基于模型認(rèn)知培養(yǎng)學(xué)生高階思維的教學(xué)研究

楊光明 鄒洪濤

摘要：高階思維能力作為21世紀(jì)發(fā)展所需要的重點(diǎn)能力，被各國教育研究者重點(diǎn)關(guān)注。價(jià)—類二維圖能夠有效串聯(lián)知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)簡化和學(xué)習(xí)效率增加，在一線課堂被廣泛應(yīng)用。價(jià)—類二維圖的主動(dòng)建構(gòu)過程、根據(jù)不同視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)背后化學(xué)本質(zhì)過程、應(yīng)用價(jià)—類二維圖實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，都是高階思維過程，對(duì)高階思維培養(yǎng)具有極高的價(jià)值。以建構(gòu)價(jià)—類二維圖為模型，預(yù)測并制備氫氧化亞鐵，實(shí)現(xiàn)學(xué)生高階思維培養(yǎng)和素養(yǎng)落實(shí)。

關(guān)鍵詞：模型認(rèn)知；價(jià)—類二維圖；高階思維；氫氧化亞鐵

文章編號(hào)：1008-0546（2023）07-0008-06 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.002

高階思維作為能適應(yīng)21世紀(jì)發(fā)展的重要能力，被世界上各個(gè)國家重點(diǎn)關(guān)注和研究。時(shí)代飛速發(fā)展，科技變化可謂是日新月異，面對(duì)復(fù)雜多變的社會(huì)發(fā)展時(shí)局，問題分析解決、信息收集處理、快速?zèng)Q策和創(chuàng)新能力等高階思維能力將是決定學(xué)生在未來社會(huì)發(fā)展中取得優(yōu)勢的關(guān)鍵能力。

高階思維是在真實(shí)問題情境中連續(xù)不斷地優(yōu)化解決問題的過程，并在內(nèi)化反思的過程中建構(gòu)出解決問題的一般思路。［1］ 高階思維的發(fā)生需要突破淺層學(xué)習(xí)，在識(shí)記知識(shí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的深層次理解，在問題解決過程中完成知識(shí)內(nèi)化，通過總結(jié)歸納和分析評(píng)價(jià)構(gòu)建化學(xué)知識(shí)體系和化學(xué)學(xué)科方法。學(xué)生能在問題解決過程中建構(gòu)模型和方法，能有步驟有流程地解決劣構(gòu)性問題。因此高階思維的起點(diǎn)是知識(shí)識(shí)記，過程是方法模型建構(gòu)，目標(biāo)是劣構(gòu)性問題解決。知識(shí)識(shí)記指學(xué)生能夠基于已有經(jīng)驗(yàn)和查閱資料，完成知識(shí)羅列、分析、比較、分類和總結(jié)。方法模型建構(gòu)指通過抽象、評(píng)價(jià)、推斷、解釋等思維方法總結(jié)出模型框架。劣構(gòu)性問題解決指能夠從不同角度，選用不同方法解決真實(shí)且復(fù)雜的問題。

一、研究現(xiàn)狀

在中國知網(wǎng)中以“氫氧化亞鐵”或“Fe（OH） 2 ”為主題詞進(jìn)行高級(jí)檢索，剔除與教學(xué)不相關(guān)文獻(xiàn)和非核心期刊文獻(xiàn)，總共得到63篇參考文獻(xiàn)。對(duì)檢索得到的文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀，可發(fā)現(xiàn)關(guān)于氫氧化亞鐵教學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)主要是氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方向可以分為制備方法改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)器具改進(jìn)。常見氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)主要是液—液體系，李學(xué)淵利用固體氫氧化鈉與硫酸亞鐵溶液反應(yīng)制得氫氧化亞鐵，實(shí)現(xiàn)固—液體系制備目標(biāo)產(chǎn)物。張愛菊等人通過除去溶液中的溶解氧，采用電解法制備氫氧化亞鐵，制備出的產(chǎn)物能達(dá)到1小時(shí)以上的穩(wěn)定存在。［2］ 氫氧化亞鐵不穩(wěn)定的原因是容易被空氣中的氧和溶液中的氧氧化，所以制備實(shí)驗(yàn)器具改進(jìn)，主要是想辦法隔絕氧氣與產(chǎn)物接觸。有的利用注射器改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、［3］ 有的利用具支管器具，［4］ 還有的用一次性塑料滴管做反應(yīng)器皿， ［5］ 以上器具都起到隔絕空氣中氧氣的作用從而延長氫氧化亞鐵的保存。另外一部分研究者嘗試從降低溶液中溶解氧的方法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，陳楊展等人利用鹽析的方法，利用NaCl溶液配制FeSO 4 溶液，能夠有效起到降低溶解氧的效果。［6］ 除此之外采用耗氧法，向溶液中加入還原劑以達(dá)到消耗溶液中溶解氧的目的。

由以上各種方法或者器具改進(jìn)方案可知，氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)需要師生共同結(jié)合信息進(jìn)行反思總結(jié)、批判性思考和創(chuàng)新能力應(yīng)用，蘊(yùn)含著豐富的育人元素，對(duì)高階思維培養(yǎng)具有重要價(jià)值。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)高階學(xué)習(xí)活動(dòng)，使得高階思維在課堂中發(fā)生對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握、能力提升和素養(yǎng)養(yǎng)成具有重要價(jià)值。但是單獨(dú)利用氫氧化亞鐵培養(yǎng)學(xué)生高階思維的研究幾乎是沒有的，因此嘗試?yán)脷溲趸瘉嗚F制備實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)培養(yǎng)高階思維的教學(xué)研究是必要的。

二、教學(xué)內(nèi)容解讀

本節(jié)教學(xué)內(nèi)容選自于人教版必修第一冊(cè)第三章第一節(jié)的部分教學(xué)內(nèi)容氫氧化亞鐵制備。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在課程目標(biāo)中提出，學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)能夠收集證據(jù)，依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架。［7］ 模型建構(gòu)和問題解決過程涉及到分析、綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新等高層次認(rèn)知水平，對(duì)學(xué)生高階思維培養(yǎng)具有重要價(jià)值。新課標(biāo)的學(xué)業(yè)要求中多次提及要讓學(xué)生以化學(xué)視角從物質(zhì)類別和價(jià)態(tài)的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)和變化，能用化學(xué)思維解決實(shí)際問題。建立化學(xué)視角、預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)和解決實(shí)際問題都屬于高級(jí)思維技能，可見培養(yǎng)學(xué)生用元素價(jià)—類的化學(xué)視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)、預(yù)測性質(zhì)和解決真實(shí)問題是落實(shí)核心素養(yǎng)和高階思維培養(yǎng)的有力工具。元素章節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來說是困難的，因?yàn)楦鞣N元素的性質(zhì)涉及的知識(shí)多而雜，給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來不小的困擾。為了實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)減負(fù)教學(xué)增效的教學(xué)目的，利用價(jià)—類二維圖將元素及其化合物各知識(shí)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化，建構(gòu)認(rèn)知模型，減少知識(shí)的識(shí)記壓力，增強(qiáng)對(duì)課堂思維激活和調(diào)動(dòng)，利于高階思維在課堂發(fā)生。

在“物質(zhì)及其變化”章節(jié)學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)具備物質(zhì)分類思想，能根據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì)實(shí)現(xiàn)簡單的物質(zhì)分類。在“氧化還原反應(yīng)”學(xué)習(xí)過程中，能從微觀化合價(jià)視角審視宏觀物質(zhì)反應(yīng)現(xiàn)象背后的化學(xué)本質(zhì)。在“海水中的重要元素 — —鈉和氯”章節(jié)學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)簡單物質(zhì)元素學(xué)習(xí)掌握基本步驟和一般方法。在本節(jié)學(xué)習(xí)主題為變價(jià)金屬元素，實(shí)現(xiàn)氫氧化亞鐵制備可以從物質(zhì)類別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，也能從物質(zhì)價(jià)態(tài)變化角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，問題解決思路更加多元化，學(xué)習(xí)難度相較于前面內(nèi)容學(xué)習(xí)有一定增加。知識(shí)編排符合螺旋上升特點(diǎn)，為無機(jī)非金屬和化學(xué)反應(yīng)原理學(xué)習(xí)打下認(rèn)知和情感基礎(chǔ)。

三、基于學(xué)生高階思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1. 學(xué)生情況分析

（1）已有基礎(chǔ)

從知識(shí)層面來看，在初中階段學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)習(xí)過鐵及其化合物的知識(shí)，對(duì)鐵單質(zhì)和鐵的化合物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)有知識(shí)儲(chǔ)備。經(jīng)過必修第一冊(cè)第一章的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)能夠從物質(zhì)組成角度進(jìn)行物質(zhì)分類，能從復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)角度分析現(xiàn)象背后的反應(yīng)本質(zhì)。

從能力層面來看，學(xué)生整體能力較強(qiáng)，能在教師指導(dǎo)或者同伴合作情況下完成具體實(shí)驗(yàn)操作。能從宏觀現(xiàn)象收集證據(jù)，微觀分析證據(jù)并合理推理，用符號(hào)表征反應(yīng)本質(zhì)。

從心理層面來看，高一學(xué)生思維敏捷，活躍，想象力豐富，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿好奇心和動(dòng)手實(shí)踐的欲望，對(duì)制備實(shí)驗(yàn)背后的方法和思路有極強(qiáng)的探知欲望。

（2）存在困難

高一學(xué)生雖然學(xué)習(xí)過物質(zhì)分類，但是沒有建立多維度視角將知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)成線的經(jīng)驗(yàn)，分類思維還局限于單維度層面。對(duì)于物質(zhì)轉(zhuǎn)化和制備，雖然能設(shè)計(jì)簡單方案，但很難設(shè)計(jì)出不同方案，不具備多途徑解決問題的能力。對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)整體性把握能力不足，實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)處理存在缺陷。要學(xué)生從不同角度和不同途徑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)氫氧化亞鐵制備，并注意實(shí)驗(yàn)操作過程中的細(xì)節(jié)處理，對(duì)于學(xué)生來說是具有挑戰(zhàn)性的。

2. 教學(xué)目標(biāo)制定

（1）利用“價(jià)—類二維圖”深入理解鐵及其化合物各物質(zhì)，能從物質(zhì)類別和物質(zhì)核心元素價(jià)態(tài)預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)。

（2）利用“價(jià)—類二維圖”，從物質(zhì)類別轉(zhuǎn)化和物質(zhì)核心元素價(jià)態(tài)變化角度實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)不同實(shí)驗(yàn)方案制備Fe（OH） 2 ，結(jié)合Fe（OH） 2 易被氧化性質(zhì)完善實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)。

（3）了解Fenton體系治理有機(jī)污染物的原理，通過主動(dòng)參與制備Fe（OH） 2 方案設(shè)計(jì)，體會(huì)化學(xué)學(xué)習(xí)樂趣和學(xué)科價(jià)值，培養(yǎng)綠色化學(xué)價(jià)值觀和社會(huì)責(zé)任。

3. 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

教學(xué)主要分為四個(gè)環(huán)節(jié)：情境引入，確定學(xué)習(xí)主題；建構(gòu)價(jià)—類二維圖；應(yīng)用價(jià)—類二維圖，設(shè)計(jì)制備實(shí)驗(yàn)方案；基于生產(chǎn)要求，選擇最佳實(shí)驗(yàn)方案。

價(jià)—類二維圖中橫坐標(biāo)表示物質(zhì)類別，縱坐標(biāo)表示物質(zhì)核心元素的常見化合價(jià)。價(jià)—類二維圖的研究對(duì)象是宏觀物質(zhì)類別和微觀元素價(jià)態(tài)，建構(gòu)價(jià)—類二維圖能培養(yǎng)學(xué)生從不同視角認(rèn)識(shí)、分析和總結(jié)物質(zhì)屬性的能力。對(duì)物質(zhì)類別梳理過程中，學(xué)生對(duì)雜亂的元素知識(shí)形成系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，讓無序的知識(shí)變得有序，既能幫助學(xué)生提升分析對(duì)比能力，也能讓學(xué)習(xí)變得輕松，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣。

化學(xué)是一門有規(guī)律的學(xué)科。世界上的物質(zhì)紛繁復(fù)雜，由于物質(zhì)的多樣性和復(fù)雜性，讓學(xué)習(xí)和掌握物質(zhì)性質(zhì)變得吃力。但是相似物質(zhì)之間存在共性，不同物質(zhì)之間存在聯(lián)系，找到物質(zhì)之間的共性和聯(lián)系，就能將知識(shí)點(diǎn)串起來形成網(wǎng)絡(luò)，讓知識(shí)學(xué)習(xí)變得有規(guī)律、有挑戰(zhàn)性和有趣味性。利用物質(zhì)類別通性，分析陌生或未知所屬類別，預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)。如氧化鋯，因?yàn)槠鋵儆诮饘傺趸?，它就?yīng)該具備金屬氧化物的通性。分析物質(zhì)核心元素所處價(jià)態(tài)，由化合價(jià)升降角度分析并預(yù)測物質(zhì)的氧化性或者還原性。例如單質(zhì)金屬元素，最低價(jià)態(tài)為0價(jià)，只能失去電子，因此金屬都具有還原性。

建構(gòu)模型、實(shí)踐、修正和再建構(gòu)這樣反復(fù)進(jìn)行，能夠不斷優(yōu)化模型，還能提升批判性思維和創(chuàng)造性思維。將建構(gòu)出價(jià)—類二維圖應(yīng)用于實(shí)際問題解決，可以凸顯模型的學(xué)科價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，還能實(shí)現(xiàn)知識(shí)應(yīng)用，為知識(shí)遷移累積經(jīng)驗(yàn)和方法。教學(xué)將建構(gòu)的鐵及其化合物價(jià)—類二維圖應(yīng)用于制備能降解有機(jī)污染物的氫氧化亞鐵溶膠，解決劣構(gòu)性問題幫助學(xué)生打開思維，發(fā)展能力，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任。

四、教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施

1. 教學(xué)流程

教學(xué)流程如圖1所示。

2. 教學(xué)實(shí)錄

教學(xué)片段1：情境引入，確定主題

【資料卡片】部分工廠生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)廢水，為了保證不以犧牲環(huán)境為代價(jià)來發(fā)展經(jīng)濟(jì)，科學(xué)家一直在尋找高效且經(jīng)濟(jì)的方式來治理有機(jī)廢水。其中Fenton（Fe（OH） 2 + H 2 O 2 ）體系因具有反應(yīng)速度快、處理效果顯著及操作簡單等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，在污水處理中應(yīng)用日益廣泛。該種方法需要新制大量氫氧化亞鐵溶膠，用氫氧化亞鐵溶膠附載H 2 O 2 ，其中H 2 O 2 能夠快速降解有機(jī)污染物。

【學(xué)生】認(rèn)真閱讀資料卡片，體會(huì)不能以犧牲環(huán)境換取發(fā)展的綠色發(fā)展理念，知道治理有機(jī)廢水的方法。

【提問】Fenton體系中真正起到除去有機(jī)污染物的物質(zhì)是什么？

【學(xué)生】H 2 O 2 。

【追問】Fe（OH） 2 的作用是什么？

【學(xué)生】附載H 2 O 2 。

【教師】Fe（OH） 2 能起到治理污染的作用，對(duì)生活生產(chǎn)有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，那如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)制備Fe（OH） 2呢？我們今天來一起學(xué)習(xí)探討。

設(shè)計(jì)意圖：基于真實(shí)情境引入學(xué)習(xí)內(nèi)容，拉近知識(shí)與生活生產(chǎn)的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。了解科技發(fā)展可能帶來的不利因素，知道治理污染的方法，培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任意識(shí)和樹立正確價(jià)值觀。明確本節(jié)課學(xué)習(xí)主題，建構(gòu)劣構(gòu)性問題，為后面學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)展開拋下錨點(diǎn)。

教學(xué)片段2：回顧知識(shí)，建構(gòu)價(jià)—類二維圖

【教師】物質(zhì)制備首先需要選定原料，F(xiàn)e（OH） 2 制備原料需要鐵或者含鐵化合物。在初中階段，已經(jīng)學(xué)過單質(zhì)鐵和鐵的化合物，請(qǐng)同學(xué)們按照物質(zhì)類別寫出盡可能多的鐵的化合物。

【學(xué)生】氧化物：FeO、Fe 2 O 3 、Fe 3 O 4 ；堿：Fe（OH） 2 、Fe（OH） 3 ；鹽：FeCl 2 、FeCl 3 、FeSO 4 、Fe 2 （SO 4 ） 3 。

【教師】物質(zhì)的性質(zhì)由組成元素決定，其中物質(zhì)核心元素價(jià)態(tài)是影響物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。為了更好地將物質(zhì)各知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，能從物質(zhì)類別和核心元素價(jià)態(tài)角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)化和結(jié)構(gòu)化，特意向同學(xué)們介紹價(jià)—類二維圖模型（見圖2）。請(qǐng)同學(xué)們觀察價(jià)—類二維圖模型，并介紹它的組成和功能。

【學(xué)生】價(jià)—類二維圖的橫坐標(biāo)指物質(zhì)的類別，常包括單質(zhì)、酸、堿、鹽、氧化物和氫化物等等；縱坐標(biāo)指物質(zhì)核心元素的化合價(jià)。利用價(jià)—類二維圖可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化和網(wǎng)格化。

【教師】請(qǐng)同學(xué)們通過對(duì)比分析鐵及其化合物的類別和鐵元素化合價(jià)價(jià)態(tài)，應(yīng)用價(jià)—類二維圖模型，以小組合作的形式建構(gòu)出鐵及其化合物的價(jià)—類二維圖模型。

【學(xué)生】小組合作，建構(gòu)鐵及其化合物的價(jià)—類二維圖（見圖3）。

設(shè)計(jì)意圖：按照物質(zhì)類別的形式回憶已有經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，將零散的知識(shí)稍加整理，以規(guī)范化的形式輸出，有利于培養(yǎng)學(xué)生的分類思維和規(guī)范表達(dá)能力。給出價(jià)—類二維圖原始模型，學(xué)生主動(dòng)分析其組成和功能，促進(jìn)學(xué)生信息收集和處理能力，能夠結(jié)合分析、判斷和推斷得出價(jià)—類二維圖功能價(jià)值的結(jié)論。學(xué)生應(yīng)用原始模型，結(jié)合所給物質(zhì)，通過對(duì)比分析，建構(gòu)出新模型，培養(yǎng)學(xué)生遷移應(yīng)用能力。通過小組合作，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)個(gè)體到團(tuán)隊(duì)的意識(shí)轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)小組合作能力和交流協(xié)作能力。學(xué)生通過合作建構(gòu)出價(jià)—類二維圖，讓學(xué)習(xí)獲得感更高。

教學(xué)片段3：應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)方案

教學(xué)任務(wù)1 從物質(zhì)類別角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

【教師】如果從物質(zhì)類別轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)制備Fe（OH） 2 ，可以選擇選用Fe、FeO和FeSO 4 為原料。請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)以FeSO 4 為原料制備Fe（OH） 2 的實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生】動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【提問】實(shí)驗(yàn)做完了，請(qǐng)一個(gè)小組派一位代表分享實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生】將NaOH溶液加入FeSO 4 溶液中后，出現(xiàn)白色沉淀，白色沉淀迅速變成灰綠色，最終變?yōu)榧t褐色。

【再問】為什么會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象？

【學(xué)生】Fe（OH） 2 被空氣中的氧氣氧化為Fe（OH） 3 。

【追問】如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)以制得穩(wěn)定的Fe（OH） 2 ？

【學(xué)生】可以向試管中加入煤油或者食用油，達(dá)到油封隔絕氧氣的效果，或者在真空中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

【教師】在真空條件下反應(yīng)是很苛刻的，所以采用油封的方式來隔絕空氣，它更加方便簡潔?？墒窃趯?shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，即使加入煤油達(dá)到隔絕空氣的效果，F(xiàn)e（OH） 2 還是會(huì)被氧化，只是速度變慢了許多。這是為什么呢？

【學(xué)生】溶液中還含有溶解氧。

【教師】如何除去溶液中的溶解氧？

【學(xué)生】煮沸配制溶液的水。

【教師】通過煮沸配制溶液的水，然后對(duì)反應(yīng)試管進(jìn)行油封，能制備出長時(shí)間穩(wěn)定存在的Fe（OH） 2 。

教學(xué)任務(wù)2 從物質(zhì)核心元素價(jià)態(tài)角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

【教師】Fe（OH） 2 中鐵元素處于中間價(jià)態(tài)，可以由Fe為原料制備，也可以由Fe 3+ 原料制備。選用上述兩種藥品為原料制備Fe（OH） 2 時(shí)，需要加入什么藥品？

【學(xué)生】因?yàn)镕e 2+ 處于中間價(jià)態(tài)，如果用Fe為原料時(shí)，需要加入氧化劑；如果用Fe 3+ 為原料時(shí)，需要加入還原劑。

【教師】請(qǐng)同學(xué)們用氧化還原原理，設(shè)計(jì)制備方案。

【學(xué)生①】（Fe+H + ）+NaOH→Fe（OH） 2

【學(xué)生②】（Fe 3+ +Fe）+NaOH→Fe（OH） 2教學(xué)任務(wù)3 從類別—價(jià)態(tài)復(fù)合角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

【教師】Fe 2 O 3 與Fe（OH） 2 相比較，既不屬于同一類別，元素價(jià)態(tài)也不相同。利用Fe 2 O 3 為原料能否制備Fe（OH） 2 ？如果能，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)簡單實(shí)驗(yàn)方案。

【學(xué)生】首先，將Fe 2 O 3 與H 2 SO 4 反應(yīng)制得Fe 2 （SO 4 ） 3溶液，然后加入還原性鐵粉制得FeSO 4 溶液，最后在隔絕氧氣的情況下加入NaOH溶液制得Fe（OH） 2 。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)物質(zhì)類別轉(zhuǎn)化角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，從實(shí)驗(yàn)藥品選擇到方案設(shè)計(jì)再到實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化，體會(huì)物質(zhì)制備流程，初步建立物質(zhì)制備思維模型。為了實(shí)現(xiàn)避免產(chǎn)物與氧氣接觸，考慮不同因素影響，排除干擾因素，培養(yǎng)學(xué)生整體性思維。實(shí)現(xiàn)變價(jià)元素的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，需要利用氧化還原原理分析實(shí)驗(yàn)背后的本質(zhì)，通過分析、總結(jié)，得出一般性規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)一類知識(shí)掌握奠定基礎(chǔ)。知識(shí)的復(fù)合應(yīng)用既能起到鞏固所學(xué)知識(shí)，也能起到綜合提升的效果。學(xué)生解決問題過程中，思維層次由一維到二維甚至多維，思維訓(xùn)練難度逐步增加，實(shí)現(xiàn)低階思維向高階思維進(jìn)階。

教學(xué)片段4：對(duì)比方案，選擇最優(yōu)

【教師】工業(yè)制備過程中，生產(chǎn)需要考慮很多綜合因素才能確定最佳生產(chǎn)路線。請(qǐng)同學(xué)從經(jīng)濟(jì)成本和綠色環(huán)保的角度對(duì)比各種方案，找出最佳實(shí)驗(yàn)方案。

方案1：Fe 2+ +NaOH→Fe（OH） 2

方案2：（Fe+H + ）+NaOH→Fe（OH） 2

方案3：（Fe 3+ +Fe）+NaOH→Fe（OH） 2

方案4：（Fe 2 O 3 +H + +Fe）+NaOH→Fe（OH） 2

【學(xué)生①】方案1最好，因?yàn)樗襟E最簡單，且用到的藥品最少。

【學(xué)生②】我覺得方案2和方案1的原理類似，亞鐵鹽自然界中很少，大量制備亞鐵鹽可以通過單質(zhì)鐵與酸反應(yīng)制得，所以方案2應(yīng)該是實(shí)際生產(chǎn)中選擇的路線。

【學(xué)生③】我很贊同前面兩位同學(xué)的說法，其中我更贊同學(xué)生②的選擇。方案3、4相較于前面兩種方案，所用藥品成本會(huì)更高，而且步驟更加復(fù)雜，不符合實(shí)際生產(chǎn)要求。

【教師】同學(xué)們的思考都很深入，能從不同角度思考方案的可行性，很好。實(shí)際生產(chǎn)過程中，采用的正是方案2。該方案具有成本低、用料少、原料利用率高、污染排放小的特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過方案對(duì)比、分析、歸納和選擇，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析信息能力和批判性思維能力，能夠辨證看待事物。體會(huì)實(shí)際生產(chǎn)需要注重綠色環(huán)保，培養(yǎng)學(xué)生承擔(dān)社會(huì)發(fā)展需要注意的綠色經(jīng)濟(jì)意識(shí)。

五、研究體會(huì)

1. 價(jià)—類二維圖有效促進(jìn)高階思維培養(yǎng)

學(xué)生主動(dòng)認(rèn)識(shí)價(jià)—類二維圖自身構(gòu)成要素，能夠培養(yǎng)學(xué)生信息處理和消化能力。建構(gòu)價(jià)—類二維圖認(rèn)知模型，學(xué)生需要對(duì)比、分析和總結(jié)不同物質(zhì)的相同之處，實(shí)現(xiàn)知識(shí)深度理解。利用價(jià)—類二維圖預(yù)測物質(zhì)和實(shí)現(xiàn)物質(zhì)制備，學(xué)生需要從宏觀和微觀結(jié)合的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)。物質(zhì)制備過程，學(xué)生綜合利用知識(shí)，找到知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，創(chuàng)新性提出實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。價(jià)—類二維圖對(duì)于元素知識(shí)學(xué)習(xí)具有統(tǒng)攝性意義，利用一種學(xué)習(xí)方法或者一個(gè)思維模型實(shí)現(xiàn)一類知識(shí)學(xué)習(xí)，使得學(xué)習(xí)變得更加輕松。

2. 劣構(gòu)性問題解決是高階思維發(fā)生的沃土

劣構(gòu)性問題具有復(fù)雜性和解決途徑不唯一性。真實(shí)問題的復(fù)雜性讓問題解決過程變得有難度，通過設(shè)計(jì)問題讓其難度符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，讓真實(shí)情境中的問題能夠在靠學(xué)生之間的合作或者師生之間合作中被解決。適當(dāng)?shù)碾y度能夠增強(qiáng)思維活性，調(diào)動(dòng)學(xué)生認(rèn)知、情感、技能和思維同時(shí)參與課堂，使得深度學(xué)習(xí)在課堂中真實(shí)發(fā)生。真實(shí)情境問題的解決途徑不唯一性能夠發(fā)展學(xué)生利用不同視角看待問題，增強(qiáng)思維輻射廣度，應(yīng)用不同思維分析問題和采用不同方法解決問題。真實(shí)問題與生活實(shí)際聯(lián)系緊密。在課堂中解決真實(shí)情境問題，能夠拉近知識(shí)與生活的距離，凸顯知識(shí)價(jià)值，增強(qiáng)化學(xué)學(xué)習(xí)的信心和興趣，為終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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