元素化合物知識(shí)單元整體教學(xué)的實(shí)踐與思考

馬金星 徐嬰

摘要：元素化合物知識(shí)單元教學(xué)設(shè)計(jì)立足內(nèi)容進(jìn)行全局性整體安排，本文力求以《鐵及其化合物》為例，通過真實(shí)的教學(xué)情境將分散的知識(shí)有序地聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、高階思維能力提升和學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)卧虒W(xué) 鐵及其化合物 問題 核心素養(yǎng) “價(jià)—類”二維圖

一、問題提出

單元教學(xué)是以一個(gè)主題為研究對(duì)象，根據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，整合各種教學(xué)形式和教學(xué)策略，讓學(xué)生圍繞有趣且有挑戰(zhàn)性的真實(shí)問題，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的探究活動(dòng)，通過若干節(jié)課的教學(xué)實(shí)施，學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)相對(duì)完整的知識(shí)單元學(xué)習(xí)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生。

化學(xué)元素化合物知識(shí)單元教學(xué)流程框架為：結(jié)合生產(chǎn)、生活、環(huán)境等現(xiàn)實(shí)問題，設(shè)計(jì)密切相關(guān)的教學(xué)情境，構(gòu)建“價(jià)—類”二維圖，引出問題并在問題驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行教學(xué)。下面以高中化學(xué)必修第一冊(cè)《鐵及其化合物》單元教學(xué)為例進(jìn)行分析。

二、基于學(xué)生深度學(xué)習(xí)的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)案例

（一）教學(xué)背景分析

1.教學(xué)內(nèi)容分析

鐵元素不僅是典型的金屬元素，還是重要的變價(jià)元素。鐵及其化合物，與人體健康密切相關(guān)，在生活、生產(chǎn)中也有著廣泛的應(yīng)用?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)本節(jié)的內(nèi)容要求是：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，了解鐵及其重要化合物的主要性質(zhì)及在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。重點(diǎn)是Fe3+的氧化性、鑒別、Fe2+與Fe3+的轉(zhuǎn)化規(guī)律。

2.學(xué)生情況分析

通過初中化學(xué)及高一化學(xué)前幾章的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解了一些鐵及其化合物知識(shí)，基本具備了按分類思想分類研究物質(zhì)性質(zhì)和科學(xué)探究的基本方法，能利用氧化還原理論和離子反應(yīng)概念解決問題。同時(shí)學(xué)生具有一定的實(shí)驗(yàn)操作、觀察分析和表達(dá)交流的能力。

（二）單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

1.基于鐵元素的價(jià)態(tài)和物質(zhì)類別，結(jié)合自然界、實(shí)驗(yàn)室和生活、生產(chǎn)中了解的含鐵物質(zhì)，繪制“價(jià)—類”二維圖。

2.運(yùn)用“價(jià)—類”二維圖，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測(cè)鐵及其化合物的化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步驗(yàn)證，并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。建立基于元素化合價(jià)和物質(zhì)類別研究物質(zhì)性質(zhì)的思維路徑。

3.能用化學(xué)方程式、離方程式正確表示鐵及其化合物的主要化學(xué)性質(zhì)。

4.通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，提升實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力，促進(jìn)學(xué)生建立實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)論中間的關(guān)系。

5.通過日常生活中的含鐵物質(zhì)的應(yīng)用，體會(huì)學(xué)習(xí)化學(xué)是有用的。

（三）教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

三、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

本單元教學(xué)分3課時(shí)完成。

任務(wù)一（1課時(shí)）：情境引入，師生共同繪制“價(jià)—類”二維圖;基于鐵單質(zhì)學(xué)習(xí)鐵的化學(xué)性質(zhì)，完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)并初步驗(yàn)證。

部分實(shí)錄如下：

【PPT】粉刷在墻壁上的紅色涂料、鐵鍋、補(bǔ)鐵保健品等，讓學(xué)生歸納其物理性質(zhì)和用途。

【學(xué)生回答】鐵及氧化鐵的物理性質(zhì)。

【PPT】展示氧化亞鐵、四氧化三鐵、氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的圖片。

【教師補(bǔ)充】鐵的常見化合物的物理性質(zhì)。

【提出問題】元素化合物的物質(zhì)種類很多，如何學(xué)習(xí)才能更高效？聯(lián)系已經(jīng)學(xué)習(xí)過的物質(zhì)的分類方法，思考對(duì)元素及其化合物如何進(jìn)行分類？

【引導(dǎo)學(xué)生】從化合價(jià)和物質(zhì)分類角度繪制鐵及其化合物的二維圖。

【學(xué)生活動(dòng)】初步繪制“價(jià)—類”二維圖，并分小組展示匯報(bào)。

【提出問題】從化合價(jià)變化視角看，鐵單質(zhì)可能有哪些性質(zhì)？可以和哪些物質(zhì)反應(yīng)？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

【學(xué)生討論】鐵的化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)鐵和非金屬單質(zhì)、酸溶液、鹽溶液等的反應(yīng)。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】利用實(shí)驗(yàn)籃中試劑完成鐵的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

【提出問題】鐵能和水反應(yīng)嗎？

【學(xué)生回答】不能，因?yàn)槿藗冇描F鍋可以做飯，水杯也有不銹鋼材質(zhì)的……

【視頻】鋼鐵廠生產(chǎn)中，熾熱的鐵水注入模具前必須充分干燥處理。

【提出問題】鐵和水蒸氣反應(yīng)可能生成什么產(chǎn)物？如何檢驗(yàn)產(chǎn)物？（從化合價(jià)變化角度思考）

【演示實(shí)驗(yàn)】鐵和水蒸氣反應(yīng)，檢驗(yàn)產(chǎn)物H2和四氧化三鐵。

【學(xué)生練習(xí)】書寫鐵和水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【學(xué)生匯報(bào)】通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，談?wù)勀阌心男┦斋@。

【歸納總結(jié)】通過化合價(jià)變化和物質(zhì)種類變化視角，讓學(xué)生更快地掌握物質(zhì)變化的實(shí)質(zhì)和物質(zhì)間的關(guān)系。

【設(shè)計(jì)意圖】鑒于學(xué)生已經(jīng)學(xué)過了氧化還原知識(shí)和物質(zhì)的分類，讓其繪制鐵及其化合物的“價(jià)—類”二維圖，可幫助學(xué)生把孤立的反應(yīng)轉(zhuǎn)化成相關(guān)聯(lián)的知識(shí)體系，讓學(xué)生從元素觀、分類觀、變化觀、守恒觀的角度認(rèn)識(shí)鐵及其化合物。

任務(wù)二（1課時(shí)）：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)，通過探究鐵紅顏料的制備，學(xué)習(xí)鐵的氧化物、氫氧化物的性質(zhì)。

部分實(shí)錄如下：

【提出問題】顏料中的鐵紅是什么成分？如何制得？

【小組討論】分小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并匯報(bào)。

【歸納匯總】鐵與氧氣反應(yīng)因溫度不同產(chǎn)物復(fù)雜，不易控制。鐵鹽溶液與堿反應(yīng)，生成氫氧化鐵沉淀，灼燒分解制得氧化鐵。

【學(xué)生活動(dòng)】分組用氫氧化鈉溶液和硫酸鐵溶液反應(yīng)，制得氫氧化鐵沉淀，然后抽濾，灼燒沉淀制得氧化鐵。

【提出問題】用類似的方法是否可以制得氧化亞鐵呢？請(qǐng)同學(xué)們用硫酸亞鐵溶液和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，觀察現(xiàn)象。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】亞鐵鹽溶液與堿溶液反應(yīng)，觀察并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【提出問題】白色沉淀最終轉(zhuǎn)化為灰綠色沉淀說明了什么？如何才能制得氫氧化亞鐵沉淀？

【小組討論】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程并匯報(bào)。

【提出問題】氫氧化亞鐵被氧氣氧化成了氫氧化鐵，能否利用儀器把這一微觀過程體現(xiàn)出來呢？