基于真實情境的高一化學(xué)元素教學(xué)實踐

胡慧

摘要：本節(jié)課以山西吉縣脫貧攻堅過程中出現(xiàn)的蘋果缺鐵癥為真實情境，通過扶貧過程中遇到的真實問題引出+2價鐵與+3價鐵之間的轉(zhuǎn)化。學(xué)生閱讀各種資料，提取信息，提出猜測，通過實驗獲取證據(jù)，驗證猜測，得出結(jié)論，完成簡單的科學(xué)探究過程。在這個過程中不僅學(xué)習(xí)到學(xué)科知識，更認識到化學(xué)知識可以為國家扶貧事業(yè)做出貢獻，享受學(xué)習(xí)化學(xué)知識帶來的成就感。

關(guān)鍵詞：真實情境；鐵的化合物；轉(zhuǎn)化

文章編號：1008-0546（2021）12-0050-03中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.012

一、問題的提出

教育部制定的《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》（以下稱新課標）大力倡導(dǎo)主題引領(lǐng)課程內(nèi)容，使課程內(nèi)容情境化，促進化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實，并且在課程內(nèi)容中提供了豐富的“情境材料建議”供一線教師使用。作為一線教師，不僅要緊跟新課程的倡導(dǎo)，使用情境，也有教研責(zé)任，開發(fā)新的主題情境，讓學(xué)生在真實情境中學(xué)習(xí)，學(xué)有所用，享受知識帶來的成就感。查找知網(wǎng)上關(guān)于鐵及其化合物的教學(xué)設(shè)計，已經(jīng)有很多主題情境，比如打印機墨粉、補鐵劑、檢驗菠菜中的鐵元素等等[1-3]。但和植物缺鐵癥相關(guān)的主題較少，同時，結(jié)合2020年中國全面完成脫貧工作，使得本節(jié)主題更顯得有實際意義。因此，本文以山西吉縣脫貧攻堅過程中遇到的缺鐵癥為真實情境，引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)氧化還原反應(yīng)原理思考植物缺鐵原因和解決辦法。

二、教學(xué)目標

參考新課標對本節(jié)內(nèi)容的要求：“結(jié)合真實情境中的應(yīng)用實例或通過實驗探究，了解鐵及其重要化合物的主要性質(zhì)”，結(jié)合本節(jié)課的對教材和學(xué)情的分析，將本節(jié)課教學(xué)目標確定為以下內(nèi)容：

1.通過提取鐵礦石的各種信息，初步認識到+2價鐵容易轉(zhuǎn)化為+3價鐵，并且能夠用語言表達思維過程；

2.通過堿性土壤中鐵元素發(fā)生的變化，推測出+2價鐵容易被氧氣氧化為+3價鐵，并設(shè)計實驗驗證猜測；

3.通過動手實驗其他常見氧化劑與亞鐵離子的反應(yīng)，得出+2價鐵容易被氧化劑氧化為+3價鐵，體會氧化還原反應(yīng)原理；

4.通過解決配制硫酸亞鐵溶液過程中遇到的易被氧化的困難，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用氧化還原反應(yīng)原理找出解決方法；

5.通過山西吉縣種蘋果脫貧的主題情境，學(xué)生感受到化學(xué)知識的力量，享受學(xué)習(xí)帶來的成就感，感悟“為中國崛起而學(xué)習(xí)”的責(zé)任感。

三、教學(xué)過程

【環(huán)節(jié)一】感知鐵元素的存在

引入：鐵在人們生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，自然界中鐵是什么存在形式，儲量如何？

學(xué)生回答。

資料：給出赤鐵礦、磁鐵礦和菱鐵礦和主要成分、儲量、鐵元素化合價等信息，并備注“純磁鐵礦極少，地表磁鐵礦易轉(zhuǎn)化為赤鐵礦”和“菱鐵礦常常與頁巖、粘土或煤在一起發(fā)現(xiàn)”兩個信息。

教師：同學(xué)們看了資料中的信息，有什么想法？

學(xué)生1：鐵元素在不同的礦石中化合價不一樣。

學(xué)生2：赤鐵礦儲量最多。

學(xué)生3：地表磁鐵礦中的+2價鐵易轉(zhuǎn)化為+3價。

學(xué)生4：菱鐵礦的環(huán)境一般缺氧，說明+2價鐵可能易被氧氣氧化成+3價。

設(shè)計意圖：從學(xué)生熟悉的鐵礦石入手，進一步深入分析各種鐵礦石的信息，讓學(xué)生對+2價鐵容易轉(zhuǎn)化為+3價鐵有個初步感性認識，同時不同的學(xué)生看到的信息也不一樣，鍛煉學(xué)生的語言表達能力。

【環(huán)節(jié)二】探究植物缺二價鐵的原因

過渡：不僅人類需要大量的鐵，植物也需要鐵。

資料：鐵元素是細胞色素、核糖核苷酸還原酶、固氮酶、鐵氧化還原蛋白等物質(zhì)的組成成分，鐵在植物體內(nèi)參與參碳的同化、氮的生物固定和同化、分子氧的儲存和運輸、核糖核苷酸的還原、過氧化物的分解以及電子傳遞發(fā)生等重要代謝過程[4]。

教師：水稻田里的土為什么是淺綠色？

學(xué)生：水稻田里的土可能含+2價鐵。

教師：說明植物需要吸收什么價態(tài)的鐵元素？

學(xué)生：+2價鐵。

教師：那如果植物缺鐵，會導(dǎo)致什么后果呢？山西吉縣區(qū)的扶貧科技人員在幫助蘋果果農(nóng)脫貧致富的過程中就遇到了一些影響蘋果產(chǎn)量的問題，其中原因之一就是缺鐵。

資料：問題之一：果實品質(zhì)不優(yōu)，影響蘋果價格。多果生長所需要的營養(yǎng)成分和多種微量元素（包括鎂、鐵等元素）短缺，土壤板結(jié)嚴重[5]。

資料：蘋果缺鐵癥狀新梢頂端的幼嫩葉變黃綠，再變黃白色，葉脈仍為綠色，呈綠色網(wǎng)狀。全葉白，從葉緣開始出現(xiàn)枯褐色斑。嚴重時，新梢頂端枯死，呈枯梢現(xiàn)象?！俣劝倏?/p>

設(shè)計意圖：通過扶貧種蘋果的案例，學(xué)生可以知道鐵元素對植物的重要性，也知道了化學(xué)知識的實際用途，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

教師：扶貧科技人員發(fā)現(xiàn)山西吉縣土壤呈堿性。資料顯示，無機鐵肥即FeSO4在堿性土壤環(huán)境下，多轉(zhuǎn)化為植物不可吸收的氫氧化鐵[6]。

小組交流討論：堿性土壤中的Fe2+為什么會轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3？

學(xué)生：由鐵元素化合價升高可知，+2價鐵被氧氣氧化成了+3價鐵。

分組實驗：取一滴管0.1 mol/L FeSO4溶液，向溶液中滴加0.1 mol/L NaOH溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象。

學(xué)生：Fe2+和OH-反應(yīng)生成Fe（OH）2沉淀，因此出現(xiàn)淺綠色沉淀，顏色逐漸加深，試管壁上沉淀變成棕色，說明Fe（OH）2逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镕e（OH）3。

教師：但是資料顯示純Fe（OH）2是白色的，而不是綠色。如何解釋你的實驗現(xiàn)象呢？

學(xué)生8：可能是被溶解在NaOH溶液中的氧氣給氧化了。

教師：根據(jù)你的推測，如何設(shè)計實驗可以得到白色沉淀呢？

學(xué)生8：煮沸NaOH溶液，并且最好用煤油液封溶液。

資料：閱讀文獻《氫氧化亞鐵制備實驗改進方法的整合與創(chuàng)新》[7]，驗證學(xué)生想法。

學(xué)生9：可加入其它氧化劑，如雙氧水、氯水等，加入KSCN溶液出現(xiàn)血紅色說明有Fe3+。

教師：出現(xiàn)血紅色一定是因為雙氧水等氧化劑的作用嗎？

學(xué)生10：可能是原來溶液中就有Fe3+，因為Fe2+可能被氧氣氧化為Fe3 +，所以要先加KSCN檢驗有無Fe2+，再加雙氧水等氧化劑。

分組實驗：向裝有FeSO4溶液的試管中先加入KSCN溶液，再滴入雙氧水或新制氯水。

結(jié)論：無機鐵肥FeSO4溶液不僅會在堿性條件下逐漸轉(zhuǎn)為為Fe（OH）3，還容易被氧氣等氧化劑氧化為Fe2（SO4）3。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生利用氧化還原反應(yīng)理論進行猜測，證據(jù)推理并驗證，完成簡單的科學(xué)探究過程。學(xué)生認識到亞鐵離子易被氧化，為下個環(huán)節(jié)配制Fe？ SO4溶液打下學(xué)科知識基礎(chǔ)。

【環(huán)節(jié)三】嘗試處理植物缺鐵性黃葉問題

教師：缺亞鐵，補亞鐵。市面上在售的硫酸亞鐵無機鐵肥就是很好的解決方法，但是使用不當(dāng)，可能無效。

小組討論：結(jié)合今天所學(xué)知識，討論FeSO4的施用方法和使用注意事項。

學(xué)生11：給樹打點滴，或者埋在土里，盡量避免接觸氧氣。使用的時候最好現(xiàn)配現(xiàn)用，一次性用完。

設(shè)計意圖：應(yīng)用本課所學(xué)學(xué)科知識，解決實際實驗操作中的問題。

【環(huán)節(jié)四】解決配制FeSO4溶液過程中出現(xiàn)的問題

教師：在配制FeSO4溶液過程中不可避免會接觸氧氣，怎么防止配制過程中Fe2+被氧化呢？

學(xué)生12：加還原劑，如鐵粉。

分組實驗，證明學(xué)生猜測。

其他解決方法：1、有機肥EDDHA-Fe；2、將地表球囊霉在堿性條件下接種在樹苗，可促進植物生長，增強根系三價鐵還原酶活性，減輕缺鐵性黃化病的產(chǎn)生[8]。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生在此體會氧化還原反應(yīng)原理，反向思維，自主建構(gòu)+3價鐵轉(zhuǎn)化為+2價鐵的知識結(jié)構(gòu)，提取還原劑信息，總結(jié)+3價鐵的性質(zhì)。

【總結(jié)】最后山西吉縣脫貧了，八成以上貧困戶依靠蘋果脫貧[9]。雖然吉縣的脫貧不是簡單的鐵肥能解決的，但這其中肯定有農(nóng)業(yè)科技扶貧工作者們的功勞，也有化學(xué)的功勞?；瘜W(xué)，讓生活更美好！

設(shè)計意圖：回歸情境，學(xué)生發(fā)現(xiàn)所學(xué)知識可以在脫貧攻堅過程中發(fā)揮作用，感受化學(xué)知識給脫貧攻堅帶來的力量，享受學(xué)習(xí)化學(xué)知識的成就感。

四、教學(xué)反思

1.生活場景，讓化學(xué)學(xué)習(xí)更自然

水稻田里淺綠色的土、丹霞地貌、紅磚青瓦等等都能讓我們找到鐵元素的身影，這些場景雖然不一定每個學(xué)生都經(jīng)歷過，但這的確是現(xiàn)實生活中的樣子。通過生活中例子，讓學(xué)生更覺得化學(xué)親切，也讓化學(xué)學(xué)習(xí)發(fā)生得更自然。因此教師在整合教學(xué)資源時應(yīng)注重選取生活化的資源。

2.證據(jù)推理，讓化學(xué)學(xué)習(xí)更理性

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中提到“具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系”。本節(jié)課中，學(xué)生通過鐵礦石的信息和植物缺鐵原因的資料分析，提出自己的猜測，通過實驗獲得證據(jù)，驗證觀點，使得化學(xué)反應(yīng)不再是簡單背誦，而是有理有據(jù)。

3.真實問題，讓化學(xué)學(xué)習(xí)更有用

本節(jié)課通過山西吉縣種蘋果扶貧過程中出現(xiàn)的一個問題，串聯(lián)起整個教學(xué)設(shè)計。學(xué)生在探究鐵的化合物之間轉(zhuǎn)化的本質(zhì)原因的同時，也收獲了解決實際問題的本領(lǐng)，讓學(xué)生感受到化學(xué)知識能給未來生產(chǎn)生活帶來變化，享受學(xué)習(xí)化學(xué)知識的成就感。因此，教師在教學(xué)設(shè)計時可以積極響應(yīng)新課標的倡導(dǎo)，開發(fā)更多更實際的真實情境，引領(lǐng)學(xué)生走向更真實的化學(xué)學(xué)習(xí)。

參考文獻

[1]毛藝.“鐵及其化合物的性質(zhì)”素養(yǎng)化教學(xué)新探[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（8）：35-38

[2]葉煒華.基于“證據(jù)推理”的“鐵及其化合物”情境化教學(xué)實踐[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（12）：43-46

[3]周萍，肖中榮.菠菜中鐵元素的檢測條件優(yōu)化[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（6）：56-57

[4]李季倫，張偉心等.微生物生理學(xué)[M].北京：北京農(nóng)大出版社，1993

[5]曹佳喜.山西吉縣區(qū)旱地蘋果產(chǎn)業(yè)在脫貧攻堅過程中存在的問題及解決對策[J].果樹實用技術(shù)信息，2018（1）：40-41

[6]何緒生.鐵肥及其使用[J].磷肥與復(fù)肥，2002（4）：69-71

[7]張艷麗.氫氧化亞鐵制備實驗改進方法的整合與創(chuàng)新[J].實驗教學(xué)與儀器，2020（11）：17-19

[8]王明元.不同pH值下從枝菌根真菌對枳生長及鐵吸收的影響[J].微生物學(xué)報，2009，49（10）：1374-1379

[9]馬毅敏.山西吉縣八成以上貧困戶依靠蘋果脫貧[EB/OL].（2020.10.15）[2021.10.29].http：//shanxi.sina.com.cn/news/ 2020-10-15/detail-iiznctkc5692982.shtml