基于核心素養(yǎng)視域下的化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

姚明站

摘要：以“鐵肥”為研究對象，基于核心素養(yǎng)視域下，以“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”為依托，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，使用生活化“小”實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)求證，構(gòu)建鐵的價(jià)類二維模型，并去解決真實(shí)的化學(xué)問題，以期培育學(xué)生的證據(jù)推理和模型認(rèn)知、變化觀念、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識等核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì);控制轉(zhuǎn)化;實(shí)驗(yàn)微型化

文章編號：1008-0546（2019）04-0046-05

中圖分類號：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.04.014

一、課程標(biāo)準(zhǔn)

本節(jié)教學(xué)內(nèi)容選自蘇教版專題3第二單元《鐵、銅的獲取及應(yīng)用》，在2017版課程標(biāo)準(zhǔn)[1]中，屬于主題2《常見的無機(jī)物及其應(yīng)用》的內(nèi)容。在該主題課程標(biāo)準(zhǔn)的[內(nèi)容要求]里，明確提出：

（1）認(rèn)識元素在物質(zhì)中可以具有不同價(jià)態(tài)，可以通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)其的相互轉(zhuǎn)化;通過化學(xué)反應(yīng)可以探索物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，認(rèn)識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的重要價(jià)值。

（2）結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究鐵的重要化合物的主要性質(zhì)，了解在生產(chǎn)、生活的應(yīng)用。

（3）結(jié)合實(shí)例認(rèn)識金屬及其化合物的多樣性，了解通過化學(xué)反應(yīng)可以探索物質(zhì)性質(zhì)、實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，認(rèn)知物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會文明進(jìn)步、自然資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)中的重要價(jià)值。鐵及其化合物性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)也是必做實(shí)驗(yàn)。

從課標(biāo)中的要求看，本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)對于形成元素化合物的核心素養(yǎng)起著重要的作用。

二、教材及學(xué)情分析

從本節(jié)在《化學(xué)1》所處位置看，是在學(xué)習(xí)了鈉、鎂、鋁相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，從氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的視角，進(jìn)一步認(rèn)識變價(jià)金屬鐵。從教材知識體系上看，打破了以往元素化合物知識學(xué)習(xí)中的“結(jié)構(gòu)性質(zhì)——制備——用途”的傳統(tǒng)模式，而是從人們熟悉的這些元素及其化合物在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用事例著手，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生探究的欲望。這樣使學(xué)生在更廣闊的視野下，學(xué)習(xí)相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識解釋或解決與化學(xué)相關(guān)的生產(chǎn)生活和社會問題的能力，增強(qiáng)社會責(zé)任意識。同時(shí)也為教師的教學(xué)設(shè)計(jì)預(yù)留了更廣闊的想象空間。

鐵是一種中等活潑程度且有可變價(jià)態(tài)的金屬，經(jīng)過初中以及高中入學(xué)以來的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了鐵和酸反應(yīng)、鐵的置換反應(yīng)、鐵和氯氣的反應(yīng)以及金屬的通性（與非金屬、水、酸、鹽反應(yīng)），“鐵的重要化合物”主要涉及鐵的氧化物、氫氧化物和鹽。鐵的氧化物知識比較簡單，根據(jù)學(xué)生的知識儲備，他們能在課前自主學(xué)習(xí)掌握，所以對本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行了一些調(diào)整，側(cè)重于鐵鹽和亞鐵鹽中Fe2+、Fe3+的性質(zhì)，結(jié)合Fe2+與Fe3+的相互轉(zhuǎn)化的條件來了解氫氧化亞鐵、氫氧化鐵的性質(zhì)和制備。學(xué)生的難點(diǎn)會在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的完整性、試劑選擇的可靠性、現(xiàn)象分析的合理性。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.通過探究鐵離子和亞鐵離子的性質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化，學(xué)習(xí)基于證據(jù)推理的思維方法，形成化學(xué)反應(yīng)是有條件的，實(shí)驗(yàn)是研究物質(zhì)的重要方法等觀念，體會同種元素不同價(jià)態(tài)之間可通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化。

2.通過氫氧化亞鐵真面目的揭示，體驗(yàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中選擇條件、控制轉(zhuǎn)化等的重要意義。

3.體驗(yàn)“提出問題，猜想假設(shè);設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)驗(yàn)證;分析歸納，方法提升”的科學(xué)探究過程，嘗試從化學(xué)的視角看待生活中的物質(zhì)和現(xiàn)象，并運(yùn)用化學(xué)知識解決生產(chǎn)生活中的真實(shí)問題，認(rèn)識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的重要價(jià)值，發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理、科學(xué)探究、科學(xué)精神與社會責(zé)任等素養(yǎng)。

四、教學(xué)思維導(dǎo)圖

五、教學(xué)過程

情境導(dǎo)入

[生]感受美圖（綠色主題的美圖）（好似人間仙境，美的讓人心醉）。

[師]綠色象征著生命，給人新鮮、朝氣、向上、生機(jī)勃勃的感覺?！熬G色”背后的英雄之一：鐵是葉綠素合成時(shí)多種酶的活化劑，植物缺鐵會導(dǎo)致葉綠素合成受阻而患黃化病，施鐵肥后恢復(fù)生機(jī)，鐵被譽(yù)為土壤中的“綠色”元素。

[生]（觀看圖片）感受植物缺鐵時(shí)，引發(fā)“黃化病”，施用鐵肥后恢復(fù)生機(jī)。

[師]地殼中鐵含量居第4位，植物為什么還會缺鐵。

資料顯示（資料卡）：

一般認(rèn)為，F(xiàn)e2+是植物吸收的主要形式，F(xiàn)e3+在根系表面轉(zhuǎn)化成Fe2+才能被吸收。Fe2+易轉(zhuǎn)化為Fe3+以及堿性土壤會降低鐵的有效性，是植物缺鐵的原因之一。從中可以獲得有關(guān)Fe2+、Fe3+的什么信息？

[生]亞鐵離子與鐵離子是可以相互轉(zhuǎn)化的，且性質(zhì)也是有差異的。

[設(shè)計(jì)意圖]通過情境切入本節(jié)課學(xué)習(xí)活動的主角鐵肥（硫酸亞鐵），給學(xué)生展示真實(shí)的情境，體現(xiàn)了化學(xué)源于生活。

環(huán)節(jié)一初識鐵肥

[師]展示介紹“鐵肥”硫酸亞鐵：“淺綠色”的鐵肥。研磨成粉末后溶于水配成溶液。

[生]觀察新制鐵肥溶液。

[師]投影鐵肥放置于空氣中一個(gè)月后發(fā)黃（圖片），其原因可能是……

[生]被O2氧化了。

[師]我們必須用實(shí)驗(yàn)來說話。請同學(xué)們說說已學(xué)過哪些亞鐵鹽和鐵鹽的性質(zhì)？

[生]展示氯化鐵溶液和硫酸亞鐵溶液，觀察溶液的顏色。討論回答相關(guān)性質(zhì)。

[演示1]各取2mL氯化鐵溶液和硫酸亞鐵溶液，滴加10滴氫氧化鈉溶液，觀察現(xiàn)象。

[演示2]各取2mL氯化鐵溶液和硫酸亞鐵溶液，滴加2滴KSCN溶液，觀察現(xiàn)象。

[生]觀察總結(jié)，F(xiàn)e3+的檢驗(yàn)（三種檢驗(yàn)方法：觀察法、NaOH溶液法、KSCN溶液法）。

[演示3]取4mL水，滴加2滴氯化鐵溶液，振蕩后觀察溶液顏色。均分成2份，分別滴加2滴KSCN溶液和10滴氫氧化鈉溶液，觀察現(xiàn)象。

[生]評價(jià)Fe3+檢驗(yàn)的三種方法。

[設(shè)計(jì)意圖]利用對比的方法，來認(rèn)識Fe2+與Fe3+的性質(zhì)以及離子的檢驗(yàn)是有條件的，靈敏度可信度差異較大。采用觀察法檢驗(yàn)Fe3+是不靠譜的，黃色溶液不一定是含有Fe3+的，也可能是氯水、溴水等，另外溶液濃度較小時(shí)，也難以觀察到溶液顏色;堿法檢驗(yàn)也要求離子濃度較大，靈敏度較高;而KSCN法檢驗(yàn)，即使?jié)舛群苄∫彩呛莒`敏的，應(yīng)該是首選方案。

環(huán)節(jié)二探究鐵肥

[過渡]我們就用KSCN溶液和氫氧化鈉溶液來檢驗(yàn)鐵中的“鐵”。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)1]檢驗(yàn)鐵肥

[生]匯報(bào)總結(jié)實(shí)驗(yàn)。鐵肥中鐵元素主要是Fe2+，有少量Fe3+。

[師]硫酸亞鐵肥中為什么會有Fe3+？

[生]可能是Fe2+被O2氧化成Fe3+。

[師]從氧化還原反應(yīng)的視角來看，將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+要提供什么條件？（加入氧化劑），我們可以借助實(shí)驗(yàn)手段來驗(yàn)證該轉(zhuǎn)化的發(fā)生。

[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案]

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩e2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，并確認(rèn)該轉(zhuǎn)化的發(fā)生。

提供試劑：鐵肥溶液、KSCN溶液、新制氯水、H2O2溶液、鐵粉、銅粉、VC片。

提出實(shí)驗(yàn)方案，并預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[師]師生共同分析。

[生]匯報(bào)設(shè)計(jì)，形成方案。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)2]

[生]書寫離子方程式，匯報(bào)現(xiàn)象，并分析得出結(jié)論。

[師]空白對照實(shí)驗(yàn)，是研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化時(shí)常用方法。

[生]通過以上學(xué)習(xí)，總結(jié)證明Fe2+存在的方法。（1）滴入KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象或溶液呈淺紅色，加入氧化劑（如雙氧水）后，溶液立即變?yōu)檠t色或紅色加深。

2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-，

Fe3++3SCN-==Fe（SCN）3。

（2）NaOH溶液法。

[師]可否先加氧化劑，再加入KSCN溶液來證明Fe2+的存在？

[生]可以。如果有空白對照實(shí)驗(yàn)即可。

[過渡]展示氫氧化亞鐵沉淀顏色變化，為什么最終變成紅褐色？（被O2氧化），展示有關(guān)氫氧化亞鐵的性質(zhì)[Fe（OH）2在常溫常壓下為白色固體，因易被氧化多呈灰綠色]。

[師]如何制得白色Fe（OH）2沉淀？其關(guān)鍵是什么？

[生]除去O2，創(chuàng)造無氧環(huán)境。

[師]邊示范邊圖解實(shí)驗(yàn)操作：取1mL新制硫酸亞鐵溶液，將滴管插入氨水液面下，輕輕擠出硫酸亞鐵溶液（不要擠入空氣），觀察現(xiàn)象。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)3]氫氧化亞鐵沉淀的制備。

[生]匯報(bào)評價(jià)實(shí)驗(yàn)。振蕩后再觀察，變成灰綠色。

回顧并總結(jié)：（1）實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵：_______。

（2）具體措施：_______的FeSO4溶液;滴管_______;除去_______的氨水;生成的沉淀_______（沉入或浮于）液面_______（上或下）。

（3）Fe2+遇到OH-的完整現(xiàn)象描述：_______色沉淀迅速變成_______色，最終變?yōu)開______色。

[小結(jié)]NaOH溶液法證明Fe2+存在的方法：

反應(yīng)原理：Fe2++2NH3·H2O==Fe（OH）2↓+2NH+4，4Fe（OH）2+O2+2H2O==4Fe（OH）3。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：產(chǎn)生白色沉淀迅速變成灰綠色，最終變?yōu)榧t褐色。

[師]對比鐵肥溶液與Fe（OH）2沉淀變質(zhì)的快慢，談?wù)勊釅A性對Fe*的還原性的影響。

[生]Fe2+在堿性環(huán)境下更易被氧化。

[設(shè)計(jì)意圖]利用氧化還原反應(yīng)，從本質(zhì)上認(rèn)識Fe2+轉(zhuǎn)化成Fet的原理，結(jié)合Fe3+的檢驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)轉(zhuǎn)化的發(fā)生，并歸納總結(jié)證明Fe2+存在的方法，建構(gòu)與修正離子檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄖ苯訖z驗(yàn)與轉(zhuǎn)化檢驗(yàn)兩個(gè)模型）。讓學(xué)生體會同種元素不同價(jià)態(tài)之間可利用氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，而物質(zhì)轉(zhuǎn)化是需要控制條件的，通過實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的變化觀念、科學(xué)探究、證據(jù)推理和模型認(rèn)知等素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三“還原”鐵肥

[過渡]鐵肥中的亞鐵離子易被氧化成鐵離子，而植物主要吸收亞鐵離子，如何提高鐵的吸收率，提出你的設(shè)想。

[生]將鐵離子還原為亞鐵離子。需要加入還原劑，常見還原劑有Fe、Cu等。

[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案]

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩e3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，并確認(rèn)該轉(zhuǎn)化的發(fā)生。

提供的試劑：FeCl3溶液、KSCN溶液、鐵粉、銅粉、VC片。

[生]匯報(bào)方案，形成方案。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)3]利用學(xué)生實(shí)驗(yàn)2的兩份紅色溶液，一份加入VC片，另一份加少量鐵粉（或銅粉），充分振蕩后靜置，觀察現(xiàn)象。

[生]學(xué)生實(shí)驗(yàn)，書寫離子方程式，匯報(bào)現(xiàn)象，并分析得出結(jié)論。2Fe3++Fe==3Fe2+，2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+。

[設(shè)計(jì)意圖]從氧化還原反應(yīng)的角度，來指導(dǎo)理解Fe3+的氧化性，提出Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+的方法，再次感悟同種元素不同價(jià)態(tài)之間可通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化。并逐步完成板書，突出價(jià)類二維模型的建構(gòu)及價(jià)值。

[演示4]加VC片褪色的溶液，滴加雙氧水，變紅，振蕩后又褪色。

[應(yīng)用1]（實(shí)驗(yàn)室中的“Fe”）配制硫酸亞鐵溶液時(shí)常加少量鐵粉，且現(xiàn)用現(xiàn)配。為什么？

[生]將被氧氣氧化形成的Fe3+還原為Fe2+。

[應(yīng)用2]（生產(chǎn)中的“Fe”）常用氯化鐵溶液來腐蝕電路板的銅。

[生]利用Fe3+的氧化性，將銅溶解。

[應(yīng)用3]（生命中的“Fe”）植物缺鐵的相關(guān)原因分析。一般認(rèn)為，F(xiàn)e2+是植物吸收的主要形式，F(xiàn)e3+在根系表面轉(zhuǎn)化成Fe2+才能被吸收。Fe2+易轉(zhuǎn)化為Fe3+以及堿性土壤會降低鐵的有效性，是植物缺鐵的原因之

[生]植物缺鐵時(shí)會主動產(chǎn)生還原酶，將Fe3+還原為Fe2+以利于植物吸收;堿性土壤致使鐵元素轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀而不利于植物吸收。

[應(yīng)用4]（生命中的“Fe”）人體缺鐵時(shí)，補(bǔ)鐵劑常與維生素C同服的原因是什么？

[生]人體能吸收Fe2+，維生素C可以將Fe3+還原為Fe2+。

[小結(jié)]物質(zhì)之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，同種元素不同價(jià)態(tài)之間能通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，相同價(jià)態(tài)之間常通過復(fù)分解反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。在生產(chǎn)生活中，人們可通過選擇條件，控制轉(zhuǎn)化，進(jìn)而應(yīng)用轉(zhuǎn)化，使化學(xué)為人所用。

[設(shè)計(jì)意圖]通過生產(chǎn)生活中的實(shí)例，認(rèn)識到通過化學(xué)反應(yīng)可以探索物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，認(rèn)識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的重要價(jià)值;體現(xiàn)了“生活即化學(xué)，化學(xué)即生活”，使學(xué)生喜歡上化學(xué)，使化學(xué)充滿活力，更有趣，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科價(jià)值。

六、教學(xué)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，基于學(xué)習(xí)活動培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)

本節(jié)課沿著“鐵肥”這條線索，設(shè)計(jì)出：初識鐵肥、探究鐵肥、氫氧化亞鐵的制備、“還原”鐵肥、生產(chǎn)生活中應(yīng)用等教學(xué)過程，在氧化還原理論指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化、確認(rèn)轉(zhuǎn)化，通過控制條件，應(yīng)用轉(zhuǎn)化，發(fā)展了學(xué)生的變化觀念.證據(jù)推理和模型認(rèn)知、科學(xué)探究、科學(xué)精神和社會責(zé)任等核心素養(yǎng)。通過實(shí)驗(yàn)室亞鐵鹽溶液的配制、電路板的制作、鐵肥使用和保存、缺鐵性貧血的治療等真實(shí)的化學(xué)問題的解決，使學(xué)生沐浴在真實(shí)的情境中，讓化學(xué)知識學(xué)有所用，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科價(jià)值。

本節(jié)課是元素化合物里應(yīng)用氧化還原反應(yīng)的典型案例，利用氧化還原反應(yīng)的特征，分析化合價(jià)的變化，分析氧化性和還原性，選擇合適的氧化劑或還原劑實(shí)現(xiàn)同一元素不同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，為不同價(jià)態(tài)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化理清了認(rèn)知結(jié)構(gòu)。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，從物質(zhì)類別和元素化合價(jià)建立二維模型[2），體現(xiàn)同種元素不同價(jià)態(tài)間通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，同種元素相同價(jià)態(tài)間常通過復(fù)分解反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，為后續(xù)S、N等的學(xué)習(xí)構(gòu)建模型。當(dāng)然若是鐵的全部內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)束可進(jìn)一步發(fā)展該價(jià)類二維模型。

還有，在學(xué)習(xí)Fe2+和Fe3+的檢驗(yàn)過程中，也注重建模。Fe3+可用KSCN溶液來檢驗(yàn)，具有典型現(xiàn)象，是檢驗(yàn)物質(zhì)本身;而Fe2+與其它物質(zhì)反應(yīng)時(shí)通常沒有典型現(xiàn)象，將其先轉(zhuǎn)化為Fe3+，再檢驗(yàn)Fe3+以達(dá)到目的。構(gòu)建離子檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停褐苯訖z驗(yàn)與轉(zhuǎn)化檢驗(yàn)。另外檢驗(yàn)時(shí)，試劑加入順序也是非常有價(jià)值的問題。

2.親歷氫氧化亞鐵沉淀短暫一生

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[3]如下：

（1）取3mL 1mol·L-1氨水和5% Na2SO3（除去氨水中的溶解氧）混合溶液;

（2）用滴管取1mL 0.5mol·L-1 FeSO4溶液，插入氨水液面下，輕輕擠出（不要擠入空氣），觀察現(xiàn)象;

（3）振蕩，充分接觸空氣，觀察現(xiàn)象。

該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是氫氧化亞鐵不接觸到O2：氨水密度小于FeSO4溶液，產(chǎn)生的沉淀沉入底部;除去氨水中的溶解氧;滴管插入液面下，且不擠入空氣;新制的FeSO4溶液等都是為了隔絕空氣，防止氫氧化亞鐵被氧化。

3.給學(xué)生留一扇窗，給思維留下空間

通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)Fe（OH）2沉淀極易被氧化，而硫酸亞鐵肥的溶液被氧化就慢得多，說明堿性環(huán)境下Fe2+更易被氧化，讓學(xué)生真正明白控制條件對化學(xué)反應(yīng)的重要意義。但此處并不需要進(jìn)一步探究，只是給學(xué)生打開一扇窗，給學(xué)生的思維留下廣闊的空間，鼓勵(lì)學(xué)生課后查閱資料，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探究，決不能固化學(xué)生的思維。

4.實(shí)驗(yàn)微型化生活化也是亮點(diǎn)之一

學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用了塑料眼藥水瓶，控制液體使用量非常便捷;制備氫氧化亞鐵使用了塑料小藥瓶（帶

蓋），藥品使用量少，操作方便，現(xiàn)象非常明顯。使用生活中常見的“小”儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，勢必會激發(fā)學(xué)生對

化學(xué)的興趣，同時(shí)也樹立綠色化學(xué)的觀念和培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)

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