和实施教学。［3］叶跃娟老师等人，以“印刷电路板腐蚀液”为情境素材，结合活动体验和问题引导培养学生化学学科核心素养。［4］陆卫星老师基于深度学习理念，以磁性氧化铁的应用情境引出制备问题，在问题解决中培养学生化学学科思维和核心素养。［5］廖玉红老师等人以“补铁口服液”为情境，开展素养为本的教学。［6］于凤娥老师以“幸运小铁鱼是否能补铁”为主题，结合系列问题探索深度学习的课堂教学。［7］以上老师们均在不同程度上结合了真实情境和化学实验这两条主线而开展教学，但各教学设计对于这两条主线的素材选取和推进深度又稍有不同。

结合教学实践和文献研究发现，以往有关“铁盐和亚铁盐”的教学设计，常存在以下问题：一是情境问题的挖掘不够充分，情境未能贯穿课堂始终，情境素材与授课知识之间的衔接缺乏自然性，学生难以深入情境。二是实验活动开展不够充分，如实物观察、理论预测、证据推导等活动未能深入开展，学生的学习未能获得充分的宏观证据支撑。三是依赖“铁三角”关系图，没有密切联系铁元素的价态变化，未能突出“价-类”二维的科学认识模型。

二、教学思想与创新

1.巧用情境，充分挖掘问题

基于情境的教学要力求“讲究真、追求美、注重情、突出思”，充分考虑“学生—知识—社会”三者的经验关联和有机融合。［8］“铁盐和亚铁盐”在生产生活中有着广泛应用，教学可围绕“组成—性质—用途”这一逻辑线选取应用情境、挖掘真实问题。本设计选取“硫酸亚铁肥的使用”为情境素材，充分挖掘其中涉及的化学问题，并设置“园艺师”角色，引导学生从“园艺师”的站位出发，剖析、探究并解决硫酸亚铁肥使用过程中的系列问题。巧用贯穿教学始终的情境，带领学生体验一场沉浸式的学习，实现“知识—能力—素养”的多维发展。

2.轮番实验，深入推动参与

化学实验是学生深入学习元素及其化合物的必要支持和重要途径，它能够为学生提供宏观的证据现象和直观的视听体验，帮助学生基于真实体验认知物质性质及变化，发展学生动手、观察、辩证思维、推理等学科关键能力。本设计采用轮番的化学实验辅助“铁盐和亚铁盐”的教学。通过实验搭建可参与的课堂活动平台，让学生在实物观察、方案设计和动手实验的过程中真实参与学习，实现手、脑、眼、口的多感官联动，深化参与程度，提高学习效率。

3.联系“价-类”，构建认识模型

人教版教材在介绍“铁盐和亚铁盐”之后，通过方法导引栏目介绍了认识元素及其化合物性质的视角——物质类别和元素价态，即“价-类”二维的认识模型。“价-类”二维的认识模型旨在引导学生基于物质类别通性和氧化还原反应原理预测物质性质，为研究物质及其变化提供了一种科学思路。铁元素是学生初次接触多价态金属元素，铁及其化合物种类丰富、转化交错，学生学起来难免混沌不清，而基于“价-类”二维去预测并认识铁及其化合物则能较好地克服这一困难。

三、“素养为本”的教学设计

1.“素养为本”的教学与评价目标

表1 教学目标与评价目标

2.“素养为本”的教学思路

图1 “素养为本的教学思路”

3.“素养为本”的教学主要过程

（1）新课导入

【资料卡片】铁元素是动植物体内的必需微量元素。植物缺铁会出现新叶变黄、叶子白化、停止生长等病状。

【问题1】若你是园艺师，试想如何改善植物缺铁？请分享课前预习设计的植物补铁方案。

【学生】方案1：直接在土壤里埋入铁钉。

【信息】植物能有效吸收Fe2+，却较难吸收Fe3+。

【追问】从化学的角度分析，方案1可行吗？

【学生】结合提示信息和已学知识，解释铁钉生锈后生成Fe2O3，铁元素的价态为+3，不易被植物吸收，不建议直接埋入铁钉。

【追问】各位园艺师还有其他方法给植物补铁吗？

【学生】使用含有+2价铁的肥料。

（2）课堂前测

铁元素的常见价态有哪些？请基于已学的含铁物质，补充铁元素“价-类”二维图（1）（如图2）。

图2 铁元素的“价-类”二维图（1）

【提问】含有+2价铁的化合物FeO、Fe（OH）2稳定性如何？它们具有什么性质？

【学生】回忆FeO、Fe（OH）2的不稳定性和还原性。

【追问】含有+2价铁的亚铁盐肥料稳定性如何呢？

（3）参与式学习1：实验探究硫酸亚铁肥的使用注意事项。

【教师】淘宝搜索，展示硫酸亚铁肥的使用注意事项，引导学生挖掘使用中的化学问题。

【学生】根据硫酸亚铁肥的使用说明书提取信息，挖掘化学问题。

【问题2】为何硫酸亚铁水溶液要现配现用，存放一段时间后会发黄失效？请各位园艺师从化学的角度出发，尝试解答。

【学生】根据Fe（OH）2在空气中易被氧化，联系猜想可能是Fe2+在空气中被氧化为Fe3+。

【追问】如何获取证据验证上述猜想？什么样的现象能够说明Fe2+在空气中被氧化为Fe3+？

【小组实验】溶解硫酸亚铁肥，久置并观察溶液颜色变化。

【方法指导】请各位园艺师结合铁元素的价态思考溶液颜色变化的原因。

【小组汇报】硫酸亚铁易溶于水，其水溶液颜色由浅绿色逐渐变为黄色，说明Fe2+在空气中被氧化为Fe3+。

【小结1】铁盐、亚铁盐的水溶性、颜色，Fe2+的还原性。

（4）参与式学习2：实验再探硫酸亚铁肥的用户使用反馈。

【教师】展示硫酸亚铁肥商品页面中的用户使用评价。

【学生】浏览用户使用评价，尝试提取化学问题。

【问题3】肥料发黄后还有肥效吗？是部分失效，还是完全失效？

【学生】根据肥料颜色变化解释肥料发黄是因为硫酸亚铁被氧化成了硫酸铁。猜想可能Fe2+部分被氧化成Fe3+，肥料部分失效；也可能Fe2+全部被氧化Fe3+，肥料完全失效。

【追问】请设计实验验证是部分氧化失效还是全部氧化失效？

【方法指导】提示学生根据已知的铁盐和亚铁盐的性质差异设计实验方案。

【小组讨论】根据已有知识经验设计方案，方案一：观察溶液颜色；方案二：滴加氢氧化钠溶液。

【实验并评价】分小组合作，完成方案一、二的实验，并评价方案做的结果的可靠性。

【教师】点评学生实验，引导学生分析发现所得结果不够准确可靠。

【演示实验】教师演示课本实验3-2，引导学生观察现象。

【提问】实验现象如何？这说明了什么？

【学生】Fe2+的盐溶液遇到KSCN溶液不变色，Fe3+的盐溶液遇到KCSN溶液变成红色，说明可以用KSCN溶液检验Fe3+。

【小结2】归纳铁盐、亚铁盐的化学性质，Fe2+、Fe3+的检验方法。

【问题4】请各位园艺师结合铁盐、亚铁盐的性质回答，如何合理保存硫酸亚铁肥？

【学生】思考并给出保存意见。

（5）参与式学习3：基于实验优化硫酸亚铁肥的使用。

【问题5】发黄的硫酸亚铁肥还有补救方法吗？请各位园艺师结合硫酸亚铁肥的物质类别和其所含铁元素的价态给出合理的建议。

【小组讨论】结合铁元素的“价-类”二维图，讨论并分享补救方法。

【点评】教师点评学生分享的补救方法，师生共同优化敲定补救方法为：在发黄的硫酸亚铁肥溶液中加入过量的铁粉。

【演示实验】教师演示课本实验3-3，引导学生观察现象并思考原因。

【提问】加入铁粉充分反应后，溶液颜色变化如何？涉及的离子反应是什么？

取上清液滴入氯水后，溶液颜色变化如何？涉及的离子反应是什么？

【学生】结合实验观察回答问题，书写实验中Fe2+、Fe3+转化的离子方程式。

【点评】教师点评学生回答，并邀请学生上台板书实验中Fe2+、Fe3+转化的离子方程式。

【问题6】施用硫酸亚铁肥溶液时，为保肥效，建议根灌还是喷洒？

【学生】基于Fe2+的还原性讨论施用方式。

【点评】教师简要点评学生给出的建议并追问原因。

【小结3】Fe2+、Fe3+的相互转化（如图3），铁元素的“价-类”二维图（2）（如图4）。

图3 “铁三角”转化

图4 铁元素的“价-类”二维图（2）

（6）课堂后测

【问题7】人体补铁时，医生建议同服补铁剂和维生素C效果会更好，这是为什么？试结合本课所学知识进行解释。

【信息】维生素C具有还原性。

【学生】结合亚铁盐的性质和所给信息进行解释。

【问题8】课后任务：课后查阅服用补铁剂有哪些注意事项？

（7）课堂总结

【教师】本次园艺师体验课堂已接近尾声，请你说说本节课的收获、体会或疑惑。

【自由发言】学生自由举手分享收获。

【教师】强调“价-类”二维的认识模型，检验回顾铁盐、亚铁盐的性质。

四、教学思考

1.突出“价-类”思维，建构转化模型

本设计紧扣“价-类”思维，通过课堂前测和参与式学习中的系列问题，促使学生不断调用物质类别和元素价态的二维视角去认识铁盐和亚铁盐的性质及相互转化，引导学生逐步建构和完善铁元素的“价-类”二维图。将学生对知识的掌握由记忆水平提升到富有学科思维、学科理解的水平，实现知识的素养化；帮助学生在头脑中建构起“基于物质类别和元素价态认识物质性质及转化”的认识模型，实现认知的结构化。

2.精选情境素材，融合贯穿课堂

适当的情境素材可为课堂锦上添花。本设计精选硫酸亚铁肥的使用情境展开教学，深挖情境中的化学问题，逐步牵引出情境中的化学知识。真实的问题引导使得课堂环节的衔接自然而紧密，情境贯穿课堂始终，学生在角色任务中可实现一场畅快的、沉浸的、真实的学习。

3.开展实验探究，强化学科素养

要促进学生对元素化合物知识的深层学习，教学就离不开实验探究。本设计在三个参与式学习中轮番开展实验，引导学生自主设计方案、合作完成探究、小组评价实验等，在轮番的实验探究中发展并强化学生多方面的化学学科核心素养，落实“素养为本”的课堂教学。