“素養(yǎng)為本”的元素化合物知識教學

張麗華

摘要： 元素化合物知識是高中化學課程的重要內(nèi)容，也是發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的重要載體。在“素養(yǎng)為本”教學理念的背景下，對于“鐵及其重要化合物”的教學，可以在“兩種不同打印墨粉的打印效果不同”的真實情境中，組織學生通過對“打印墨粉中的磁性物質(zhì)是什么”“怎樣檢驗?zāi)劢∫褐械腇e2+和Fe3+”等問題的實驗探究，在問題解決的過程中習得“鐵及其重要化合物”的知識，同時提升相應(yīng)的化學學科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 素養(yǎng)為本; 元素化合物知識; 真實情境; 實驗探究; 問題解決

文章編號： 1005-6629（2019）8-0057-05 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）要求教師確立“素養(yǎng)為本”的教學理念，積極開展“素養(yǎng)為本”的課堂教學行動研究[1]。元素化合物知識是高中化學課程內(nèi)容的重要組成部分，也是發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的重要載體。學生在“結(jié)合實例認識金屬、非金屬及其化合物的多樣性，了解化學反應(yīng)可以探索物質(zhì)性質(zhì)、實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，認識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在自然資源綜合利用和環(huán)境保護中的重要價值”的過程中，能夠體會物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的價值，將知識和認識轉(zhuǎn)化成問題解決的能力、科學態(tài)度和社會責任感，形成基于元素化合物知識的學科核心素養(yǎng)[2]。

1 ?設(shè)計思想

1.1 ?目標設(shè)計： 挖掘核心價值，凸顯核心觀念

基于“素養(yǎng)為本”的化學教學，其教學與評價目標設(shè)計要充分挖掘教學內(nèi)容所蘊含的核心價值?！拌F及其重要化合物”是高中化學必修課程主題2“常見的無機物及其應(yīng)用”中的重要內(nèi)容，是促進學生基于物質(zhì)分類和氧化還原反應(yīng)的視角

認識物質(zhì)的重要載體，有助于學生構(gòu)建元素觀、變化觀等學科觀念，具有非常重要的素養(yǎng)發(fā)展價值。據(jù)此，本節(jié)課教學與評價目標設(shè)計如表1所示。

表1 ?“鐵及其重要化合物”的教學與評價目標

教學目標評價目標

（1） 通過對“探究打印墨粉中的鐵磁性物質(zhì)”“Fe2+和Fe3+的檢驗和相互轉(zhuǎn)化”“打印墨粉浸取液中Fe2+和Fe3+的檢驗”等方案的設(shè)計與實施，發(fā)展學生實驗探究、證據(jù)推理等能力。

（2） 通過對鐵鹽和亞鐵鹽主要化學性質(zhì)的探究，初步形成基于物質(zhì)類別、元素價態(tài)對物質(zhì)性質(zhì)進行預(yù)測和驗證的認識模型。

（3） 通過對兩種不同打印墨粉的比較分析，增強科學選擇的能力，同時了解鐵及其重要化合物的有關(guān)用途，能夠認同和贊賞化學學科的價值。（1） 通過對“探究打印墨粉中的鐵磁性物質(zhì)”“Fe2+和Fe3+的檢驗和相互轉(zhuǎn)化”“打印墨粉浸取液中Fe2+和Fe3+的檢驗”等設(shè)計方案的交流與點評，診斷并發(fā)展學生實驗探究的水平。

（2） 通過對鐵鹽和亞鐵鹽主要化學性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的討論與點評，診斷并提升學生對物質(zhì)性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化思路的認識水平。

（3） 通過對兩種不同打印墨粉的比較分析和判斷，診斷并發(fā)展學生解決實際問題的能力及對化學價值的認識水平。

1.2 ?內(nèi)容組織： 主題統(tǒng)領(lǐng)教學，突出核心概念

“鐵及其重要化合物”是蘇教版高中化學必修1專題3第二節(jié)中的內(nèi)容，學生在初中階段已有部分鐵及其化合物的知識儲備，并對其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用也有初步的認識;專題1中物質(zhì)的分類、氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)等核心概念為本節(jié)課的學習奠定了基礎(chǔ)。但學生頭腦中的知識結(jié)構(gòu)較為零亂，不能從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的視角認識物質(zhì)的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化。而研究表明： 只有結(jié)構(gòu)化和功能化的知識才會有素養(yǎng)價值，知識內(nèi)容主題化，有利于反映學科本質(zhì)和大概念[3]。《課程標準》也要求“元素化合物知識的學習要結(jié)合真實情境中的應(yīng)用實例或通過實驗探究”，要“從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的角度，依據(jù)復分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測物質(zhì)的化學性質(zhì)和變化，并能分析、解釋有關(guān)的實驗現(xiàn)象”[4]。因此，本節(jié)課以“兩種不同打印墨粉的打印效果不同”這一真實而有意義的情境來統(tǒng)領(lǐng)三個教學環(huán)節(jié)： 初探打印墨粉中的磁性物質(zhì)，如何檢驗Fe2+和Fe3+，再探打印墨粉中的Fe3O4。讓學生遷移應(yīng)用物質(zhì)分類、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等核心概念，設(shè)計方案、動手操作、合作探究，在問題解決中實現(xiàn)深度學習，促進學生認識方式的發(fā)展，實現(xiàn)學生思維能力的提升，落實“素養(yǎng)為本”的教學要求。

1.3 ?活動實施： 設(shè)置多重線索，落實素養(yǎng)目標

“素養(yǎng)為本”的化學教學只有通過一系列核心問題和問題鏈驅(qū)動學生自主、合作與探究學習，使學生活動有效、有序地開展，才能“使核心素養(yǎng)具體化、整合化”，并“避免素養(yǎng)泛化”[5]。本節(jié)課圍繞三個核心問題設(shè)計一系列問題形成“問題線”，通過問題有效驅(qū)動學生在自主、合作、探究等活動中學習，構(gòu)建“活動線”。學生在活動中學會分類表征、實驗探究、觀察分析、證據(jù)推理、交流分享，從而使化學學科核心素養(yǎng)得到落實，構(gòu)建整個活動進程中的“素養(yǎng)線”。其中，“問題線”和“活動線”是課堂教學的“明線”，“素養(yǎng)線”是“暗線”?！懊骶€”反映知識間的聯(lián)系和活動進程的序列，“暗線”則體現(xiàn)化學學科核心素養(yǎng)目標，需要以“明線”作為載體，是化學課堂教學的靈魂。本節(jié)課的問題線、活動線和素養(yǎng)線設(shè)置如圖1所示。

2 ?教學過程

2.1 ?初探打印墨粉中的鐵磁性物質(zhì)

[教師]展示兩種不同品牌打印墨粉的打印效果，并提出自己的困惑。通過咨詢專業(yè)人員初步得知： 與打印墨粉中的鐵磁性物質(zhì)有關(guān)，導出本節(jié)課的主題——探究打印墨粉中的鐵元素。

[學生]觀看投影，傾聽教師的困惑，積極思考為什么打印效果會不同？

[教師]追問： 怎樣確定打印墨粉中的鐵磁性物質(zhì)是什么？

設(shè)計意圖： 真實具體的問題情境是學生化學學科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺。所以，用真實、原生態(tài)的化學情境引入新課，以引發(fā)學生的認知沖突和探究欲望，促使他們形成積極的學習心向。

[學生]小組合作，提出假設(shè)： 鐵磁性物質(zhì)可能是Fe或Fe3O4;通過討論交流，形成進一步探究的可行性方案： 先用磁鐵吸引，再與酸反應(yīng)觀察是否有氣泡。學生完成實驗后，在觀察與分析的基礎(chǔ)上形成初步結(jié)論： 打印墨粉中含有鐵磁性物質(zhì)，但不是Fe單質(zhì)。

[教師]若是Fe3O4，又該如何設(shè)計實驗進一步驗證我們的猜想呢？

[資料卡]四氧化三鐵，又稱為磁性氧化鐵，可以近似地看作是氧化亞鐵與氧化鐵組成的化合物（FeO·Fe2O3）;此物質(zhì)能溶于酸，不溶于水。

[教師]引導學生基于FeO、 Fe2O3與酸的反應(yīng)形成認識： Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O。并追問： 如何檢驗鐵磁性物質(zhì)可能是Fe3O4？

[學生]小組合作交流，形成基本的探究思路（見圖2）：

設(shè)計意圖： 讓學生親身經(jīng)歷“提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計實驗方案、形成問題解決的思路”的探究過程，培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”“證據(jù)推理與模型認知”等化學學科核心素養(yǎng)。

2.2 ?如何檢驗Fe2+和Fe3+

[教師]引導學生觀察FeSO4和FeCl3溶液，從物質(zhì)分類的視角提出可能的檢驗方案： 加入堿溶液。

[學生]觀察FeSO4和FeCl3溶液;分別取1～2mL于2支試管中，向其中各加入NaOH溶液1～2mL，觀察、記錄、分析和交流實驗現(xiàn)象。

[學生]（1）FeSO4和FeCl3溶液分別呈淺綠色和黃色;（2）FeCl3溶液中加NaOH溶液得到紅褐色沉淀Fe（OH）3;（3）FeSO4溶液中加NaOH溶液，得到的沉淀有的呈白色，有的呈灰綠色。

[教師]演示用長滴管將NaOH溶液注入FeSO4溶液中制取Fe（OH）2的實驗，并展示前一天制取Fe（OH）2的試管，引導學生結(jié)合自身的實驗操作，分析Fe（OH）2在空氣中變化的原因，并用化學方程式表征變化的過程。

設(shè)計意圖： 通過問題驅(qū)動和實驗探究培養(yǎng)學生“宏觀辨識與微觀探析”“科學探究與創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng);通過設(shè)計層層遞進的問題，搭建學生思考問題的支架，降低認知負荷，培養(yǎng)學生“證據(jù)推理與模型認知”的核心素養(yǎng)。

[過渡]由于FeSO4溶液中加NaOH溶液會產(chǎn)生特殊的現(xiàn)象，NaOH溶液可用于常量下Fe2+的檢驗。那么，F(xiàn)e2+在微量情況下該如何檢驗?zāi)兀?/p>

[資料卡]在含有Fe3+的溶液加入硫氰化鉀（KSCN）溶液，溶液變成血紅色，化學上常利用這一特征反應(yīng)來檢驗Fe3+的存在。

[學生]完成實驗： （1）分別取1～2mL FeSO4、 FeCl3溶液于2支試管中，再各加1～2滴KSCN溶液，觀察現(xiàn)象。（2）取打印墨粉上層浸取液1～2mL，向其中加1～2滴KSCN溶液，觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論。

[學生]交流實驗現(xiàn)象： （1）FeCl3溶液中加1～2滴KSCN溶液，溶液呈血紅色;FeSO4溶液中加1～2滴KSCN溶液，無現(xiàn)象;（2）打印墨粉上層浸取液中加1～2滴KSCN溶液，溶液呈血紅色，說明打印墨粉浸取液中含有Fe3+。

設(shè)計意圖： 第一個實驗引導學生通過實驗操作獲得宏觀現(xiàn)象，結(jié)合資料卡片學習新知，發(fā)展學生“宏觀辨識與微觀探析”方面的核心素養(yǎng)。第二個實驗引導學生應(yīng)用新知和創(chuàng)新實驗（利用化纖棉將黑色顆粒物壓至試管底部，達到固液分離的目的）解決問題，培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”的核心素養(yǎng)。

[教師]繼續(xù)追問： 如何檢驗浸取液中的Fe2+呢？引導學生從氧化還原反應(yīng)的視角建構(gòu)Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)化思路（圖3）：

[學生]分別取1～2mL FeCl3溶液于2個試管中，分別向其中加Cu粉和Vc，充分振蕩，觀察、分析和交流實驗現(xiàn)象。

[學生]解釋說明： （1）新配制的硫酸亞鐵溶液為什么要加入少許鐵粉？（2）補血劑為什么和維生素C片同服的效果更好？

設(shè)計意圖： 呈現(xiàn)資料卡片進一步提供證據(jù)，通過實驗探究活動進一步構(gòu)建從氧化還原的角度認識Fe3+向Fe2+轉(zhuǎn)化的思維模型，體現(xiàn)化學學科的基本特質(zhì)。學以致用，體現(xiàn)化學學科的價值，為學生形成適應(yīng)未來社會需要的必備品格和關(guān)鍵能力奠基。

2.3 ?再探打印墨粉中的鐵磁性物質(zhì)

[教師]打印墨粉中為什么要添加Fe3O4呢？展示硒鼓，簡要介紹其結(jié)構(gòu)和Fe3O4的作用： 在鼓芯磁力的吸引下，F(xiàn)e3O4可攜帶炭粉吸附在磁輥上，進而熔化顯影，以保證打印的黑度。

[教師]比較兩種墨粉的打印效果、成本、多次分裝造成損耗等因素，引導學生討論如何選擇打印墨粉。

設(shè)計意圖： 從不同層面對兩種打印墨粉進行比較分析，增強學生科學選擇的能力，提升學生對化學價值的認同感，形成理性消費的意識。

[教師]整合板書，建構(gòu)價類圖（圖7），引導學生總結(jié)歸納本節(jié)課研究物質(zhì)性質(zhì)的兩種思路——物質(zhì)類別和元素價態(tài)，將所學知識進一步結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化。

[教師]課堂總結(jié)： 同學們，通過本節(jié)課的學習，我們懂得了任何現(xiàn)象的背后一定有其科學本質(zhì)，我們要學會用所學的知識去發(fā)現(xiàn)、探索和創(chuàng)新，為我們的美好生活奠基，為人類的健康、社會的進步做貢獻！

設(shè)計意圖： 通過價類圖，聚焦學科大概念[6]——元素觀，將學生對元素化合物認識方式的發(fā)展外顯，提升學生對元素觀內(nèi)涵的進一步理解，同時引導學生認同、理解和贊賞化學學科的價值。

3 ?教學反思

3.1 ?在真實情境中發(fā)展核心素養(yǎng)

《課程標準》明確提出要創(chuàng)設(shè)真實問題情境，促進學習方式的轉(zhuǎn)變[7]。帕爾默（P. Palmer）也指出： 世上只有一種誠實的方法可以用來精確地評價多元化的優(yōu)質(zhì)教學，就是身臨其境[8]。因此，本節(jié)課精選“兩種不同打印墨粉的打印效果不同”的真實情境素材，提煉出“初探打印墨粉中的磁性物質(zhì)”“如何檢驗Fe2+和Fe3+”和“再探打印墨粉中的Fe3O4”三個核心問題，進而設(shè)計形式多樣的教學活動來落實鐵及其重要化合物的化學性質(zhì)、相互轉(zhuǎn)化、實際應(yīng)用等內(nèi)容的學習，促進學生在活動中經(jīng)歷探究學習、深度學習與拓展學習的學習進階，將學生思維不斷引向深入，同時積極主動地建構(gòu)富有意義、結(jié)構(gòu)化的知識體系。

3.2 ?在實驗探究中發(fā)展核心素養(yǎng)

化學實驗不僅是學生學習化學的重要中介，而且是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的重要途徑。因此，本節(jié)課充分利用化學實驗的獨特價值，精心設(shè)計實驗探究活動，組織學生圍繞“探究打印墨粉中鐵磁性物質(zhì)”“Fe2+和Fe3+的檢驗”“Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化”“打印墨粉硫酸浸取液中Fe2+和Fe3+的檢驗”等問題展開探究學習，幫助學生理解和掌握化學知識與技能，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和價值觀，彰顯化學實驗教學的功能與價值，從而發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)。

3.3 ?在問題解決中發(fā)展核心素養(yǎng)

從問題解決的視角看，學科核心素養(yǎng)是學生運用從學科課程中所獲得的知識和技能解決真實而有意義、復雜甚至不可預(yù)測的情境問題的過程中表現(xiàn)出來的綜合品質(zhì)和關(guān)鍵能力。因此，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，離不開運用化學特征的思維方式分析和解決實際問題，認同和踐行化學學習價值追求。教學時，通過真實問題情境統(tǒng)攝下具有系統(tǒng)性、層次性、獨立性和關(guān)聯(lián)性的一系列問題鏈的解決，學生利用資料卡、觀察實驗等方法獲取、表征和加工有關(guān)信息，從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的角度，依據(jù)復分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測物質(zhì)的化學性質(zhì)和變化，設(shè)計方案進行實驗驗證，尋找證據(jù)，并對證據(jù)進行評價應(yīng)用、解釋有關(guān)的實驗現(xiàn)象，能夠促進學生元素化合物認識方式的發(fā)展，以及從化學學科知識向化學學科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化[9]。

參考文獻：

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[2][6]房喻， 徐端鈞主編， 普通高中化學課程標準（2017版）解讀[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018： 104～107.

[3][5]王磊， 魏銳. 學科核心素養(yǎng)發(fā)展導向的高中化學課程內(nèi)容和學業(yè)要求——《普通高中化學課程標準（2017版）》解讀[J]. 化學教育， 2018， 39（9）： 48～49.

[8][美]帕克·帕爾默. 吳國珍等譯. 教學勇氣： 漫步教師心靈[M]. 上海： 華東師范大學出版社， 2005： 14.

[9]吳星. 高中化學核心素養(yǎng)的建構(gòu)視角[J]. 化學教學， 2017， （2）： 7.