基于項目式學(xué)習的鐵及其化合物高三復(fù)習課
——乳酸亞鐵的制備

劉雪梅 趙攀弟

(合肥市第九中學(xué) 安徽合肥 230000)

《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》建議化學(xué)教師采用一些方式以提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。項目式學(xué)習可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用綜合知識解決復(fù)雜的問題,形成解題思路和思維模型,建構(gòu)學(xué)科體系,開展深度學(xué)習,故項目式學(xué)習成為當前教學(xué)研究的熱點?；陧椖渴綄W(xué)習,教師可根據(jù)教學(xué)情境制訂學(xué)習任務(wù),學(xué)生通過完成任務(wù),對特定問題進行思考和認知,在實際操作和團隊合作中獲取更多知識、鍛煉相關(guān)的技能。通過項目式學(xué)習,學(xué)生能夠主動地探究真實的問題,和真實的世界建立聯(lián)系,明白為什么而學(xué)。

創(chuàng)設(shè)有效情境教學(xué)能夠營造輕松的課堂教學(xué)氛圍,還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習化學(xué)的興趣,使學(xué)生感受到生活來源于化學(xué),化學(xué)能促進社會進步,以此發(fā)展學(xué)生的科學(xué)精神,培養(yǎng)學(xué)生的社會責任。乳酸亞鐵是二代補鐵劑,如果貧血嚴重,可以選乳酸亞鐵補充。那乳酸亞鐵如何制備呢?本課伊始,教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何制備、如何選擇實驗器材,制訂實驗方案等。

一、項目式學(xué)習背景

首先,高三學(xué)生對有機物和無機物的基礎(chǔ)知識例如鐵及其化合物、有機物中的羧酸和醇類的性質(zhì)等已基本掌握?；趯W(xué)情,教師可引導(dǎo)學(xué)生嘗試制備乳酸亞鐵。

其次,化學(xué)實驗探究能讓學(xué)生真正參與到學(xué)習的過程中,使學(xué)生獲得將化學(xué)知識應(yīng)用于生活中的成就感,在獲得知識和能力的同時,感受“做科學(xué)”的過程,極大地調(diào)動了學(xué)習積極性。因此,開展化學(xué)實驗探究是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑之一。

二、項目式學(xué)習目標

通過開展“乳酸亞鐵的制備”實驗使學(xué)生認識到利用化學(xué)手段解決醫(yī)學(xué)以及健康問題的重要性,增強學(xué)生學(xué)習化學(xué)的興趣和社會責任感,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究精神和創(chuàng)新意識以及實驗的水平,使學(xué)生體會到化學(xué)是基于實驗的一門科學(xué),形成科學(xué)探究的思維,培養(yǎng)科學(xué)精神。

三、項目式學(xué)習活動規(guī)劃

基于教學(xué)情境及項目主題“乳酸亞鐵的制備”,提出驅(qū)動性問題:如何制備乳酸亞鐵?學(xué)習活動包括三個核心環(huán)節(jié):第一個環(huán)節(jié)是引導(dǎo)學(xué)生提出制備乳酸亞鐵的方案;第二個環(huán)節(jié)是制備乳酸亞鐵,評價實驗方案;第三個環(huán)節(jié)是對成品進行檢驗。學(xué)生通過活動,完成鐵及其化合物的基礎(chǔ)知識的復(fù)習。

表1 教學(xué)環(huán)節(jié)

三、項目式學(xué)習實施過程

環(huán)節(jié)一:設(shè)計乳酸亞鐵的制備方案

老師:同學(xué)們,我們上節(jié)課了解了飲食補鐵,當飲食補鐵達不到需求時,需要通過服用補鐵劑補鐵,補鐵劑有哪些類型呢?

學(xué)生表示不太了解。

老師:隨著社會的進步,補鐵劑種類不斷豐富。20世紀60年代初,第二代補鐵劑進入市場,近幾年又研制出第三代口服補鐵劑。同學(xué)們,你們能依據(jù)鐵及其化合物的性質(zhì)設(shè)計乳酸亞鐵制備方案嗎?請同學(xué)們分小組討論5分鐘,然后由小組代表講出你們的設(shè)計方案。

學(xué)生提出以下幾種方案。

設(shè)計意圖:根據(jù)提供的一些素材,學(xué)生知道了生活中補鐵劑的常見類型和乳酸的結(jié)構(gòu)簡式。學(xué)生依據(jù)所學(xué)的乳酸知識,討論得出制備乳酸亞鐵的方法。學(xué)生通過小組討論培養(yǎng)的創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責任。

環(huán)節(jié)二:探索乳酸亞鐵的制備

【演示實驗】

老師:在工業(yè)生產(chǎn)中如何提高反應(yīng)速率,同時保證實驗安全呢?

學(xué)生:適當升高溫度,增大接觸面積。安全反應(yīng)后再通空氣將H2趕盡。

老師:請同學(xué)們分析用該實驗方案制備乳酸亞鐵的優(yōu)缺點,思考有沒有更好的實驗方案,小組討論。

小組代表評價方案:該實驗產(chǎn)生的H2與空氣接觸可能會導(dǎo)致爆炸,所以該方案用于工業(yè)生產(chǎn)不安全,可以試試方案二。

【學(xué)生實驗】先向試管中加入1 mL NH4HCO3溶液,再逐漸滴加硫酸亞鐵溶液,最后加入乳酸。

學(xué)生1:有白色沉淀,帶有灰綠色,同時有氣泡冒出,再加乳酸時也有氣泡冒出。

老師追問:會不會生成FeCO3?如何證明產(chǎn)物中有FeCO3?為何會同時生成Fe(OH)2和FeCO3?

提示:Ksp[Fe(OH)2]=8×10-16,Ksp[FeCO3]=2×10-11

Fe2+與NH4HCO3中的CO32-、OH-反應(yīng)生成白色物質(zhì)FeCO3和Fe(OH)2。

老師:因為易被氧化,所以工業(yè)制備乳酸亞鐵不采用Fe(OH)2與乳酸的反應(yīng)。如何防止生成Fe(OH)2呢?

學(xué)生:使OH-濃度小,控制pH值呈酸性。

老師:剛制備的FeCO3易被氧化,如何防止Fe2+被氧化?

學(xué)生:制備H2將空氣趕走,再制備FeCO3,最后加乳酸。

老師:請同學(xué)們根據(jù)下圖(圖1)選擇合適的裝置和藥品組裝制備乳酸亞鐵。

圖1 各種儀器

(方案二的制備裝置是儀器A+B+C)

學(xué)生展示組裝好的裝置(圖2)。

圖2 學(xué)生組裝儀器

老師:該方案在工業(yè)生產(chǎn)上有何優(yōu)缺點?還有沒有更好的方法?

小組代表評價方案:反應(yīng)產(chǎn)生H2,存在安全問題。步驟多,對裝置的要求高,且產(chǎn)率低,過程復(fù)雜?？赡苓€有更好的制備方案。

教師出示資料“乳酸亞鐵的制備”,然后播放事先做實驗的視頻。

老師:請同學(xué)們分析以下問題。

(1)加入(CH3CH(OH)COO)2Fe和CaSO4的目的是什么?

(2)抽濾后的固體是什么物質(zhì)?(提示:根據(jù)CaSO4和乳酸亞鐵的溶解度。)

(3)如何由乳酸亞鐵溶液得到晶體?操作過程是什么?

老師:防止(CH3CH(OH)COO)2Fe被氧化,可使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進行低溫蒸發(fā)。該方案比前面兩個方案更安全,產(chǎn)率更高,對設(shè)備要求低,成本低。因此用方案三制備乳酸亞鐵更安全,效率更高。

乳酸亞鐵屬于第二代補鐵劑,現(xiàn)在已經(jīng)有了第三代補鐵劑,同學(xué)們在課下可以思考制備第三代補鐵劑的方法。

設(shè)計意圖:學(xué)生討論設(shè)計方案,通過分析方案的優(yōu)缺點,選擇最佳制備方法,體會科學(xué)發(fā)展的魅力,感受科學(xué)的進步、社會的進步是通過一步步驗證實現(xiàn)的。

環(huán)節(jié)三:檢驗

老師:如何檢驗我們制取的產(chǎn)品是乳酸亞鐵晶體?請同學(xué)們思考有哪些檢驗方法。

設(shè)計意圖:通過選擇最佳實驗方案制備乳酸亞鐵的活動,學(xué)生由課內(nèi)到課外,實現(xiàn)了深度學(xué)習。學(xué)生在學(xué)習中發(fā)現(xiàn)問題,思考并嘗試解決方案,更好地發(fā)揮了主觀能動性。通過改變學(xué)習方式,進而提高學(xué)生學(xué)習能力,使其了解有機物質(zhì)結(jié)構(gòu),培養(yǎng)了學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的素養(yǎng)。

四、項目式學(xué)習反思

(一)轉(zhuǎn)變教學(xué)思路

把課上好是前提。教師還需要從學(xué)生的生活出發(fā)設(shè)計教學(xué)情境,培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)知識解決生活生產(chǎn)中的問題的化學(xué)核心素養(yǎng)。

(二)關(guān)注學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展

項目式學(xué)習方式能促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。在乳酸亞鐵的制備項目中,教師構(gòu)建了“任務(wù)—問題—活動—評價”的四線合一活動實施路徑,讓學(xué)生經(jīng)歷思考、探究、求真的過程,最終促進學(xué)生認知的結(jié)構(gòu)化和素養(yǎng)的發(fā)展。在項目式學(xué)習過程中,教師關(guān)注學(xué)生在學(xué)習活動中的表現(xiàn),及時把握學(xué)生對知識的理解程度,幫助學(xué)生跨越認知障礙。

(三)完善項目設(shè)計和評價體系

在本次項目式學(xué)習中學(xué)生不但復(fù)習了鐵及其化合物的知識,還掌握了制備儀器的選擇和使用方法。在該過程中教師是引導(dǎo)者,應(yīng)采用多種方式教學(xué),完善測評體系,達到項目式學(xué)習目標,幫助高三學(xué)生復(fù)習基礎(chǔ)知識,彰顯化學(xué)的社會價值,提升學(xué)生的學(xué)科理解能力。

(四)項目式學(xué)習實施過程中的優(yōu)缺點

優(yōu)點是引入教學(xué)情境,從開始了解補鐵劑到設(shè)計方案再到實驗制備產(chǎn)品,培養(yǎng)了學(xué)生的自豪感和學(xué)習化學(xué)的信心。缺點是由于難以達到真空狀態(tài),因此產(chǎn)物的純度不高。筆者原本想從網(wǎng)上搜索有關(guān)工業(yè)制備乳酸亞鐵的視頻播放給學(xué)生看,但沒有搜索到。