一體化、趣味化、問題化的“鐵鹽”改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案

陜西省西安市第一中學(xué)(710082) 邢麗麗

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)科學(xué)發(fā)展的根基，注重化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對提高學(xué)生的認(rèn)識水平、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、提高學(xué)生對知識的運(yùn)用能力等方面有著十分重要的作用。此外，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要手段。2018年1月新頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》也加大了對實(shí)驗(yàn)的重視力度。但是很多化學(xué)教師誤認(rèn)為化學(xué)實(shí)驗(yàn)只是教學(xué)的一個(gè)輔助，往往輕視其在教學(xué)中的作用，尤其是高三復(fù)習(xí)課，多數(shù)以講練代替做實(shí)驗(yàn)。為了在化學(xué)教育教學(xué)中，充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、主動性和積極性，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，從而培養(yǎng)出更具開發(fā)性和創(chuàng)造性的學(xué)生，筆者特設(shè)計(jì)了此改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，旨在為同行如何有效開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供借鑒。

本方案以高中化學(xué)的一個(gè)重要知識點(diǎn)“鐵鹽”為例，首先對重要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行一體化整合設(shè)計(jì)，旨在打破知識章節(jié)壁壘，培養(yǎng)學(xué)生整合知識的能力；其次通過趣味實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，體會化學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用，培養(yǎng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)；最后借助實(shí)驗(yàn)背后延伸出來的環(huán)環(huán)緊扣的巧妙問題啟發(fā)學(xué)生思考，積極調(diào)動學(xué)生主動地提出問題并解決問題，幫助學(xué)生完成知識體系的優(yōu)化和擴(kuò)充，培養(yǎng)綜合技能。該套一體化、趣味化、問題化的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，尤其適用于高三化學(xué)復(fù)習(xí)課，也適用于化學(xué)校本課程趣味實(shí)驗(yàn)探究課以及化學(xué)社團(tuán)興趣小組探究課等，目前已取得了較好的應(yīng)用研究成果。現(xiàn)對該改進(jìn)方案具體闡述如下。

1 教學(xué)與評價(jià)目標(biāo)、學(xué)情、教情分析等

1.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)認(rèn)識并理解鐵鹽的重要理化性質(zhì)，學(xué)會對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析解釋技能。

(2)學(xué)會通過鐵鹽實(shí)驗(yàn)進(jìn)行知識整合并發(fā)現(xiàn)新問題，深化對鐵鹽的理解運(yùn)用能力。

(3)讓學(xué)生體會到化學(xué)通過我們的智慧可以變得更加絢麗多彩，化學(xué)可以使生活更美好，從而激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的熱愛之情和繼續(xù)探究的欲望。

(4)對學(xué)生滲透事物間的相互關(guān)系和相互制約等辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育。

1.2 評價(jià)目標(biāo)

(1)通過趣味實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)，加深學(xué)生對鐵鹽性質(zhì)的認(rèn)識，診斷并發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察和分析問題能力，認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)科中的重要地位。

(2)借助啟發(fā)式問題引導(dǎo)，讓學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)中，診斷并培養(yǎng)學(xué)生形成較強(qiáng)的問題意識，能夠發(fā)現(xiàn)提出有探究價(jià)值的化學(xué)問題并嘗試用理論解決。

1.3 學(xué)情分析及策略

鐵是地殼中最豐富的元素之一，也是人體內(nèi)所必需的元素，是紅細(xì)胞(血紅蛋白)的主要成分，且用途廣泛。作為一種典型的變價(jià)金屬代表，鐵形成的化合物比較多，其中鐵鹽是高中化學(xué)學(xué)習(xí)階段中一個(gè)重要的知識點(diǎn)，且鐵鹽在生產(chǎn)和生活中也有著重要作用。學(xué)生在高一必修1中對鐵鹽已有了基本認(rèn)識但是不夠全面，后續(xù)在高二選修4和選修5中對于水解和苯酚的學(xué)習(xí)中又進(jìn)一步接觸了三價(jià)鐵離子，可見其地位尤為重要。在高三復(fù)習(xí)課中，鑒于學(xué)生已具備了高一、高二知識的積累，新課程復(fù)習(xí)教學(xué)的重要任務(wù)就是在教師指導(dǎo)下，引導(dǎo)學(xué)生把各部分相應(yīng)的知識按其內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行歸納整理，將散亂的知識串成線，結(jié)成網(wǎng)，納入自己的知識體系結(jié)構(gòu)之中。因此，教學(xué)應(yīng)善于打破知識章節(jié)壁壘，以幫助學(xué)生構(gòu)建合理的系統(tǒng)認(rèn)知。本方案通過采用將鐵鹽的重要性質(zhì)設(shè)計(jì)成化學(xué)變“魔法茶”的形式將知識串聯(lián)起來，既富有趣味性，還能根據(jù)現(xiàn)象設(shè)計(jì)一系列的問題探究點(diǎn)，強(qiáng)化了知識的開發(fā)與吸收，讓學(xué)生不僅收獲知識，還在無形中培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析、綜合運(yùn)用等基本方法，進(jìn)而學(xué)科素養(yǎng)得到了一定程度的提升。本方案也適用于趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)拓展探究課程，供熱愛化學(xué)、學(xué)有余力的學(xué)生親自動手探究，開拓化學(xué)視野。

1.4 教學(xué)理念及策略

實(shí)踐證明，光有零碎的知識而沒有形成整體的知識結(jié)構(gòu)，就猶如沒有組裝成整機(jī)的一堆零部件，難以發(fā)揮其各種功能?；诖苏J(rèn)識，筆者以建構(gòu)主義理論來指導(dǎo)設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，先將與鐵鹽相關(guān)的重要知識進(jìn)行整合，用趣味實(shí)驗(yàn)效果表現(xiàn)出來，通過讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析猜想產(chǎn)物，再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識進(jìn)行驗(yàn)證解釋，最后設(shè)計(jì)一系列與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的“活動單”來強(qiáng)化對鐵鹽的理解運(yùn)用，從而有效建構(gòu)鐵鹽的重要知識體系。為了最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，筆者采用角色扮演的方式，讓教師先自然融入整個(gè)課堂探究中，通過創(chuàng)設(shè)情境方式進(jìn)行導(dǎo)課，旨在一開始就緊緊吸引住學(xué)生的注意力，充分刺激學(xué)生的感官并給其留下深刻的印象，從而提高課堂教學(xué)效果。

在提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的理念引領(lǐng)下，筆者設(shè)置了一些不同的教學(xué)環(huán)節(jié)，力爭在實(shí)現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)的背后，讓不同的學(xué)生都得到發(fā)展和成長。例如,可以讓學(xué)生自己給不同的“魔法茶”命名，為有文學(xué)特長的孩子提供展示機(jī)會，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣；在校本課程上還可以讓愛好攝影的學(xué)生把每種“魔法茶”都拍下來，以便在校園文化藝術(shù)節(jié)進(jìn)行展覽，從而延伸到課外學(xué)習(xí)中。

1.5 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)用品

氯化鐵溶液、綠茶水、9種無色透明的未知溶液(依次為:①草酸或者Vc溶液、②氫氧化鈉溶液、③硫氰化鉀溶液、④苯酚溶液、⑤淀粉-碘化鉀溶液、⑥碳酸鈉溶液、⑦硫化鈉溶液、⑧硝酸銀溶液、⑨亞鐵氰化鉀溶液)分別裝在貼有相應(yīng)序號的透明瓶子內(nèi)、濾紙若干張、毛筆、噴壺等。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)環(huán)節(jié)一：觀察—體驗(yàn)；分析—實(shí)驗(yàn)

(1)方案1

情境創(chuàng)設(shè):多媒體黑屏展示營造一種神秘氣氛，并附上動態(tài)文字——化學(xué)界的變色龍。教師裝扮成茶藝師，端一杯綠茶進(jìn)入教室，首先請學(xué)生觀看魔術(shù)表演：先在杯子里倒入半杯剛剛品嘗過的綠茶，然后向茶水中加入幾滴神秘液體(氯化鐵溶液)立即變成黑色，再將變黑后的茶水倒入另一個(gè)盛有少許無色透明液體(①草酸或者Vc溶液)的瓶子內(nèi)又瞬間還原成剛才的綠茶。

趣味實(shí)驗(yàn):“會魔法的鐵鹽”表演——繼續(xù)分別向剩余裝有8種無色透明未知溶液(依次為②氫氧化鈉溶液、③硫氰化鉀溶液、④苯酚溶液、⑤淀粉-碘化鉀溶液、⑥碳酸鈉溶液、⑦硫化鈉溶液、⑧硝酸銀溶液、⑨亞鐵氰化鉀溶液)的杯子內(nèi)滴加少量神秘液體(氯化鐵溶液)，請學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并邀請學(xué)生給每種“魔法茶”命名(見圖1)。如果是在興趣實(shí)驗(yàn)探究課上，可以讓學(xué)生親自動手操作探究，還可以請愛好攝影的學(xué)生把每種“魔法茶”都記錄下來留作影像資料。

(2)方案2

把在杯子里表演改成在濾紙上依次用上述無色未知透明溶液先書寫不同的密信，再依次用噴壺噴灑少許神秘液體(氯化鐵溶液)，依次顯現(xiàn)不同顏色的字跡內(nèi)容(見圖2)，效果也很充滿神秘色彩，學(xué)生的學(xué)習(xí)激情即刻被點(diǎn)燃。

趣味實(shí)驗(yàn)效果及學(xué)生命名名稱:①茶水中含有的鞣酸會與鐵離子反應(yīng)而變黑色，再加入草酸或者Vc溶液可以復(fù)原(可樂或?qū)W問茶);②鐵離子與NaOH溶液反應(yīng)生成Fe(OH)3紅褐色沉淀(胡蘿卜汁);③三價(jià)鐵離子與KSCN溶液作用顯血紅色(紅葡萄酒);④三價(jià)鐵離子可以使苯酚顯紫色(紫葡萄酒);⑤KI的淀粉溶液加入鐵離子，碘離子與鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)獲得I2遇淀粉溶液變藍(lán)色(藍(lán)莓汁);⑥鐵離子可以與碳酸鈉溶液發(fā)生水解反應(yīng)生成紅褐色沉淀(胡蘿卜奶昔);⑦鐵離子可以與Na2S發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成黃色或黑色沉淀(芒果布丁或黑芝麻糊);⑧鐵離子可以與硝酸銀溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成白色沉淀(珍珠奶茶);⑨鐵離子與亞鐵氰化鉀反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀(藍(lán)色妖姬)。

啟發(fā)思考:教師在展示各杯極具色彩沖擊力的“魔法茶”后揭示謎底實(shí)質(zhì)為FeCl3溶液，請學(xué)生根據(jù)出現(xiàn)的不同現(xiàn)象來猜一猜對應(yīng)杯子中分別是什么溶液？體現(xiàn)了鐵鹽的什么重要性質(zhì)？(提示：可以從研究物質(zhì)的3個(gè)角度入手，即物質(zhì)的類別通性、元素的價(jià)態(tài)變化和物質(zhì)的特征顏色、狀態(tài)。)

學(xué)生活動：學(xué)生分組交流討論，然后匯報(bào)結(jié)果，接下來對其性質(zhì)及遷移運(yùn)用逐一進(jìn)行深層次探究，使學(xué)生形成對各反應(yīng)的系統(tǒng)認(rèn)知。

2.2 教學(xué)環(huán)節(jié)二：探究—思考；類比—遷移

2.2.1 探究活動一：鐵鹽的制備

思考：以FeCl3為例，請你想一想通過哪些方法可以進(jìn)行制備。

備選試劑：Fe粉、Fe2O3、Fe(OH)3、FeCl2溶液等。

師生互動：學(xué)生思考、交流、討論并嘗試板演相關(guān)化學(xué)方程式，其他學(xué)生糾錯(cuò)，教師補(bǔ)充完善，強(qiáng)化化學(xué)用語書寫的規(guī)范性。

2.2.2 探究活動二：鐵鹽的檢驗(yàn)

思考：硫酸亞鐵糖漿是一種重要的小兒補(bǔ)鐵劑，請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)市場上銷售的補(bǔ)鐵劑是否變質(zhì)。

提示試劑：氫氧化鈉溶液、KSCN溶液、苯酚、淀粉-KI溶液等。

師生互動：學(xué)生思考、交流、討論并嘗試用所學(xué)知識進(jìn)行解釋，教師點(diǎn)評，強(qiáng)化化學(xué)用語表述的規(guī)范性。

2.2.3 探究活動三：鐵鹽的氧化性

(1)遷移1

(2)遷移2

制印刷電路時(shí)常用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”。向盛有氯化鐵溶液的燒杯中同時(shí)加入鐵粉和銅粉，反應(yīng)結(jié)束后，請預(yù)測其結(jié)果如何。

(3)遷移3

向FeCl3溶液中加入幾滴Na2S溶液，請預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并根據(jù)現(xiàn)象書寫離子方程式。

學(xué)生活動：分小組交流討論，并在老師點(diǎn)撥下對可能出現(xiàn)的多種情況進(jìn)行分析解釋，培養(yǎng)其考慮問題的全面性。

2.2.4 探究活動四：鐵鹽的水解反應(yīng)

應(yīng)用1：Fe(OH)3膠體的制備原理和方法。

應(yīng)用2：實(shí)驗(yàn)室配制和保存FeCl3溶液方法。

應(yīng)用3：工業(yè)流程中如何制備FeCl3·6H2O晶體。

應(yīng)用4：如何除去CuCl2溶液中的Fe2+和Fe3+。

學(xué)生活動：運(yùn)用所學(xué)知識將鐵鹽與實(shí)際生產(chǎn)生活聯(lián)系起來理解并進(jìn)行解釋，教師啟發(fā)引導(dǎo)，培養(yǎng)其靈活運(yùn)用知識的能力。

2.3 教學(xué)環(huán)節(jié)三：拓展—應(yīng)用；總結(jié)—提升

2.3.1 拓展活動一：鐵鹽的催化作用

探究Fe3+、Cu2+等不同催化劑對H2O2分解速率影響，實(shí)驗(yàn)過程見圖4。

思考1：請你評價(jià)上圖中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理。

思考2：請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明Fe3+起到了催化作用。

設(shè)計(jì)意圖:提升學(xué)生分析評價(jià)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用能力。

2.3.2 拓展活動二：如何正確補(bǔ)鐵

鐵是構(gòu)成人體中的一種必不可少的微量元素，如果缺鐵就會影響人體的健康和發(fā)育，最大的影響是缺鐵性貧血，這是一種比較嚴(yán)重、比較廣泛的四大營養(yǎng)缺乏病之一，尤其在生育期婦女和嬰幼兒中發(fā)病率高。所以,在日常生活中，我們要注重通過食用富含鐵的食物(如黑木耳、豬血、紅棗等)來補(bǔ)充必需的、適量的鐵元素以預(yù)防疾病，但是注意，如果不是貧血患者，盡量不要通過補(bǔ)鐵藥物來強(qiáng)化鐵元素補(bǔ)充，否則補(bǔ)鐵過量的話容易導(dǎo)致鐵中毒。因此，為了健康養(yǎng)生，請學(xué)會從正確補(bǔ)鐵開始。請根據(jù)上述知識，制作一張正確補(bǔ)鐵的宣傳海報(bào)，并在條件允許的情況下進(jìn)行專題報(bào)告講座。

設(shè)計(jì)意圖：從貼近學(xué)生生活實(shí)際出發(fā)，使學(xué)生意識到化學(xué)就在他們身邊，并學(xué)以致用。

2.3.3 拓展活動三：構(gòu)建鐵三角

根據(jù)前面所學(xué)知識，把鐵、二價(jià)鐵、三價(jià)鐵之間的相互轉(zhuǎn)化通過“鐵三角”思維導(dǎo)圖提煉出來，構(gòu)建關(guān)于鐵元素的全面知識體系，培養(yǎng)其運(yùn)用綜合知識的能力。把轉(zhuǎn)化圖中涉及的化學(xué)方程式熟練書寫，以落實(shí)知識基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生根據(jù)鐵鹽出發(fā)，從系統(tǒng)的高度來建構(gòu)“鐵及其化合物”知識網(wǎng)絡(luò)，最終提升知識和能力層次。

三氯化鐵作為鐵鹽的一種代表，除了能發(fā)生以上顏色不同的特征反應(yīng)外，在實(shí)際生產(chǎn)生活中也有廣泛的應(yīng)用，主要用于金屬蝕刻(包括銅、不銹鋼、鋁等材料的蝕刻)和污水處理(凈水效果好、價(jià)格便宜、但容易使水色泛黃，目前經(jīng)過電解后生成的高鐵酸鉀已成為新型的綠色環(huán)保水處理材料)等方面。此外，根據(jù)所學(xué)知識可知，三價(jià)鐵作為鐵的高價(jià)態(tài)，具有較強(qiáng)的氧化性，可以與一些還原劑發(fā)生反應(yīng)，所以人們在服用補(bǔ)鐵劑的同時(shí)最好伴隨維生素C(具有還原性可以將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵)服用，以提高藥效。由此可見，學(xué)好化學(xué)，可以使生活更美好。

3 教學(xué)反思

在新課改理念下，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一種重要手段，對學(xué)生科學(xué)思維的引導(dǎo)和培養(yǎng)有著十分重要的作用?；诖苏J(rèn)識，筆者對本節(jié)“鐵鹽”教學(xué)設(shè)計(jì)的最大亮點(diǎn)是把鐵鹽的性質(zhì)以一種一體化和趣味化的實(shí)驗(yàn)方式呈現(xiàn)出來，在促進(jìn)學(xué)生知識遷移的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生掌握鐵鹽的制備、檢驗(yàn)和鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系。既復(fù)習(xí)了本節(jié)課的重難點(diǎn)，加深了印象，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的問題情景貫穿了整節(jié)課始末，將鐵鹽的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和重要性質(zhì)很自然地聯(lián)系在一起，問題的解決過程就是學(xué)生獲取知識的全過程。通過有意識地滲透啟發(fā)，理論聯(lián)系實(shí)際，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的主動性。通過課堂教學(xué)效果反饋來看，學(xué)生普遍反應(yīng)收獲頗多，難以忘記。

本節(jié)課是一節(jié)比較成功的展示課，不僅在輕松愉快中將鐵鹽的知識建構(gòu)在學(xué)生的腦海，而且培養(yǎng)了學(xué)生的宏觀辨識與微觀探析、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、環(huán)保意識與社會責(zé)任等核心素養(yǎng)，使學(xué)生感受到化學(xué)的巨大魅力。值得一提的是，這種復(fù)習(xí)方式也可以應(yīng)用于其他元素及其化合物的復(fù)習(xí)中，筆者將繼續(xù)努力探索，以不斷促進(jìn)具有化學(xué)特質(zhì)的學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的視角和方法來展開教學(xué)活動，立德樹人。