“宏-微-符”三重表征法在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
——以“Fe2+與Fe3+的檢驗(yàn)”為例*

遲 捷，段 超，付 甜，尚永輝，王宏社**

(1.寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西 寶雞 721013；2.咸陽師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

1 課題概況

“Fe2+與Fe3+的檢驗(yàn)”這節(jié)課編排于人教版必修1第三章第一節(jié)。從本章內(nèi)容看，首先，由淺入深學(xué)習(xí)鐵單質(zhì)及其氧化物，然后，以Fe2+與Fe3+的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化為主要內(nèi)容，介紹了鐵離子的檢驗(yàn)。從教材整體看，該部分內(nèi)容起到承前啟后的重要作用。第一章學(xué)習(xí)了離子反應(yīng)及方程式書寫、氧化還原反應(yīng)等相關(guān)內(nèi)容，而“Fe2+與Fe3+的檢驗(yàn)”這部分內(nèi)容可以很好的體現(xiàn)前面知識(shí)的應(yīng)用，在鞏固和應(yīng)用舊知同時(shí)，學(xué)生又是第一次學(xué)習(xí)變價(jià)金屬，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，繼上節(jié)課Fe2+與Fe3+相互轉(zhuǎn)化后，本節(jié)課Fe2+與Fe3+的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)就成為要突破的重難點(diǎn)，同時(shí)為人教版必修二第五章《非金屬及其化合物》的學(xué)習(xí)及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)探究做鋪墊?！癋e2+與Fe3+的檢驗(yàn)”這節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“宏-微-符”三重表征法的思維模型和引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科在工業(yè)生產(chǎn)以及實(shí)際生活中的重大價(jià)值。

2 學(xué)情分析

2.1 知識(shí)層面

學(xué)生對(duì)鐵及其化合物在初中階段有了一定程度的了解，并且必修1第一章學(xué)習(xí)了離子反應(yīng)及氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識(shí)、第二章學(xué)習(xí)金屬鈉的相關(guān)知識(shí)，第三章開篇也學(xué)習(xí)了鐵單質(zhì)及其氧化物的相關(guān)知識(shí)，因此學(xué)生具備從“宏-微-符”三方面進(jìn)行深入學(xué)習(xí)探究能力[1]。

2.2 技能層面

學(xué)生通過初中和高中階段基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作的訓(xùn)練，具備一定的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作能力和觀察分析問題的能力，但嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砗屯暾膶?shí)驗(yàn)探究能力還有待進(jìn)一步培養(yǎng)和加強(qiáng)[2，3]。

2.3 心理層面

學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)現(xiàn)象興趣有較強(qiáng)的探求欲、表現(xiàn)欲和成就欲，有較大的解決實(shí)際問題的熱情，因此從課題實(shí)驗(yàn)探究角度引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“宏-微-符”三重表征思維模型效果會(huì)更好[4，5]。

3 教學(xué)創(chuàng)新

1)根據(jù)2017版新課標(biāo)的要求，要以發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)為主旨，從“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”這一維度，將“宏-微-符”三重表征思維模型(圖1)融入到化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中去，引導(dǎo)學(xué)生逐步學(xué)會(huì)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象及揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律[6]。

圖1 “宏-微-符”三重表征思維模型

2)任務(wù)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)探究。

3)課堂導(dǎo)入生活情境，使化學(xué)與生活緊密相連，激發(fā)學(xué)生解決問題的欲望。

4)充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特價(jià)值，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建三重表征思維模型。

5)課堂最后介紹化學(xué)檢驗(yàn)員這一職業(yè)，不僅引導(dǎo)學(xué)生了解與化學(xué)相關(guān)的職業(yè)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，通過小組合作進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)探究的模式，利用所學(xué)的檢驗(yàn)方法進(jìn)行生活中常見食物的檢驗(yàn)，使我們的探究學(xué)習(xí)沒有脫離生活實(shí)際，真正達(dá)到育人的教育目的。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)

4.1 教學(xué)環(huán)節(jié)一：課堂導(dǎo)入—Fe2+與Fe3+的生活應(yīng)用

在日常生活中，我們食用的動(dòng)物肝臟常含有二價(jià)血紅素鐵，它極易被人體吸收；而食用的一些植物性食物當(dāng)中，常含有三價(jià)非血紅素鐵，它不易被人體吸收。將三價(jià)非血紅素鐵轉(zhuǎn)化成二價(jià)血紅素鐵就可以被人體吸收。

從氧化還原角度來看，從+3價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為+2價(jià)鐵，化合價(jià)是降低的，需要借助哪些物質(zhì)才能夠?qū)崿F(xiàn)二者轉(zhuǎn)化？維C具有還原性，日常生活中飲食上常搭配一些富含維C的食物，就能夠?qū)⒅参镄允澄锂?dāng)中不易被人體吸收的三價(jià)血紅素鐵轉(zhuǎn)換成易被人體吸收的二價(jià)血紅素鐵，因此飲食要均衡，才能更有利于鐵元素在人體中的攝入。相反，如果從+2價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為+3價(jià)鐵，則需要加入氧化劑。在研究它們相互轉(zhuǎn)化時(shí)，又是如何判斷它們已經(jīng)轉(zhuǎn)化了？這就涉及到Fe2+與Fe3+的檢驗(yàn)問題。

4.2 教學(xué)環(huán)節(jié)二：新課講授—Fe2+與Fe3+的單獨(dú)檢驗(yàn)

4.3 教學(xué)環(huán)節(jié)三：新課講授—Fe2+與Fe3+的混合檢驗(yàn)

4.4 教學(xué)環(huán)節(jié)四：做化學(xué)檢驗(yàn)員—趣味課堂

隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，化學(xué)檢驗(yàn)員的職業(yè)發(fā)展趨勢(shì)也在不斷增加，化學(xué)檢驗(yàn)員的工作內(nèi)容涉及多個(gè)領(lǐng)域，例如藥品、食品、化妝品、環(huán)境檢測(cè)等?；瘜W(xué)檢驗(yàn)員是負(fù)責(zé)化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)和質(zhì)量控制的工作人員，他們通過實(shí)驗(yàn)和分析，對(duì)化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量、安全性和可靠性進(jìn)行評(píng)估和控制；化學(xué)檢驗(yàn)員需要具備專業(yè)的知識(shí)技能，包括化學(xué)、生物化學(xué)、分析化學(xué)等方面知識(shí)，還要熟練掌握實(shí)驗(yàn)技能，包括定性、定量、分離、分析等技能。

探究我們生活中的食品，如“菠菜、動(dòng)物肝臟、木耳、蛋黃”中，是否含有鐵元素？鐵是人體必需的微量元素。食用富含鐵元素的食品，可以補(bǔ)充人體所需的鐵元素。通過已學(xué)習(xí)探究過的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法檢驗(yàn)食品中的鐵元素，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)研究的一般過程以及化學(xué)知識(shí)在日常生活生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神與創(chuàng)新意識(shí)以及培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感的養(yǎng)成。菠菜、動(dòng)物肝臟、木耳等食物中含有豐富的鐵元素，請(qǐng)以“菠菜中鐵元素的檢驗(yàn)為例”進(jìn)行檢驗(yàn)研究。(a)查閱資料：“以菠菜中鐵元素的檢驗(yàn)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，查閱相關(guān)資料，收集相關(guān)檢驗(yàn)方法，整理相關(guān)資料。(b)研究實(shí)驗(yàn)方案：每個(gè)小組成員根據(jù)本組同學(xué)收集整理的相關(guān)資料，共同設(shè)計(jì)一個(gè)本組認(rèn)為比較合理的試驗(yàn)檢驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。(c)根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究?？晒﹨⒖嫉脑囼?yàn)方案：用電子天平稱量 10 g 菠菜，將稱量后的菠菜放于研缽中進(jìn)行細(xì)細(xì)的研磨，研磨好后將其倒入小燒杯中，加入 20 mL 蒸餾水，用玻璃杯攪拌。將上述濁液過濾，得到的濾液就是我們要進(jìn)行檢驗(yàn)的樣品溶液。然后根據(jù)我們剛剛所學(xué)習(xí)的鐵離子溶液檢驗(yàn)方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，整個(gè)檢驗(yàn)過程依然以“宏-微-符”三重表征的思維模型進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。

4.5 教學(xué)環(huán)節(jié)四：課堂總結(jié)

通過課堂小實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)探究了Fe2+與Fe3+單獨(dú)檢驗(yàn)方法。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究中，我們不僅從物質(zhì)類別和元素化合價(jià)角度進(jìn)行知識(shí)的探究學(xué)習(xí)，同時(shí)我們將“宏-微-符”三重表征法的學(xué)習(xí)思維模型貫穿始終，相信同學(xué)們已經(jīng)對(duì)這種思維模型有了更深入的理解。其實(shí)，在我們生活中，有很多相關(guān)的課題值得我們?nèi)パ芯?，希望同學(xué)們?cè)诮窈笊钪杏龅脚c科學(xué)、特別是與化學(xué)相關(guān)的議題時(shí)，用科學(xué)探究的思維去理性思考，做一個(gè)有科學(xué)素養(yǎng)的公民！

5 教學(xué)反思

1)應(yīng)給學(xué)生更多自我發(fā)揮實(shí)驗(yàn)探究空間，而不是限定范圍，更有助于激發(fā)學(xué)生開拓創(chuàng)新精神。

2)教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)具有針對(duì)性和及時(shí)性，在本節(jié)課實(shí)驗(yàn)探究前，教師就應(yīng)設(shè)置合理的量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有助于學(xué)生及時(shí)了解自己學(xué)習(xí)情況，取長(zhǎng)補(bǔ)短，同時(shí)教師也能夠意識(shí)到教學(xué)過程中存在哪些不足，改變教學(xué)策略，提高教學(xué)效率，有助于教學(xué)相長(zhǎng)。

3)“宏-微-符”三重表征法也只僅僅能通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行模型建立，其他課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)也要建立相應(yīng)的模型認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用，更加深入理解三重表征的內(nèi)涵。