基于真实情境的深度学习*——以“利用覆铜板制作图案——Fe2+和Fe3+的转化与应用”为例

刘景玲

（广东省梅州市曾宪梓中学 广东 梅州 514021）

面对未来的教育要求课堂教学以素养为本，深度学习应运而生。化学学科深度学习是指在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，开展以化学实验为主的多种探究活动，其学习结果强调化学学科核心素养的发展，化学学科思想方法的理解与内化、自主迁移与运用［1］。深度学习的关键在于通过创设真实问题情境，促进学生围绕情境任务深入分析、探究、推理、应用等一系列的思考和行动，使学习成为学生主动参与的过程。因此在教学中为学生提供真实情境，在真实情境中解决问题，是让学生将知识转化为能力和素养的有效教学方式［2］。本文以2019 年人教版高中化学必修第一册“利用覆铜板制作图案——Fe2+和Fe3+的转化与应用”教学实践为例，探索基于真实情境的课堂教学如何促进深度学习。

一、教学内容和学情分析

1.本节课在教材中的地位和教学价值

本节课内容是人教版化学必修第一册第三章第一节铁及其化合物第三课时亚铁盐和铁盐的探究活动，以印刷电路板为素材创设活动情境，以FeCl3为代表物质，通过多轮次实验探究，推理并验证FeCl3与Cu的反应，检验混合溶液中的Fe2+和Fe3+，设计刻蚀废液回收流程。本部分内容既可以为第一章中物质分类、离子反应和氧化还原反应这些理论知识补充感性认识的材料；又能帮助学生掌握认识物质的基本角度和方法，让学生体验到利用化学知识研究问题和解决问题的过程，激发学生的深度思维，培养学生实验探究能力，发展证据推理能力；还能使学生认识到化学在促进社会发展、改善人类生活等方面所起到的作用，凸显了对“科学态度与社会责任”核心素养的培养［3］。

2.学生的学习现状和困难分析

在知识上，学生已学习了物质的分类、离子反应和氧化还原反应，形成了从物质类别和氧化性、还原性这样的角度去认识物质的视角，但还不能自主研究代表元素的氧化性和还原性，欠缺将真实问题转化为化学问题的能力，科学探究的化学素养有待进一步提升。

在能力上，学生有一定的实验技能，能够理解单一离子的检验方案。但是，对于混合体系离子的检验，要具体问题具体分析，环境改变时检验方法也会改变，涉及区分Fe2+和Fe3+的相似性和特性等信息，需要学生能够提取多维度的信息进行分析和比较，再得出结论，这些都是学生思维的难点。

二、学习目标和教学流程

1.学习目标

（1）通过模拟印刷电路板制作，引导学生从实验中寻找反应产物的证据，深化物质类别和元素价态是实现物质转化的认识视角这一观念，掌握元素化合物学习的思维方法。

（2）通过刻蚀废液中离子检验方案的设计、评价与实施，体验探究过程，深刻认识到单一离子的检验和混合体系离子的检验是不同的，灵活运用知识解决问题的本质在于区分离子的相似性和特性，激发学生的深度思维，建立离子检验的一般思维模型，发展证据推理能力。

（3）通过设计刻蚀废液回收流程，提高学生综合运用化学知识解决问题的能力，培养“科学态度与社会责任”的核心素养。

2.教学流程

本课例立足于学生的最近发展区，设计融合了情境线、问题线、活动线、评价线、素养线为一体的教学流程，具体如表1所示。

表1 “利用覆铜板制作图案——Fe2+和Fe3+的转化与应用”教学流程

三、主要教学过程

情境一：揭秘印刷电路板的制作

问题1：如何实现Fe3+和Fe2+的转换？该转化在工业上有什么用？

教师播放视频，提出教学任务。你知道覆铜板制作印刷电路的原理吗？

活动1：观看视频，思考讨论，理解覆铜板制作印刷电路板的过程：①用蜡或不透水的物料在覆铜板上画出电路图；②用FeCl3溶液作为刻蚀液，将空白部分的铜溶解掉。

设计意图：应用媒体信息创设教学情境，使教学更具信息化、显性化，增强学生对学习内容的感知能力，使学生更易理解覆铜板制作印刷电路的原理，从化学走向工业，引导学生体会知识在工业生产中的价值，激发学习动机，同时诊断学生能否基于元素价态角度认识物质的转化，培养学生以化学的视角分析解决实际问题的能力，提高学科素养。

情境二：模拟印刷电路板的制作

讲述：实验需要的药品和仪器如下：小块覆铜板（约3 cm×5 cm）、35%［4］的FeCl3溶液、无水乙醇、蒸馏水、培养皿、镊子、棉签、油性笔（见图1）

图1 实验所需仪器、用品

具体的实验操作步骤（见图2）：

图2 模拟印刷电路板的制作步骤

1.制图——在覆铜板中央用油性笔画简单图案或文字，画实画粗。

2.浸泡——将画好图案的覆铜板放入培养皿中（图案在下），将FeCl3刻蚀液倒入培养皿中浸没过图案，静置10分钟左右。

3.清洗——用镊子取出反应后的覆铜板，依次用水、酒精清洗干净。

问题2：浸泡过程中有哪些现象？

问题3：分析FeCl3刻蚀液与Cu 的反应，用离子方程式表示。

活动2：小组实验，用覆铜板制作图案并观察现象、讨论分析。

教师：引导学生从理论和实验两个角度分析刻蚀过程中发生的反应：Fe3++Cu■→■■ Cu2++？

理论分析：铁比铜活泼，铜不能置换出铁。

实验分析：溶液颜色由黄色变为绿色，覆铜板表面没有固体析出，溶液中也没有固体生成。

活动3：书写离子方程式2Fe3++Cu====Cu2++2Fe2+

设计意图：通过观察实验现象，分析反应原理，运用化学符号表征物质转化过程，培养学会思考、发现问题的能力，提高实验操作能力，构建宏观—微观—符号三重表征的形式。

情境三：检验刻蚀废液中的Fe2+和Fe3+

问题4：根据反应原理预测废液可能含有的阳离子，如何检验废液中的Fe2+、Fe3+？你可以选择哪些试剂？填写表2。

表2 选择试剂检验废液中的Fe2+、Fe3+

活动4：思考、小组讨论交流，设计并完善实验方案、分组进行废液中Fe3+的检验，汇报实验现象和结论。在小组讨论中，教师要对学生物质性质的认识角度进行追问和评价（如表3）。

表3 物质性质的认识角度

小结：刻蚀废液中Fe3+的检验无法选用NaOH 溶液，其中含有的Cu2+与碱反应产生蓝色沉淀会干扰。应该利用Fe3+的特性，取少量废液于试管中，滴入两滴KSCN 溶液，试管中溶液变为红色（见图3 右）。说明刻蚀废液中含有Fe3+。

图3 刻蚀废液中Fe3+的检验实验

设计意图：通过设计、交流修正并实施探究实验，开展预测、设计、验证和评价等培养高阶思维的实验活动，初步形成设计实验方案的一般思路；教师及时引导，在高度开放的实验情境中培养学生实验探究能力，发展证据推理能力。

问题5：检验混合体系中的Fe2+，利用Fe2+的什么性质？又如何证明Fe2+被氧化成Fe3+呢？先加氧化剂还是先加KSCN呢？

活动5：根据Fe2+的物质类别和元素价态，选择合适的试剂检验废液中的Fe2+，分组完成实验，记录实验结果。

讨论：刻蚀废液中Fe2+的检验无法选用NaOH 溶液，其中含有的Fe3+、Cu2+与碱反应均产生有颜色的沉淀会产生干扰；也不能选用KSCN和氧化剂，因为废液中含有Fe3+，先滴入KSCN，废液变为红色，再滴入氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，Fe3+浓度变大了，溶液的红色应该加深，就更红了，但实际上这个现象眼睛无法观察到。因此应该选用其他有颜色的氧化剂直接检验Fe2+，例如酸性高锰酸钾。

小结：用酸性高锰酸钾溶液检验Fe2+时，为排除刻蚀液中Cl-的干扰，取酸性高锰酸钾稀溶液三等份，向其中一份滴入五滴原FeCl3刻蚀液，紫红色溶液变为红色（见图4右）；向另一份溶液中滴入五滴刻蚀废液，溶液紫红色褪去（见图4中），说明刻蚀废液中含有Fe2+。

图4 刻蚀废液中Fe2+的检验实验

活动6：完成Fe2+与Fe3+的转化。如图5。

图5 Fe2+与Fe3+的转化图

设计意图：通过混合溶液中Fe2+、Fe3+的检验方法和Fe2+与Fe3+的转化，使学生深刻认识到混合体系离子检验的关键是排除干扰，要综合分析Fe2+和Fe3+的相似性和特性等多角度的信息，才能得出结论。通过逐层递进的问题群引导学生深入思考，在理解知识的过程中形成学科思维，在解决真实问题的认知矛盾中促进深度学习。

情境四：回收刻蚀废液

问题6：为了减少Cu2+的污染，并使刻蚀废液循环利用，请设计流程，回收废液中的Fe3+和Cu2+。

活动7：学生画流程图，小组内合作讨论修改，小组代表上台展示，小组间同学评价完善，最后形成科学方案。

设计意图：通过设计废液回收流程，一是引导学生能够将价类角度分析Fe2+、Fe3+的性质迁移应用到Cu2+转化为Cu的问题上；二是促使学生关注生态环境保护、废弃资源回收利用等社会热点问题，提高学生综合运用化学知识解决实际问题的能力。

课时小结：回顾学习过程，谈收获

讲述：本节课围绕真实情境印刷电路板展开，通过一系列实验探究，学习铁盐、亚铁盐的化学性质和混合溶液中Fe2+、Fe3+的检验。以后在学习物质性质时我们要继续关注两个核心角度，一是物质类别，二是元素化合价。

设计意图：反思评价学习过程，深化物质类别和元素价态学习元素及其化合物性质的两个视角，逐步感悟元素化合物学习的思维方法。

四、教学反思

1.情境素材要体现学科价值

本课时选择“覆铜板制作图案”为真实情境，设计“揭秘印刷电路板的制作”“模拟印刷电路板的制作”“检验刻蚀废液中的Fe2+和Fe3+”“设计刻蚀废液回收流程”四个具有启发性、探究性和关联性的情境，用问题引发学生思考，激发其内在的学习动机，逐步深入探究，培养以化学的视角来分析解决实际问题的能力，让学生感受从工业生产走进化学，再从化学回到工业生产的历程，感悟化学学科价值。

2.问题设计要引发深度学习

在真实情境中设计符合学生认知发展规律的问题串，驱动学生主动参与、深度探究，在解决真实问题的过程中建构分析问题的思维模型，促进深度学习。如情境3 设计“如何检验刻蚀废液中含有Fe2+和Fe3+”“可以选择哪些试剂”“检验混合体系中的Fe2+，利用Fe2+的什么性质”“如何证明Fe2+被氧化变成Fe3+”层层递进的问题串，引导学生逐步深层思考，多角度思维，分析问题和解决问题，建构单一离子和混合体系中离子检验的思维模型，发展学生信息加工、实验探究和证据推理能力。运用问题导学，能让学生的学习从被动走向主动、从知识走向能力，从浅层走向深层。

3.学习活动应指向核心素养

深度学习和真实情境，都是为了培养学生的核心素养。本节课通过多样化和梯度化的学习活动，从多维度发展学生的化学学科核心素养。例如，宏微结合分析刻蚀废液的微观组成；在检验废液中的Fe2+、Fe3+活动中，体验离子检验实验方案设计的一般思路，发展学生的科学探究和证据推理素养；在设计刻蚀废液回收流程的活动中，模拟体会社会实践的“真实过程”，引导学生增强环保意识和社会责任感。总之，通过一系列真实问题情境和学习活动，师生围绕真实问题进行深度学习，在学习活动中发展核心素养。