“宏-微-符”三重表征法在中学化学实验教学中的应用——以“Fe2+与Fe3+的检验”为例*

迟 捷，段 超，付 甜，尚永辉，王宏社**

(1.宝鸡文理学院化学化工学院，陕西 宝鸡 721013；2.咸阳师范学院化学与化工学院，陕西 咸阳 712000)

1 课题概况

“Fe2+与Fe3+的检验”这节课编排于人教版必修1第三章第一节。从本章内容看，首先，由浅入深学习铁单质及其氧化物，然后，以Fe2+与Fe3+的性质及转化为主要内容，介绍了铁离子的检验。从教材整体看，该部分内容起到承前启后的重要作用。第一章学习了离子反应及方程式书写、氧化还原反应等相关内容，而“Fe2+与Fe3+的检验”这部分内容可以很好的体现前面知识的应用，在巩固和应用旧知同时，学生又是第一次学习变价金属，符合学生学习的认知规律，继上节课Fe2+与Fe3+相互转化后，本节课Fe2+与Fe3+的检验实验就成为要突破的重难点，同时为人教版必修二第五章《非金属及其化合物》的学习及基础实验探究做铺垫。“Fe2+与Fe3+的检验”这节课的教学难点是引导学生构建“宏-微-符”三重表征法的思维模型和引导学生体会化学学科在工业生产以及实际生活中的重大价值。

2 学情分析

2.1 知识层面

学生对铁及其化合物在初中阶段有了一定程度的了解，并且必修1第一章学习了离子反应及氧化还原反应相关知识、第二章学习金属钠的相关知识，第三章开篇也学习了铁单质及其氧化物的相关知识，因此学生具备从“宏-微-符”三方面进行深入学习探究能力[1]。

2.2 技能层面

学生通过初中和高中阶段基础实验操作的训练，具备一定的基础实验操作能力和观察分析问题的能力，但严谨的逻辑推理和完整的实验探究能力还有待进一步培养和加强[2，3]。

2.3 心理层面

学生对化学实验、化学现象兴趣有较强的探求欲、表现欲和成就欲，有较大的解决实际问题的热情，因此从课题实验探究角度引导学生构建“宏-微-符”三重表征思维模型效果会更好[4，5]。

3 教学创新

1)根据2017版新课标的要求，要以发展学生化学学科的核心素养为主旨，从“证据推理与模型认知”这一维度，将“宏-微-符”三重表征思维模型(图1)融入到化学实验教学当中去，引导学生逐步学会用模型解释化学现象及揭示现象的本质和规律[6]。

图1 “宏-微-符”三重表征思维模型

2)任务环节环环相扣，层层递进，促进学生深度学习探究。

3)课堂导入生活情境，使化学与生活紧密相连，激发学生解决问题的欲望。

4)充分发挥化学实验的独特价值，通过化学实验的探究学习，引导学生构建三重表征思维模型。

5)课堂最后介绍化学检验员这一职业，不仅引导学生了解与化学相关的职业，同时引导学生学以致用，通过小组合作进行自主实验探究的模式，利用所学的检验方法进行生活中常见食物的检验，使我们的探究学习没有脱离生活实际，真正达到育人的教育目的。

4 教学设计

4.1 教学环节一：课堂导入—Fe2+与Fe3+的生活应用

在日常生活中，我们食用的动物肝脏常含有二价血红素铁，它极易被人体吸收；而食用的一些植物性食物当中，常含有三价非血红素铁，它不易被人体吸收。将三价非血红素铁转化成二价血红素铁就可以被人体吸收。

从氧化还原角度来看，从+3价铁转化为+2价铁，化合价是降低的，需要借助哪些物质才能够实现二者转化？维C具有还原性，日常生活中饮食上常搭配一些富含维C的食物，就能够将植物性食物当中不易被人体吸收的三价血红素铁转换成易被人体吸收的二价血红素铁，因此饮食要均衡，才能更有利于铁元素在人体中的摄入。相反，如果从+2价铁转化为+3价铁，则需要加入氧化剂。在研究它们相互转化时，又是如何判断它们已经转化了？这就涉及到Fe2+与Fe3+的检验问题。

4.2 教学环节二：新课讲授—Fe2+与Fe3+的单独检验

4.3 教学环节三：新课讲授—Fe2+与Fe3+的混合检验

4.4 教学环节四：做化学检验员—趣味课堂

随着科技的发展和进步，化学检验员的职业发展趋势也在不断增加，化学检验员的工作内容涉及多个领域，例如药品、食品、化妆品、环境检测等。化学检验员是负责化学物质检测和质量控制的工作人员，他们通过实验和分析，对化学物质的质量、安全性和可靠性进行评估和控制；化学检验员需要具备专业的知识技能，包括化学、生物化学、分析化学等方面知识，还要熟练掌握实验技能，包括定性、定量、分离、分析等技能。

探究我们生活中的食品，如“菠菜、动物肝脏、木耳、蛋黄”中，是否含有铁元素？铁是人体必需的微量元素。食用富含铁元素的食品，可以补充人体所需的铁元素。通过已学习探究过的化学实验方法检验食品中的铁元素，体验实验研究的一般过程以及化学知识在日常生活生产实际中的应用，培养学生科学探究精神与创新意识以及培养学生科学态度与社会责任感的养成。菠菜、动物肝脏、木耳等食物中含有丰富的铁元素，请以“菠菜中铁元素的检验为例”进行检验研究。(a)查阅资料：“以菠菜中铁元素的检验”为关键词进行搜索，查阅相关资料，收集相关检验方法，整理相关资料。(b)研究实验方案：每个小组成员根据本组同学收集整理的相关资料，共同设计一个本组认为比较合理的试验检验方案，进行实验探究。(c)根据实验方案进行实验探究。可供参考的试验方案：用电子天平称量 10 g 菠菜，将称量后的菠菜放于研钵中进行细细的研磨，研磨好后将其倒入小烧杯中，加入 20 mL 蒸馏水，用玻璃杯搅拌。将上述浊液过滤，得到的滤液就是我们要进行检验的样品溶液。然后根据我们刚刚所学习的铁离子溶液检验方法，进行实验探究，整个检验过程依然以“宏-微-符”三重表征的思维模型进行探究学习。

4.5 教学环节四：课堂总结

通过课堂小实验，重点探究了Fe2+与Fe3+单独检验方法。在整个实验探究中，我们不仅从物质类别和元素化合价角度进行知识的探究学习，同时我们将“宏-微-符”三重表征法的学习思维模型贯穿始终，相信同学们已经对这种思维模型有了更深入的理解。其实，在我们生活中，有很多相关的课题值得我们去研究，希望同学们在今后生活中遇到与科学、特别是与化学相关的议题时，用科学探究的思维去理性思考，做一个有科学素养的公民！

5 教学反思

1)应给学生更多自我发挥实验探究空间，而不是限定范围，更有助于激发学生开拓创新精神。

2)教学评价应具有针对性和及时性，在本节课实验探究前，教师就应设置合理的量化评价标准，有助于学生及时了解自己学习情况，取长补短，同时教师也能够意识到教学过程中存在哪些不足，改变教学策略，提高教学效率，有助于教学相长。

3)“宏-微-符”三重表征法也只仅仅能通过化学实验课进行模型建立，其他课程内容的学习也要建立相应的模型认知，引导学生灵活运用，更加深入理解三重表征的内涵。