基于問題的學習——探究Fe2+、Fe3+的相互轉(zhuǎn)化教學設(shè)計

廣東 丁秋武

“鐵的重要化合物”是高中化學必修課程中“元素及其化合物”的知識，是高中一年級學生學習的重點內(nèi)容。鐵元素是金屬元素中典型的變價元素，在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛，與人類的衣食住行息息相關(guān)。

本節(jié)課通過一個真實情境的問題[Fe(OH)2的制備]，以認知沖突為切入點，引導學生設(shè)計實驗探究方案，在解決問題中實現(xiàn)深度學習，建立基于物質(zhì)類別、元素價態(tài)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化來預(yù)測和檢測物質(zhì)性質(zhì)的認識模型，豐富研究物質(zhì)的思路和方法，發(fā)展物質(zhì)性質(zhì)和化學物質(zhì)及其變化的社會價值的認識水平，提高解決實際問題的能力，落實“素養(yǎng)為本”的教學要求，以體現(xiàn)化學學科核心素養(yǎng)育人的價值。

一、教學與評價目標

1.教學目標

(1)通過認知沖突，引出主題，預(yù)測和設(shè)計實驗探究灰綠色沉淀中鐵元素的價態(tài)，初步形成基于物質(zhì)類別、元素價態(tài)對物質(zhì)性質(zhì)進行假設(shè)、推理和檢驗的認識模型，發(fā)展學生證據(jù)推理與模型認知和科學探究與創(chuàng)新意識的素養(yǎng)。

(2)通過灰綠色沉淀中Fe2+、Fe3+的檢驗及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的認識過程，能根據(jù)觀察和實驗獲得的現(xiàn)象概括化學變化發(fā)生的條件、特征與規(guī)律，發(fā)展學生宏觀辨識與微觀探析和變化觀念與平衡思想的學科核心素養(yǎng)。

(3)通過了解Fe2+、Fe3+在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，學會運用所學知識解決實際問題的方法，從中體會化學與生產(chǎn)、生活、環(huán)境等之間的關(guān)系，感受物質(zhì)及其變化的價值，發(fā)展學生科學態(tài)度與社會責任的學科核心素養(yǎng)。

2.評價目標

(1)通過對灰綠色沉淀中Fe2+、Fe3+的檢驗和相互轉(zhuǎn)化，診斷并發(fā)展學生對物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化思路的認識水平。

(2)通過以認知沖突，以異?，F(xiàn)象——灰綠色沉淀的產(chǎn)生為切入點，來實施探究和方案設(shè)計，發(fā)展學生實驗探究的水平。

(3)通過了解Fe2+、Fe3+在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用和實際問題的解決，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。

二、教學與評價思路

Ⅰ(問題驅(qū)動)

通過資料卡片創(chuàng)設(shè)情境，提出驅(qū)動型問題，制備Fe(OH)2中產(chǎn)生認知沖突，即如何產(chǎn)生灰綠色沉淀

科學探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理與模型認知

遷移知識的能力

Ⅱ(問題探究)

實驗探究灰綠色沉淀中Fe2+、Fe3+的檢驗和物質(zhì)間相互轉(zhuǎn)化，建構(gòu)價類二維圖

科學探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理與模型認知

匯報、交流和實施實驗方案

Ⅲ(問題解決)

結(jié)合所學知識，解決真實情境下的問題

證據(jù)推理與模型認知、科學態(tài)度與社會責任

交流、評價實際問題的解決方法，診斷知識達成情況

發(fā)展學生問題解決能力和化學價值的認識水平

三、教學過程

【問題驅(qū)動】創(chuàng)設(shè)情境，引入主題

學生活動教師活動設(shè)計意圖【想一想,說一說】通過FeSO4溶液與NaOH溶液反應(yīng)可以制備Fe(OH)2,Fe(OH)2 是一種白色沉淀,根據(jù)初中所學習的復分解反應(yīng)的規(guī)律可知,這是亞鐵鹽和強堿的反應(yīng)【設(shè)計方案】向FeSO4溶液中加入NaOH溶液微觀本質(zhì):FeSO4+2NaOHFe(OH)2↓+Na2SO4【預(yù)測現(xiàn)象】會看到白色膠狀沉淀【分組實驗,觀察現(xiàn)象】產(chǎn)生白色膠狀沉淀,迅速轉(zhuǎn)為灰綠色,試管壁有少許紅褐色固體【感受變化,宏微結(jié)合】1.宏觀現(xiàn)象產(chǎn)生白色膠狀沉淀,轉(zhuǎn)為灰綠色,最終變?yōu)榧t褐色2.微觀本質(zhì)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3【創(chuàng)設(shè)情境】1.已知Fe(OH)2是白色膠狀沉淀,如何制備呢?你的依據(jù)是什么?你會怎樣設(shè)計可行性方案2.你預(yù)測會看到什么現(xiàn)象3.進行實驗,仔細觀察實驗現(xiàn)象,匯報4.展示利用數(shù)字傳感技術(shù)研究Fe(OH)2緩慢氧化過程得到的結(jié)果【再次發(fā)問,過渡】我們發(fā)現(xiàn)沉淀為灰綠色,那么大家想不想知道其中的成分呢?如果要搞清楚其成分,可能一節(jié)課的時間完成不了,我們是否可以從(已學過的)化合價的角度,來探究一下其中鐵元素的價態(tài)創(chuàng)設(shè)真實的實驗情境,通過認知沖突來激發(fā)學生的求知欲培養(yǎng)學生的證據(jù)意識和從宏微結(jié)合的角度來認識物質(zhì)變化的能力

【評價任務(wù)1】診斷并發(fā)展學生證據(jù)意識和化學實驗探究的水平

【問題探究】探究灰綠色沉淀中鐵元素的價態(tài)

學生活動教師活動設(shè)計意圖【作出猜想】灰綠色沉淀中鐵為+2、+3價【討論與匯報】先將沉淀轉(zhuǎn)化為鹽溶液,再分別檢驗Fe3+和Fe2+,Fe3+的檢驗可以根據(jù)資料卡片的信息,Fe2+的檢驗根據(jù)所提供試劑,可以利用酸性高錳酸鉀溶液的強氧化性來檢驗【設(shè)計方案】【實驗結(jié)論】灰綠色沉淀中鐵元素為+2和+3價【資料卡片:含F(xiàn)e3+的鹽溶液遇KSCN溶液,變血紅色】提供資料卡片【設(shè)置問題鏈】1.資料卡片告訴我們什么信息2.Fe3+如何檢驗?你預(yù)期會看到什么現(xiàn)象3.Fe2+如何檢驗?你預(yù)期會看到什么現(xiàn)象4.你的依據(jù)是什么5.如何設(shè)計實驗方案6.實驗結(jié)論是什么設(shè)置問題鏈,發(fā)展學生的實驗探究能力和方案設(shè)計能力,掌握Fe3+和Fe2+的檢驗方法

【評價任務(wù)2】診斷學生預(yù)測和檢驗物質(zhì)性質(zhì)的水平，發(fā)展學生實驗探究的設(shè)計水平和合作探究的能力

【問題延伸】Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化

學生活動教師活動設(shè)計意圖【思考、回答】1.通過酸性高錳酸鉀溶液將Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+2.氯水和雙氧水也可用于檢驗Fe3+3.高錳酸鉀作為氧化劑,氧化劑的氧化性強于氧化產(chǎn)物的氧化性,說明高錳酸鉀的氧化性強于Fe3+【提取信息,類比遷移】1.加入氧化性強于Fe3+的氧化劑可以使Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+2.加入還原性強于Fe2+的還原劑可以使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+【設(shè)問、過渡】在上述探究過程中,我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)鐵元素價態(tài)的轉(zhuǎn)化【設(shè)置問題鏈】1.還有哪些物質(zhì)可以實現(xiàn)將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+2.酸性高錳酸鉀溶液起到了什么作用?說明了什么?你的依據(jù)是什么3.提供部分微粒氧化性強弱順序,選擇合適的氧化劑氧化性強弱:KMnO4>Cl2>Br2>Fe3+>I2>SO2>S4.你認為哪些物質(zhì)可以實現(xiàn)將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+你的依據(jù)是什么5.提供部分微粒還原性強弱順序,選擇合適的還原劑還原性強弱:金屬單質(zhì)>S2->SO2-3>I->Fe2+>Br->Cl->Mn2+設(shè)置問題鏈,層層遞進,深化學生對氧化還原反應(yīng)的認識,實現(xiàn)深度學習

【評價任務(wù)3】發(fā)展學生認識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的水平

【問題升華】回顧探究過程，自主建構(gòu)價類二維圖

學生活動教師活動設(shè)計意圖【回顧探究過程,建構(gòu)價類二維圖】【引導學生回顧整個探究過程】從物質(zhì)類別和化合價的角度認識物質(zhì),建構(gòu)價類二維圖協(xié)助學生建構(gòu)認識物質(zhì)變化的價類二維模型,培養(yǎng)模型認知的核心素養(yǎng)

【評價任務(wù)4】診斷并發(fā)展學生從“類”別和“價”角度認知物質(zhì)的變化

【問題解決】真實生活情境中的問題解決

學生活動教師活動設(shè)計意圖【思考并回答】1.Cu將Fe3+還原成Fe2+2.VC具有還原性,且還原性強于Fe2+【真實情境1】電子工業(yè)上,用FeCl3溶液來腐蝕銅制電路板【真實情境2】補鐵劑說明書———硫酸亞鐵片與維生素C一同服用,有利于鐵元素的吸收利用已有的化學學科知識解決生活中的問題,體現(xiàn)化學學科育人的價值

【評價任務(wù)5】診斷并發(fā)展學生解決真實問題的能力水平及對化學價值的認識水平

四、教學反思

1.基于PBL(Problem-Based Learning)教學模式

創(chuàng)設(shè)真實的實驗[Fe(OH)2的制備]情境，出現(xiàn)認知沖突(產(chǎn)生灰綠色沉淀)，學生發(fā)現(xiàn)問題，設(shè)計方案，在探究過程中生成新問題，當學生遇到知識和思維障礙點時，提供資料卡片或相關(guān)證據(jù)信息和方向引導，協(xié)助學生自主建構(gòu)價類二維模型，最終使問題得以解決。

2.基于POE(Predict-Observe-Explain)教學策略，發(fā)展學生科學探究的核心素養(yǎng)

3.設(shè)置問題鏈，層層遞進，實現(xiàn)深度教學

在問題探究(灰綠色沉淀中鐵元素的化合價)中，設(shè)置問題鏈(①Fe3+如何檢驗？你預(yù)期會看到什么現(xiàn)象②Fe2+如何檢驗？你預(yù)期會看到什么現(xiàn)象？③你的依據(jù)是什么？④如何設(shè)計實驗方案？⑤實驗結(jié)論是什么？)

在學生分組實驗環(huán)節(jié)，走到學生身邊，當學生看到實驗現(xiàn)象，設(shè)置問題鏈并適當追問(你看到了什么現(xiàn)象？出現(xiàn)血紅色說明了什么？酸性高錳酸鉀溶液顏色褪去說明了什么？)在講到Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化時，設(shè)置問題鏈(酸性高錳酸鉀起到了什么作用？說明了什么？你的依據(jù)是什么？)，把此當作氧化還原反應(yīng)中變化觀和強弱觀很好的素材，引發(fā)學生深度思考，以期實現(xiàn)深度教學。

五、板書設(shè)計

1.Fe(OH)2的制備

2.Fe2+和Fe3+的檢驗