PCK視域下五線合一的教學設(shè)計
——以鐵鹽及亞鐵鹽的轉(zhuǎn)化為例

楊水金,劉晶晶,周 鑫,李雄建

(湖北師范大學 化學化工學院,湖北 黃石 435002)

1 學科教學知識(PCK)理論的發(fā)展

學科教學知識(Pedagogical Content Knowledge,簡稱PCK)是美國學者Shulman L S[1]于1986年提出的與教師教學相關(guān)的一個重要概念,他比較系統(tǒng)地闡述了教師教學知識與學科知識協(xié)調(diào)作用的規(guī)律,對于我國的教育改革具有一定的現(xiàn)實意義。當前,我國正處于課程改革和高考改革深水期,這對高中化學的教與學提出了新的要求,PCK教學理論能夠很好地適應(yīng)當前形勢下高中化學教學的需求,近年來在高中化學教學設(shè)計及教學中的應(yīng)用得到了教育工作者的廣泛重視。

自2017年版的《普通高中化學課程標準》[2]中認為在教學活動中學生知識的發(fā)展與學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)該同樣重視、科學思維與實踐能力并進,學科核心素養(yǎng)應(yīng)該在高中化學教學設(shè)計及實施中得到體現(xiàn)。因此如何在PCK理論的基礎(chǔ)上構(gòu)建化學教學設(shè)計以發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)成為當前一線教師需要重視的問題,筆者基于五線合一的PCK教學設(shè)計模型,即一個學科主題、五條PCK主線(知識線、素養(yǎng)線、興趣線,策略線及評價線),創(chuàng)設(shè)教學設(shè)計。當前該課題的研究多偏向于教師PCK水平的對比研究,少有以教學設(shè)計案例開發(fā),故筆者以人教版高中化學中《鐵鹽及亞鐵鹽的轉(zhuǎn)化》作為學科主題,通過分析本節(jié)課的知識線,明確教學過程中需要落實的化學學科素養(yǎng),挖掘契合的生活實際情景作為興趣線,提出適當?shù)慕虒W策略并將評價線貫穿始終,實現(xiàn)教、學、評一體化[5～8]。本文力求能有效提升學生的化學學科核心素養(yǎng)并對此節(jié)內(nèi)容的講授提供一定的借鑒。

2 基于PCK理論下解析“鐵鹽與亞鐵鹽的轉(zhuǎn)化”的教學

2.1 基于五線合一的PCK理論的教學內(nèi)容解讀

本文基于五線合一的PCK理論模型分析本節(jié)教學內(nèi)容:本節(jié)課的知識線分為課程知識(對于常見的無機化合物及其應(yīng)用的學習,需結(jié)合實際情景中的應(yīng)用或?qū)嶒炋骄?了解鐵及其重要化合物的化學性質(zhì),了解鐵的化合物在實際生活中的應(yīng)用,要求學生能從元素的價態(tài)變化,根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理,推測物質(zhì)的類別和化學性質(zhì),并設(shè)計實驗,根據(jù)實驗現(xiàn)象分析相關(guān)性質(zhì))和學生知識(學生已經(jīng)了解了分類法,實驗探究法,學習了氧化還原反應(yīng),離子反應(yīng)等理論知識,整體能力較強,素養(yǎng)較高,能從元素的價態(tài)、物質(zhì)的類別認識無機化合物;學生思維敏捷,對化學實驗有濃厚的興趣。但是學生還不能將宏觀概括思維和微觀探析相結(jié)合,概括、分析實驗現(xiàn)象的能力有待提高,學生的氧化還原思維還處于初步階段,不能很好的將元素的價態(tài)與物質(zhì)的類別相結(jié)合來認識元素化合物,無法獨立的設(shè)計實驗進行探究或設(shè)計方案不夠完整) 。通過以上知識線分析,筆者挖掘三個生活實際情景作為興趣線(補血劑、久置FeSO4變質(zhì),補鐵劑變質(zhì)綜合探究),嘗試以多元化的教學策略(問題驅(qū)動策略,實驗探究策略,小組合作策略),培養(yǎng)學生的化學核心素養(yǎng)(證據(jù)推理與模型認知,科學態(tài)度與社會責任),評價線貫穿始終(通過Fe2+、Fe3+的檢驗及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的認識過程,發(fā)展學生宏觀辨識和變化觀念的核心素養(yǎng)。診斷并發(fā)展學生物質(zhì)鑒別知識的綜合運用能力;通過分析、設(shè)計實驗探究Fe2+、Fe3+的相互轉(zhuǎn)化,初步建立假設(shè)、猜想和檢驗的認知模型,發(fā)展學生證據(jù)推理與模型認知的化學核心素養(yǎng),診斷并發(fā)展學生元素二維價態(tài)觀;通過運用所學知識解釋、解決實際問題,建立化學來源于生活又用于生活的基本觀念,發(fā)展學生的科學態(tài)度與社會責任,診斷并發(fā)展學生對鐵的化合物的結(jié)構(gòu)化認知水平)。筆者將知識線、興趣線、素養(yǎng)線、策略線和評價線融合于《鐵鹽及亞鐵鹽的轉(zhuǎn)化》這一學科主題中,試圖發(fā)展學生化學核心素養(yǎng)。

2.2 教學思路

“鐵鹽及亞鐵鹽的相互轉(zhuǎn)化”教學思路如圖1:

圖1 “鐵鹽及亞鐵鹽的相互轉(zhuǎn)化”教學思路

3 《鐵鹽與亞鐵鹽的轉(zhuǎn)化》教學流程

教學環(huán)節(jié)一 如何判斷補血劑中亞鐵離子是否被破壞

【課堂導(dǎo)入】鐵不僅是我們生活中常見的金屬材料,更是人體的重要組成元素,如果缺鐵,人體就會發(fā)生缺鐵性貧血,也會造成免疫功能下降和新陳代謝紊亂等;因此,如果人體缺乏鐵元素時通常需要及時補充鐵元素?！咎釂枴窟@是老師找到的市場上常見的補鐵劑,同學們能否觀察一下,這些補鐵劑都是幾價的鐵元素呢?

【學生回答】大多是二價鐵。

【教師】對,市場上常見的補鐵劑大多是二價鐵的化合物,這是因為人體更容易將二價鐵吸收轉(zhuǎn)化。老師在補鐵劑的服用說明書上發(fā)現(xiàn)這樣一段話:一些蔬菜水果中富含維生素C,服用補鐵劑期間可多使用此類食物,也可以直接服用維生素C片劑來促進鐵的吸收,但是不能食用花生、核桃、濃茶、咖啡等,否則鐵劑的有效成分可能被破壞。

【提出問題】如何判斷補鐵劑中的亞鐵離子有效成分是否被破壞?請同學們根據(jù)已學知識小組討論,設(shè)計方案鑒別亞鐵離子和三價鐵離子。

【學生】小組討論,設(shè)計方案

【學生1】可以通過溶液顏色進行判斷。

【學生2】可以加入氫氧化鈉溶液觀察現(xiàn)象的差異。

【教師】那如果溶液中存在其他有色離子,或溶液中離子濃度較小,這些判斷方法還可靠嗎?還有更科學嚴謹?shù)姆椒ㄨb定Fe3+嗎?

【演示實驗】教師當堂演示氯化鐵溶液中鐵離子與硫氰化鉀反應(yīng),現(xiàn)象:溶液迅速變?yōu)檠t色。

【教師】硫氰化鉀是一種靈敏的Fe3+特征檢測試劑,能與Fe3+反應(yīng)產(chǎn)生血紅色。

設(shè)計意圖:以生活中補血劑的服用原則創(chuàng)設(shè)教學情景,從學生已有知識層面出發(fā),形成有效的問題驅(qū)動,激發(fā)學生解決實際問題的興趣,也可以使學生對舊方法的不足和新方法的印象更深刻,構(gòu)建螺旋上升,不斷前進的知識結(jié)構(gòu),培養(yǎng)宏觀辨識和微觀探析的化學核心素養(yǎng)。

教學環(huán)節(jié)二 實驗探究 證據(jù)推理

【情景創(chuàng)設(shè)】取少量久置于實驗室的FeSO4溶液,分成兩份,向其中一份溶液中滴加少量KSCN溶液。觀察現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)溶液變紅,為什么FeSO4會使KSCN溶液變紅?

【學生】結(jié)合氧化還原反應(yīng)原理,明確認識到鐵鹽與亞鐵鹽相互轉(zhuǎn)化過程。

【教師】通過以下幾種常見的氧化劑、還原劑以及檢驗試劑,小組討論,合作探討出Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)化實驗方案,要求方案盡可能嚴謹細致,包括選取試劑、預(yù)測依據(jù)、實驗現(xiàn)象等。

【實驗藥品】 FeCl2溶液、FeCl3溶液、KSCN溶液、KMnO4酸性溶液、 3%H2O2溶液、Cl2水、Fe粉、KI溶液、CCI4(萃取I2)、淀粉、維生素C

【學生活動】各小組的成員合作,積極討論,將氧化劑與還原劑分組,選用合理的試劑,設(shè)計實驗方案,預(yù)測實驗現(xiàn)象并解釋預(yù)測依據(jù)。

【幻燈片展示】

【教師】老師觀察了各小組代表提出的探究實驗方案后,提出以上表格,有同學能根據(jù)順序匯報一下你們小組的方案一嗎?

【學生1】在盛有少量FeCl2的試管中加入氯水,再滴加1～2滴KSCN溶液,試管內(nèi)溶液迅速變?yōu)檠t色。

【學生2】在盛有少量FeCl2的試管中滴加1～2滴KSCN溶液,無明顯變化,再加入少量氯水,試管內(nèi)溶液迅速變?yōu)檠t色。

【教師】兩位同學的方案有所不同,先加硫氰化鉀溶液還是先加氧化劑更好?為什么?

【學生思考】先加入KSCN溶液更好,排除溶液中原有Fe3+的干擾情況。

【教師】請同學們根據(jù)方案一,進一步修改完善自己小組的實驗方案,小組合作繼續(xù)完成方案二和方案三。

抽取小組學生代表進行實驗,并檢驗同學們的離子方程式書寫。

【學生】依據(jù)教師的點評和給出的參考方案對自己設(shè)計的實驗方案進行完善。并仔細觀察參考實驗中的現(xiàn)象,完成實驗現(xiàn)象觀察(收集實驗證據(jù))、現(xiàn)象解釋、得出該實驗的結(jié)論。

【過渡銜接】在生活中補鐵劑為什么要與維生素C(Vc)同時服用?請參照上述過程設(shè)計實驗探究Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+.

【學生】完善本小組設(shè)計的實驗方案。完成實驗并收集實驗證據(jù),得出該實驗的結(jié)論。

【設(shè)計意圖】 以久置的FeSO4變質(zhì)設(shè)置問題情景,小組合作設(shè)計Fe2+與Fe3+相互轉(zhuǎn)化的探究方案,讓學生能夠?qū)⑺鶎W的氧化還原理論知識運用于試劑選擇、預(yù)測現(xiàn)象、實施實驗等環(huán)節(jié),落實學生證據(jù)推理與模型認知的核心素養(yǎng)培養(yǎng);小組合作設(shè)計實驗方案充分發(fā)揮學生在實驗探究學習中的主體地位;在實驗探究的學習中穿插實驗試劑添加順序問題,充分認識試劑添加順序?qū)嶒灲Y(jié)果的影響,進一步樹立嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。分別從物質(zhì)類別與核心元素價態(tài)認識物質(zhì)轉(zhuǎn)化,并進而建立到運用氧化還原規(guī)律對物質(zhì)性質(zhì)進行推理的模型,培養(yǎng)學生基于價類二維的元素觀、轉(zhuǎn)化觀與模型觀。

教學環(huán)節(jié)三 鞏固留疑 綜合實踐

【鞏固留疑】現(xiàn)有一瓶補鐵劑,請同學們小組合作根據(jù)所學知識設(shè)計實驗探究該補鐵劑是否為假冒偽劣產(chǎn)品。

【設(shè)計意圖】呼應(yīng)新課導(dǎo)入中提到的補鐵劑服用注意事項,引導(dǎo)學生使用所學知識解決生活中的實際問題,提升學生對鐵的化合物的結(jié)構(gòu)化認知水平,喚醒學生的化學探究意識,培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與社會責任。

4 結(jié)論

化學作為一門自然科學,教學環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了科學情懷,學科核心素養(yǎng)中的“證據(jù)推理與模型認知”就是嚴謹?shù)目茖W態(tài)度最好的詮釋,本文以該核心素養(yǎng)為主要素養(yǎng)培養(yǎng)目標,這一培養(yǎng)目標對于培養(yǎng)新時代的合格高中生具有十分重要的意義;本文研究基于PCK理論及五線合一的教學模式,以人教版高中化學中《鐵鹽及亞鐵鹽的轉(zhuǎn)化》作為學科主題,結(jié)合知識線、興趣線、素養(yǎng)線、策略線與評價線,試發(fā)展高中學生化學學科核心素養(yǎng),通過開發(fā)教學設(shè)計案例為一線教師提供教學參考。