基于真實(shí)情境和教學(xué)邏輯的“鐵的單質(zhì)”教學(xué)*
——以“鍛劍背后的化學(xué)問(wèn)題”為例

鐘國(guó)華

（廣東廣雅中學(xué) 廣東 廣州 510160）

一、教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.教學(xué)主題內(nèi)容的功能、價(jià)值分析

“鐵的單質(zhì)”是人教版（2019年版）必修第一冊(cè)第三章第一節(jié)“鐵及其化合物”第1課時(shí)的內(nèi)容，［1］是高中化學(xué)元素化合物知識(shí)中典型變價(jià)金屬元素的代表。它是第二章鈉、氯兩種元素及其化合物的延續(xù)，是在學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)分類(lèi)、氧化還原和離子反應(yīng)等工具性知識(shí)之后，初步形成分類(lèi)觀、價(jià)態(tài)觀的基礎(chǔ)上進(jìn)行的學(xué)習(xí)。

普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出“能依據(jù)物質(zhì)類(lèi)別和元素價(jià)態(tài)列舉鐵元素的典型代表物。能利用離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等概念對(duì)鐵及其化合物的相關(guān)反應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)和分析說(shuō)明”［2］。因此，本課應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類(lèi)別、元素價(jià)態(tài)的二維角度（即“價(jià)類(lèi)二維”）認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生將原來(lái)從類(lèi)別或價(jià)態(tài)的單一認(rèn)識(shí)思路完善成價(jià)類(lèi)二維的認(rèn)識(shí)思路，建構(gòu)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的二維或多維的思維模型，為后續(xù)元素周期律、氮和硫元素及其化合物的學(xué)習(xí)做好知識(shí)和方法的儲(chǔ)備。

2.教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)生學(xué)習(xí)障礙分析

以“鐵的單質(zhì)”“鐵及其化合物”等為檢索詞，發(fā)現(xiàn)《化學(xué)教與學(xué)》近十年發(fā)表的與中學(xué)化學(xué)教學(xué)相關(guān)的文章共23篇，其中新授課課例研究16篇，復(fù)習(xí)課課例研究7篇。

經(jīng)研讀發(fā)現(xiàn)新授課研究方向幾乎全部集中在“鐵及其化合物”第2課時(shí)“鐵的重要化合物”的教學(xué)上，即文章課例的研究是基于“Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化”而展開(kāi)。主要有圍繞“硫酸亞鐵溶液的配制”、［3］“梔子花患黃化病需要補(bǔ)鐵”、［4］“五色土探究”［5］展開(kāi)的情境教學(xué)；以“鐵及其化合物”為例的“教、學(xué)、評(píng)”一體化的教學(xué)實(shí)踐與思考；［6～8］以“鐵及其化合物”為對(duì)象提出各種教學(xué)策略與模型。［9～11］

但上述課例的研究點(diǎn)幾乎全部圍繞“鐵的重要化合物”展開(kāi)，關(guān)于“鐵的單質(zhì)”的教學(xué)研究寥寥無(wú)幾，除馮瑩、［12］陳艷艷［13］外幾乎沒(méi)有體現(xiàn)教材意圖、突顯教學(xué)邏輯的“鐵的單質(zhì)”的完整教學(xué)設(shè)計(jì)。期刊網(wǎng)之所以收錄到的研究都是第二課時(shí)“鐵的重要化合物”，是因?yàn)橐浴癋e2+和Fe3+相互轉(zhuǎn)化”為核心可以找到很多相關(guān)教學(xué)素材、創(chuàng)新情境和實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，有足夠廣度和深度的內(nèi)容支撐課堂研究，例如圍繞“補(bǔ)鐵劑”的情境教學(xué)設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從第一代補(bǔ)鐵劑→第二代補(bǔ)鐵劑→第三代補(bǔ)鐵劑的全面覆蓋。而第一課時(shí)“鐵的單質(zhì)”內(nèi)容相對(duì)單一固定且表面關(guān)聯(lián)度不大，導(dǎo)致目前“鐵的單質(zhì)”教學(xué)存在以下主要問(wèn)題：

（1）缺少研究教材欄目的內(nèi)在邏輯關(guān)系。人教版（2019年版）“鐵及其化合物”第一課時(shí)中的圖、數(shù)據(jù)、思考與討論、方程式的先后呈現(xiàn)本質(zhì)上體現(xiàn)教材知識(shí)呈現(xiàn)的內(nèi)在邏輯，但是目前缺少對(duì)上述邏輯進(jìn)行厘清和意義建構(gòu)，導(dǎo)致部分知識(shí)不是很有效。

（2）由于沒(méi)有梳理教學(xué)邏輯，導(dǎo)致部分課堂的教學(xué)方式以平鋪直敘為主，“鐵的單質(zhì)”教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)度關(guān)注知識(shí)與技能的教學(xué)，缺少學(xué)科能力培養(yǎng)活動(dòng)，弱化了其在形成和運(yùn)用價(jià)類(lèi)二維思維模型中的功能價(jià)值，深度不夠，無(wú)法遷移。

（3）“鐵粉與水蒸氣反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)只是紙上談兵，講實(shí)驗(yàn)或者只做演示實(shí)驗(yàn)和播放實(shí)驗(yàn)視頻等，無(wú)法讓學(xué)生親身體驗(yàn)“從問(wèn)題出發(fā)確定研究目的→依據(jù)研究目的設(shè)計(jì)方案→親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→基于證據(jù)進(jìn)行推理得出結(jié)論”的科學(xué)探究過(guò)程。

二、教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)

知識(shí)為本的思想和缺乏邏輯的教學(xué)，往往導(dǎo)致在“鐵的單質(zhì)”教學(xué)時(shí)沒(méi)有讓學(xué)生通過(guò)學(xué)科能力培養(yǎng)活動(dòng)獲得足夠的感性認(rèn)識(shí)，致使部分學(xué)生只能死記硬背，再通過(guò)題海戰(zhàn)術(shù)強(qiáng)化。鑒于此，本課設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)主要有4點(diǎn)：

（1）基于情境實(shí)現(xiàn)意義生成。意義生成是一個(gè)自主的生成過(guò)程，是深度學(xué)習(xí)的重要表征。“意義生成”強(qiáng)調(diào)意義應(yīng)從學(xué)生內(nèi)部有序生長(zhǎng)出來(lái)，而不是外部嫁接進(jìn)去。崔允漷提出指向素養(yǎng)的學(xué)習(xí)是有真實(shí)情境與任務(wù)介入的真實(shí)學(xué)習(xí)，只有在真實(shí)情境下運(yùn)用某種或多種知識(shí)完成特定的任務(wù)，才能評(píng)估關(guān)鍵能力、必備品格和價(jià)值觀念。［14］因此本課利用“鍛劍”為核心情境（見(jiàn)圖1）?！板憚Α睂?duì)象是鋼鐵劍，“鑄劍”對(duì)象是青銅劍，先后利用圖片介紹古代鍛劍原料來(lái)源及其物理性質(zhì)→根據(jù)初三已有知識(shí)從物質(zhì)分類(lèi)的角度回憶鐵的化學(xué)性質(zhì)和介紹現(xiàn)代煉鐵常用手段→探討鍛劍時(shí)鐵水要注入干燥模具的原因［15］及分組實(shí)驗(yàn)→分析鍛劍關(guān)鍵環(huán)節(jié)“淬火”的意義，把教材內(nèi)容整合成一條有邏輯的教學(xué)主線(xiàn)，使知識(shí)有意義地生成。

圖1 以“鍛劍”為核心情境整合教學(xué)內(nèi)容

（2）完成“鐵粉與水蒸氣反應(yīng)”的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)?！袄碚擃A(yù)測(cè)→方案設(shè)計(jì)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→解釋推理→建立模型→運(yùn)用模型”是元素化合物性質(zhì)學(xué)習(xí)的核心環(huán)節(jié)。其中，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證尤其分組實(shí)驗(yàn)是學(xué)生習(xí)得知識(shí)與形成方法的關(guān)鍵一環(huán)。學(xué)生只有通過(guò)親手做實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖2）、親眼看現(xiàn)象、用腦去推理才能有效實(shí)現(xiàn)用舊知識(shí)（鈉與水可以反應(yīng)、難溶性弱堿易受熱分解等）生成新知識(shí)（類(lèi)比得到鐵與水在一定條件下反應(yīng)生成金屬氧化物和H2），使知識(shí)（物質(zhì)分類(lèi)和氧化還原）工具化，使思維（分類(lèi)觀、價(jià)態(tài)觀和類(lèi)比思維）顯性化。

圖2 “鐵與水蒸氣反應(yīng)”分組實(shí)驗(yàn)

（3）基于學(xué)科能力培養(yǎng)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)從知識(shí)到能力再到素養(yǎng)的發(fā)展。學(xué)科知識(shí)能否形成學(xué)科能力和學(xué)科素養(yǎng)關(guān)鍵取決于知識(shí)能否轉(zhuǎn)化為自覺(jué)使用的認(rèn)識(shí)角度、認(rèn)識(shí)思路和相應(yīng)的認(rèn)知方式。本課設(shè)計(jì)若干個(gè)需要學(xué)習(xí)和理解（見(jiàn)圖3中的辨識(shí)記憶、概括關(guān)聯(lián)和說(shuō)明論證）、應(yīng)用和實(shí)踐（見(jiàn)圖3中的推論預(yù)測(cè)和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)）、遷移和創(chuàng)新（見(jiàn)圖3中的復(fù)雜推理）的學(xué)科能力培養(yǎng)活動(dòng)，使物質(zhì)分類(lèi)和氧化還原的知識(shí)經(jīng)過(guò)從陳述性知識(shí)到程序性知識(shí)再上升至觀念化的自主認(rèn)識(shí)過(guò)程，最終轉(zhuǎn)化成學(xué)科核心素養(yǎng)。

圖3 “鐵的單質(zhì)”的學(xué)科能力培養(yǎng)活動(dòng)

（4）整合教材欄目實(shí)現(xiàn)基于邏輯的教學(xué)（見(jiàn)圖4）。本課設(shè)計(jì)注意在“鍛劍”的核心情境下梳理教材內(nèi)容和教學(xué)欄目的內(nèi)在邏輯并有機(jī)整合，帶領(lǐng)學(xué)生充分理解教材的設(shè)計(jì)意圖，實(shí)現(xiàn)知識(shí)是有需要的生成，并非無(wú)意義的堆砌。

圖4 結(jié)合教材欄目的“鐵的單質(zhì)”的教學(xué)邏輯線(xiàn)索

三、學(xué)情分析

1.學(xué)情分析

經(jīng)過(guò)初三學(xué)習(xí)，學(xué)生了解金屬的物理通性，知道鐵作為一種活潑金屬可以和氧氣、鹽酸、某些鹽溶液發(fā)生反應(yīng)。學(xué)生在高一“氯及其化合物”中學(xué)習(xí)了鐵可以和氯氣反應(yīng)。但學(xué)生對(duì)鐵單質(zhì)性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的認(rèn)識(shí)還是零散的，并沒(méi)有形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

相對(duì)鈉而言，“鐵及其化合物”的知識(shí)點(diǎn)多，難度大。在鈉的學(xué)習(xí)中學(xué)生更多停留在物質(zhì)類(lèi)別的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)，還未完全建構(gòu)基于“價(jià)類(lèi)二維”認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的兩個(gè)角度。鐵是高中唯一選擇的典型變價(jià)金屬元素的代表，因此需要重點(diǎn)發(fā)展從元素化合價(jià)認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的角度，建構(gòu)和完善從“價(jià)類(lèi)二維”角度預(yù)測(cè)、分析物質(zhì)性質(zhì)的模型，以期在后續(xù)元素化合物學(xué)習(xí)中能實(shí)現(xiàn)基于模型進(jìn)行認(rèn)知。

在實(shí)驗(yàn)探究方面，學(xué)生已經(jīng)初步掌握氣體制備的裝置組合，但對(duì)其他目的的實(shí)驗(yàn)裝置的選擇比較陌生，還需要通過(guò)陌生情境進(jìn)一步發(fā)展其探究能力。

2.教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于該課時(shí)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(guò)實(shí)驗(yàn)探究，了解鐵的主要性質(zhì)，了解鐵在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用；學(xué)業(yè)要求是：（1）能列舉、描述、辨識(shí)鐵的物理和化學(xué)性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。能用化學(xué)方程式、離子方程式正確表示鐵的主要化學(xué)性質(zhì)。（2）能從物質(zhì)類(lèi)別、元素價(jià)態(tài)的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測(cè)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化，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。

基于課標(biāo)，本課時(shí)制定的教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)有：

（1）通過(guò)觀察展示的圖片來(lái)描述金屬鐵的物理性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生描述陌生物質(zhì)物理性質(zhì)的能力，診斷學(xué)生描述物質(zhì)物理性質(zhì)是否有序。

（2）通過(guò)列出鐵能和哪些物質(zhì)反應(yīng)、寫(xiě)出化學(xué)方程式并把相關(guān)物質(zhì)放到“價(jià)類(lèi)二維圖”的活動(dòng)，幫助學(xué)生從氧化還原角度理解Fe生成Fe2+還是Fe3+的原因。診斷學(xué)生已有對(duì)鐵的類(lèi)別通性的掌握程度，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生基于物質(zhì)類(lèi)別和氧化還原的角度分析物質(zhì)性質(zhì)的水平。

（3）通過(guò)對(duì)鐵與水能否反應(yīng)的判斷活動(dòng)，促使學(xué)生通過(guò)已有知識(shí)類(lèi)比和從氧化還原的角度分析問(wèn)題，診斷并進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生從類(lèi)比和氧化還原預(yù)測(cè)陌生物質(zhì)反應(yīng)的水平。

（4）通過(guò)對(duì)鐵與水反應(yīng)產(chǎn)物的預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證的活動(dòng)，提高學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)進(jìn)行推理和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生宏觀辨識(shí)、證據(jù)推理和科學(xué)探究的學(xué)科核心素養(yǎng)。

（5）通過(guò)鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的分組實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握重要實(shí)驗(yàn)操作（如檢驗(yàn)裝置氣密性），提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和捕捉現(xiàn)象的能力，建立證據(jù)意識(shí)，發(fā)展學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和有序描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。

（6）通過(guò)“鐵水定型模具干燥”和“鍛劍最后淬火步驟”的對(duì)比，展現(xiàn)化學(xué)知識(shí)的兩面性，滲透具體問(wèn)題具體分析的科學(xué)精神，同時(shí)診斷和發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)調(diào)控的理解水平。

四、教學(xué)流程結(jié)構(gòu)

本課以生產(chǎn)生活中實(shí)際存在的“鍛劍”為境脈，設(shè)置系列問(wèn)題線(xiàn)索，進(jìn)行學(xué)科能力培養(yǎng)活動(dòng)，讓學(xué)生在啟發(fā)中互動(dòng)、在探究中體驗(yàn)、在邏輯中上升，其具體教學(xué)流程如圖5所示。

圖5 以“鍛劍”為核心情境的“鐵的單質(zhì)”教學(xué)流程

五、教學(xué)過(guò)程

1.環(huán)節(jié)一：回憶與梳理

【展示】古代名劍干將和莫邪（見(jiàn)圖6）。

圖6 干將、莫邪寶劍

【教師】我們古代有十大名劍，包括軒轅、干將、莫邪、魚(yú)腸等。大家知道從西漢東漢開(kāi)始鍛劍的原料來(lái)自哪里？

【學(xué)生】來(lái)自太空的鐵隕石。

【教師】請(qǐng)根據(jù)隕鐵和鍛劍過(guò)程的圖片（見(jiàn)圖7）描述鐵的物理性質(zhì)。

圖7 隕鐵和鍛劍過(guò)程

【學(xué)生】鐵是帶銀白色金屬光澤的固體，熔點(diǎn)高，有良好的延展性和導(dǎo)熱性。

【教師】我們還知道鐵有良好的磁性和導(dǎo)電性。古代鍛劍不僅歷史悠久，其實(shí)還有很多關(guān)于“劍”的詩(shī)詞。例如唐代詩(shī)人陳子昂《送東萊王學(xué)士無(wú)競(jìng)》記載道“寶劍千金買(mǎi)，生平未許人”，為何里面談到“寶劍要千金買(mǎi)”呢？

【學(xué)生】因?yàn)楫?dāng)時(shí)鍛劍的原料鐵很少，而且鐵非?；顫?，所以鍛造出來(lái)的劍就更少。

【教師】請(qǐng)根據(jù)已有知識(shí)說(shuō)說(shuō)鐵能和哪些類(lèi)別物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式，并把相關(guān)含鐵產(chǎn)物準(zhǔn)確放入價(jià)類(lèi)二維圖中。

【學(xué)生】初三已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)鐵是活潑金屬，可以和氧氣、酸、鹽溶液發(fā)生反應(yīng)。寫(xiě)出對(duì)應(yīng)方程式并梳理價(jià)類(lèi)二維圖。

【教師】根據(jù)價(jià)類(lèi)二維圖我們發(fā)現(xiàn)鐵單質(zhì)有時(shí)生成+2價(jià)化合物，有時(shí)生成+3價(jià)化合物，是取決于什么？

【學(xué)生】如果遇到較弱的氧化劑，鐵會(huì)失去2個(gè)電子生成+2價(jià)鐵的化合物；如果遇到較強(qiáng)的氧化劑，鐵會(huì)失去3個(gè)電子生成+3價(jià)鐵的化合物。

【教師】目前鋼鐵大量應(yīng)用在日常生活中，不可能像古代一樣依靠來(lái)自太空的隕鐵，當(dāng)下常用的煉鐵方法是什么，請(qǐng)用化學(xué)方程式表示。

【學(xué)生】結(jié)合不同的鐵礦石寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的“高爐煉鐵”的化學(xué)方程式。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)觀察圖片有序梳理鐵的物理性質(zhì)；通過(guò)詩(shī)詞鑒賞、方程式書(shū)寫(xiě)、價(jià)類(lèi)二維圖完善總結(jié)學(xué)生已掌握的鐵的化學(xué)通性。

2.環(huán)節(jié)二：預(yù)測(cè)與驗(yàn)證

【教師】在鍛劍過(guò)程中，炙熱的鐵水注入模具之前，模具必須進(jìn)行充分的干燥，不得留有水。請(qǐng)分析可能的原因并說(shuō)出你的判斷依據(jù)。

【學(xué)生】鐵與水可能發(fā)生反應(yīng)。之前我們學(xué)習(xí)過(guò)金屬鈉能與水反應(yīng)，鐵也是活潑金屬的一種，因此估計(jì)鐵也能和水在一定條件下發(fā)生反應(yīng)。

【教師】沒(méi)錯(cuò)，鐵在高溫條件下能與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，請(qǐng)根據(jù)已有知識(shí)判斷可能的產(chǎn)物并說(shuō)出你的判斷依據(jù)。

【學(xué)生甲】鐵是金屬，肯定是還原劑失電子，類(lèi)比金屬鈉應(yīng)該得到氫氧化鐵和氫氣。

【學(xué)生乙】鐵是變價(jià)金屬，也可能得到氫氧化亞鐵和氫氣。

【教師】大家可能都忘記初三曾經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的難溶性弱堿熱穩(wěn)定性問(wèn)題。

【學(xué)生甲】難溶性弱堿受熱容易分解，因此應(yīng)該是三氧化二鐵和氫氣或者氧化亞鐵和氫氣。

【學(xué)生乙】初中還學(xué)習(xí)過(guò)四氧化三鐵，也有可能是四氧化三鐵和氫氣。

【教師】大家都基本確定有H2生成，那請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置完成鐵粉與水蒸氣的實(shí)驗(yàn)并檢驗(yàn)H2。請(qǐng)說(shuō)說(shuō)解決這個(gè)問(wèn)題的思路。

【學(xué)生甲】我們要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定要完成哪幾個(gè)具體內(nèi)容，然后再選擇對(duì)應(yīng)裝置去完成。

【學(xué)生乙】這里要有鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)裝置，然后還要有收集H2的裝置，最后再通過(guò)驗(yàn)純的方法檢驗(yàn)

H2。

【學(xué)生丙】水蒸氣要有發(fā)生裝置，因?yàn)樗某Ｒ?jiàn)狀態(tài)是液態(tài)。

【教師】大家都有道理，我們一起看看課本給出的實(shí)驗(yàn)裝置圖3-5，分析每部分裝置的作用。

【學(xué)生】最左邊的酒精燈和試管內(nèi)的濕棉花是提供水蒸氣的裝置，中間是鐵粉和水蒸氣反應(yīng)的裝置，最右邊的肥皂泡是收集并檢驗(yàn)H2的裝置。

【教師】該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生H2不多，因此用肥皂泡可以快速收集少量H2，并且點(diǎn)燃后可以通過(guò)爆鳴聲加以證明。因?yàn)檫@套裝置相對(duì)復(fù)雜，所以老師先演示一次如何搭建裝置。裝置搭建的基本原則是由下往上，由左往右，所以在鐵架臺(tái)的左側(cè)先放好高低不同的兩個(gè)酒精燈，然后將大試管由下往上穿過(guò)鐵夾，塞上膠塞后檢驗(yàn)裝置氣密性。如氣密性良好，再往試管底部加入一團(tuán)棉花，均勻滴加20滴蒸餾水，然后用藥匙加入兩大匙還原鐵粉，塞上膠塞，添加肥皂水。點(diǎn)燃酒精燈加熱濕棉花，一會(huì)后再點(diǎn)燃酒精燈加熱鐵粉，30s后用點(diǎn)燃著的木條點(diǎn)燃吹起的肥皂泡，觀察現(xiàn)象。下面開(kāi)始分組實(shí)驗(yàn)，戴好護(hù)目鏡，注意實(shí)驗(yàn)安全（見(jiàn)圖8）。

圖8 老師演示指導(dǎo)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

說(shuō)明：這是學(xué)生在高中階段第一次搭建大型實(shí)驗(yàn)裝置的分組實(shí)驗(yàn)，建議教師務(wù)必通過(guò)演示交代實(shí)驗(yàn)過(guò)程，否則學(xué)生會(huì)手忙腳亂，在儀器組裝、藥品填裝等將環(huán)節(jié)消耗較長(zhǎng)時(shí)間。

【學(xué)生】完成分組實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【教師】大家觀察到什么現(xiàn)象，說(shuō)明哪些問(wèn)題？

【學(xué)生甲】聽(tīng)到尖銳的爆鳴聲，說(shuō)明有H2生成。

【學(xué)生乙】試管內(nèi)還是黑色粉末，說(shuō)明沒(méi)有Fe2O3生成，但是生成FeO還是Fe3O4無(wú)法證明。

【教師】大家會(huì)想到什么方法快速區(qū)分FeO和

Fe3O4？

【學(xué)生甲】可以用磁鐵吸引。

【學(xué)生乙】鐵也可以被磁鐵吸引，這個(gè)方法不太科學(xué)。

【教師】老師現(xiàn)在取任意一組實(shí)驗(yàn)完的黑色粉末于研缽中稍微研磨，再用磁鐵吸引，大家用心觀察，看到什么現(xiàn)象，說(shuō)明什么問(wèn)題？

【學(xué)生】根據(jù)前面聽(tīng)到的爆鳴聲說(shuō)明鐵粉與水蒸氣一定發(fā)生反應(yīng)，試管內(nèi)黑色粉末全部能被磁鐵吸引起來(lái)，說(shuō)明產(chǎn)物一定是Fe3O4，不可能是FeO。

【教師】請(qǐng)大家根據(jù)觀察到的現(xiàn)象寫(xiě)出鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【學(xué)生】書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)鐵與水反應(yīng)產(chǎn)物的預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)裝置驗(yàn)證的活動(dòng)，幫助學(xué)生建立通過(guò)已有知識(shí)類(lèi)比和從氧化還原的角度分析問(wèn)題，提高學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)進(jìn)行推理和設(shè)計(jì)方案的能力，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生宏觀辨識(shí)、證據(jù)推理和科學(xué)探究的學(xué)科核心素養(yǎng)。通過(guò)鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的分組實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握重要實(shí)驗(yàn)操作（如檢驗(yàn)裝置氣密性），提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和捕捉現(xiàn)象的能力，建立證據(jù)意識(shí)，發(fā)展學(xué)生有序描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。

3.環(huán)節(jié)三：拓展與延伸

【教師】請(qǐng)對(duì)照?qǐng)D9，在鍛劍過(guò)程中，炙熱的鐵水注入模具之前，模具必須進(jìn)行充分的干燥，不得留有水；但是在鍛劍過(guò)程后期要將熱得通紅的劍加入冷水中進(jìn)行淬火。你覺(jué)得矛盾嗎？請(qǐng)大家分析淬火過(guò)程發(fā)生什么變化？

圖9 模具干燥與鍛劍淬火的對(duì)比

【學(xué)生】淬火過(guò)程應(yīng)該和剛才鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的原理一致，但是不太明白為什么要淬火。

【教師】鍛劍時(shí)模具不干，倒入鐵水時(shí)水會(huì)急劇氣化，力量很大，可使鐵水飛濺，造成事故；淬火時(shí)是整把熱劍插入冷水中，不會(huì)有鐵水飛濺的危險(xiǎn)，此時(shí)是通過(guò)急劇冷卻改變?cè)优帕薪Y(jié)構(gòu)，從而使劍變硬變脆。另外，淬火后一般在劍身會(huì)看到部分區(qū)域變藍(lán)，這就是常說(shuō)的“烤藍(lán)”現(xiàn)象，金屬表面氧化為氧化物，形成比較能抗銹蝕的保護(hù)層。大家可以再仔細(xì)觀察大試管的黑色固體，是否發(fā)現(xiàn)有藍(lán)色？

【學(xué)生】再次觀察大試管內(nèi)的“烤藍(lán)”現(xiàn)象。

【教師】化學(xué)就是這么有趣，有時(shí)我們要避免一個(gè)反應(yīng)的發(fā)生，有時(shí)希望促使一個(gè)反應(yīng)發(fā)生?？偠灾?，要一分為二、實(shí)事求是地看待實(shí)驗(yàn)過(guò)程，要通過(guò)控制條件使化學(xué)反應(yīng)往有利于人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方向進(jìn)行。今天，我們通過(guò)一把劍學(xué)習(xí)了鐵的相關(guān)性質(zhì)，希望大家課后好好梳理，同時(shí)把你在初三學(xué)習(xí)過(guò)的鐵的化合物放入價(jià)類(lèi)二維圖中，并思考制備氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的最佳方案，說(shuō)出判斷依據(jù)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)“鐵水定型模具干燥”和“鍛劍最后淬火步驟”的對(duì)比，滲透化學(xué)知識(shí)的兩面性，滲透具體問(wèn)題具體分析的科學(xué)精神。

六、教學(xué)反思

（1）教學(xué)情境的選擇與創(chuàng)設(shè)是開(kāi)展素養(yǎng)為本教學(xué)的重中之重，基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)在情境創(chuàng)設(shè)時(shí)要關(guān)注情境的“價(jià)值”。胡久華指出一個(gè)好的教學(xué)情境，應(yīng)該能夠不斷地產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生層層深入分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，從而獲得知識(shí)與方法。［16］而本課的成功之處以“古代鍛劍”為核心情境，一氣呵成把鐵的物性、類(lèi)別通性、價(jià)類(lèi)二維、高爐煉鐵、鐵水反應(yīng)、冷水淬火等重要內(nèi)容串聯(lián)起來(lái)，連接知識(shí)與素養(yǎng)，幫助學(xué)生在建構(gòu)知識(shí)的同時(shí)形成看待問(wèn)題的化學(xué)視角（如價(jià)類(lèi)二維、類(lèi)比已學(xué)知識(shí)等），發(fā)展學(xué)生宏觀辨識(shí)、證據(jù)推理、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（2）教學(xué)是體現(xiàn)教師有智慧地處理教材內(nèi)容的過(guò)程。如何正確分析和解讀教材文本、有效開(kāi)發(fā)文本背后的教育價(jià)值，是基于邏輯進(jìn)行教學(xué)的核心。本課尊重教材欄目，重視教材編排的邏輯順序，基于舊知識(shí)的邏輯關(guān)系生成新知識(shí)，讓學(xué)生覺(jué)得一切都順理成章。用邏輯思維方式來(lái)統(tǒng)領(lǐng)元素化學(xué)的教學(xué)，非常符合啟發(fā)性的教學(xué)思想或教學(xué)理念，能無(wú)限激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，聚焦學(xué)生的思維活動(dòng)和注意中心，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)效率。［17］

（3）作為對(duì)元素化合物教學(xué)增長(zhǎng)點(diǎn)的定位，回憶鐵作為金屬的通性和學(xué)習(xí)鐵與水蒸氣反應(yīng)并不是本節(jié)課的核心目標(biāo)，學(xué)生要能主動(dòng)從物質(zhì)類(lèi)別的角度有序梳理鐵的已有性質(zhì)才是核心目標(biāo)，學(xué)生要能在陌生情境中主動(dòng)結(jié)合氧化還原的知識(shí)或者從類(lèi)比的角度預(yù)測(cè)陌生反應(yīng)能否發(fā)生才是核心目標(biāo)，學(xué)生能主動(dòng)結(jié)合氣體制備的一般裝置模型設(shè)計(jì)出鐵與水蒸氣反應(yīng)的裝置才是核心目標(biāo)?？上驳氖牵瑢W(xué)生在本課各項(xiàng)活動(dòng)表現(xiàn)出的類(lèi)比思維、價(jià)類(lèi)思維、實(shí)驗(yàn)思維都證明前面章節(jié)教學(xué)的鋪墊行之有效。

創(chuàng)設(shè)情境不只是為了課堂的引入、不只是為了闡述知識(shí)，而是為了使學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備與即將學(xué)習(xí)的新知識(shí)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，使學(xué)生已掌握的化學(xué)研究方法與新學(xué)習(xí)內(nèi)容所蘊(yùn)涵的科學(xué)方法產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。［18］雖然“鐵的單質(zhì)”一課知識(shí)體系簡(jiǎn)單，但也是很好的提升學(xué)生基于價(jià)類(lèi)二維思維模型解決問(wèn)題的素材，應(yīng)該可以尋找到除“鍛劍”外的其他有意義的教學(xué)情境實(shí)現(xiàn)基于邏輯的化學(xué)課堂教學(xué)。