促進(jìn)認(rèn)知進(jìn)階 增進(jìn)學(xué)科理解的高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)探索

摘 要：以“再探補(bǔ)血?jiǎng)睘橹黝}，探索化學(xué)與生物相關(guān)知識(shí)間的融合，打通學(xué)科內(nèi)模塊教學(xué)壁壘，開(kāi)展“鐵元素及其化合物”的高三復(fù)習(xí)教學(xué)。通過(guò)2課時(shí)完成“閱讀補(bǔ)血?jiǎng)┱f(shuō)明書(shū)，提出想要探究的價(jià)值問(wèn)題”“了解人體中鐵元素的生理作用及本質(zhì)”“檢驗(yàn)補(bǔ)血?jiǎng)┲需F元素的存在形態(tài)”“解釋與完善缺鐵性補(bǔ)血?jiǎng)┑恼f(shuō)明書(shū)”等4個(gè)任務(wù)，學(xué)生概括了Fe2+與Fe3+的相互轉(zhuǎn)化模型和檢驗(yàn)方法，形成從元素價(jià)態(tài)、物質(zhì)類別和復(fù)雜體系中微粒的相互影響等角度探究物質(zhì)性質(zhì)，如何排除干擾進(jìn)行離子檢驗(yàn)的思路。建構(gòu)涵蓋鐵及其化合物“價(jià)類構(gòu)性用”等多維視角融合的認(rèn)知模型，完善和豐富了學(xué)生對(duì)元素化合物的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知路徑。學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的進(jìn)階，增進(jìn)學(xué)科理解，發(fā)展批判性思維與創(chuàng)新意識(shí)，提升實(shí)驗(yàn)綜合探究能力。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科融合；復(fù)習(xí)教學(xué)；認(rèn)知進(jìn)階；增進(jìn)學(xué)科理解

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

高三復(fù)習(xí)課普遍存在由教師梳理知識(shí)和講解練習(xí)，學(xué)生機(jī)械刷題、重復(fù)演練的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為高三復(fù)習(xí)的功能不應(yīng)僅限于幫助學(xué)生補(bǔ)上必備知識(shí)的缺漏、糾正認(rèn)識(shí)偏差，還要幫助學(xué)生完善符合認(rèn)知邏輯、有序關(guān)聯(lián)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，建構(gòu)以學(xué)科大概念統(tǒng)攝、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)知思維模型；打通必修與選擇性模塊之間的壁壘，增進(jìn)學(xué)生學(xué)科理解，以期遇到真實(shí)復(fù)雜的新情境能夠快速調(diào)用所儲(chǔ)備的相關(guān)知識(shí)和思維模型進(jìn)行問(wèn)題的解決；幫助學(xué)生提升綜合運(yùn)用乃至遷移創(chuàng)新的能力，達(dá)成認(rèn)知進(jìn)階，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的教育目標(biāo)。

一、認(rèn)知進(jìn)階的水平層次

美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（ National Research Council，簡(jiǎn)稱NRC）首次提出“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的概念，將其定義為“對(duì)學(xué)生在一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí)，依次進(jìn)階、逐級(jí)深化的思維方式的描述”[1]。而認(rèn)知是人的最基本的心理過(guò)程，是人們獲得知識(shí)或應(yīng)用知識(shí)的過(guò)程[2]?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)階的核心宗旨是認(rèn)知進(jìn)階，增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解?；瘜W(xué)認(rèn)知進(jìn)階內(nèi)涵不僅僅只是對(duì)化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的進(jìn)階，還包括對(duì)具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的進(jìn)一步理解。水平進(jìn)階是學(xué)習(xí)進(jìn)階的必備要素之一，是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中的“關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”[3]。元素化合物認(rèn)知的三個(gè)水平層次：初級(jí)層次是掌握元素化合物必備的學(xué)科知識(shí)，初步形成知識(shí)結(jié)構(gòu)化；中級(jí)層次是發(fā)展元素化合物的相關(guān)認(rèn)知思維模型，拓展認(rèn)知領(lǐng)域（包括認(rèn)知路徑的豐富、認(rèn)知角度的多維化，認(rèn)知程度的深入），能從物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)原理的角度理解和解釋相關(guān)性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象；最高層次增進(jìn)學(xué)科理解，深刻感悟化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)與價(jià)值，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，能進(jìn)行認(rèn)知的創(chuàng)新應(yīng)用。高三化學(xué)復(fù)習(xí)是學(xué)生關(guān)于元素化合物認(rèn)知進(jìn)階的“關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”。教師應(yīng)幫助學(xué)生進(jìn)階到中高級(jí)水平，逐步實(shí)現(xiàn)認(rèn)知“從事實(shí)到方法，從經(jīng)驗(yàn)到理論，從定性到定量，從孤立到系統(tǒng)”等[4]的進(jìn)階。

二、教學(xué)主題內(nèi)容及已有的教學(xué)研究分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”）重視開(kāi)展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)。隨著這一基本理念的提出，鐵及其化合物在必修部分的教學(xué)呈現(xiàn)出以真實(shí)情境為載體，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)的多種設(shè)計(jì)思路。已有的相關(guān)教學(xué)研究多是單一溶液體系中的鐵元素價(jià)態(tài)檢驗(yàn)和亞鐵離子含量的測(cè)定等實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，運(yùn)用價(jià)類二維圖、定性與定量相結(jié)合等思維工具，完成鐵及其化合物轉(zhuǎn)化等相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，通過(guò)宏觀現(xiàn)象與微觀解釋結(jié)合開(kāi)展必修教材的學(xué)習(xí)活動(dòng)。但鮮少以“補(bǔ)血?jiǎng)睘榍榫尺M(jìn)行高三化學(xué)相關(guān)的復(fù)習(xí)教學(xué)。

高三復(fù)習(xí)與必修新課教學(xué)的區(qū)別是什么，要實(shí)現(xiàn)哪些方面的增值？如何定“階”？合理認(rèn)知進(jìn)階的學(xué)習(xí)目標(biāo)如何確定，應(yīng)包含哪些“階”？何以知道達(dá)成進(jìn)階目標(biāo)，如何確定評(píng)價(jià)的診斷依據(jù)？這些都是高三復(fù)習(xí)教學(xué)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。課標(biāo)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4-1中要求學(xué)生：“能在物質(zhì)及其變化的情境中，選擇不同方法，從不同角度對(duì)物質(zhì)及其變化進(jìn)行分析和推斷；能根據(jù)物質(zhì)的類別、組成，微粒的結(jié)構(gòu)、微粒間作用力等說(shuō)明或預(yù)測(cè)物質(zhì)的性質(zhì)，評(píng)估所做說(shuō)明或預(yù)測(cè)的合理性”[5]。課標(biāo)中的這些要求是高三化學(xué)元素化合物復(fù)習(xí)必須達(dá)成的學(xué)習(xí)目標(biāo)。筆者以“再探補(bǔ)血?jiǎng)睘槔?，?chuàng)設(shè)多個(gè)反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)雜體系進(jìn)行以認(rèn)知進(jìn)階和增進(jìn)學(xué)科理解為目標(biāo)的高三復(fù)習(xí)教學(xué)的實(shí)踐探索。

三、根據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平標(biāo)準(zhǔn)，制定認(rèn)知進(jìn)階的教學(xué)目標(biāo)

①閱讀乳酸亞鐵補(bǔ)血片說(shuō)明書(shū)，能在復(fù)雜的情境中提出有價(jià)值的化學(xué)問(wèn)題，并設(shè)計(jì)檢驗(yàn)乳酸亞鐵片中存在Fe2+的實(shí)驗(yàn)方案，促進(jìn)Fe2+檢驗(yàn)的從經(jīng)驗(yàn)到理論、定性結(jié)合定量、孤立到系統(tǒng)的思維模型進(jìn)階。

②能從單一定性視角進(jìn)階到綜合考慮價(jià)類、微粒間相互影響、反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)、介質(zhì)環(huán)境等物質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案系統(tǒng)視角。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)論的評(píng)價(jià)，提升邏輯推理和論證能力，培養(yǎng)質(zhì)疑與創(chuàng)新意識(shí)。

③通過(guò)理論上分析，解釋乳酸亞鐵片宜與維生素C同服，卻不能用濃茶（含鞣酸）或碳酸飲料送服的反應(yīng)原理；結(jié)合Fe2+與濃茶、HCO-3， Fe3+與維生素C反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究，初步掌握定量計(jì)算、理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究思路，發(fā)展了孤立到系統(tǒng)的科學(xué)思維。

④通過(guò)解決真實(shí)問(wèn)題，進(jìn)一步增強(qiáng)合理使用藥品的意識(shí)，感受化學(xué)在生活中的應(yīng)用，體會(huì)化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值。

四、學(xué)習(xí)任務(wù)和部分教學(xué)實(shí)施過(guò)程實(shí)錄

任務(wù)一 閱讀“缺鐵性”補(bǔ)血?jiǎng)┑乃幤凡糠终f(shuō)明書(shū)

閱讀“缺鐵性”補(bǔ)血?jiǎng)┘叭樗醽嗚F口服液說(shuō)明書(shū)提出想要探究的有價(jià)值的學(xué)科或跨學(xué)科問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行整合提煉。

學(xué)生提出有價(jià)值的學(xué)科類問(wèn)題2、4和與生物緊密相關(guān)跨學(xué)科問(wèn)題1、3（見(jiàn)表1）。針對(duì)問(wèn)題分別進(jìn)行資料查詢、實(shí)驗(yàn)探究與分析解釋。

任務(wù)二 了解人體中鐵元素的生理作用及本質(zhì)

[資料]細(xì)胞中有兩種形式的鐵：Fe2+和Fe3+。由于鐵（Ⅱ）陽(yáng)離子電荷比鐵（Ⅲ）少，所以鐵（Ⅱ）配合物的穩(wěn)定性一般比鐵（Ⅲ）配合物的差[6]。Fe3+性質(zhì)較穩(wěn)定，可以作為鐵的儲(chǔ)存和運(yùn)輸形式；Fe2+可以轉(zhuǎn)移電子，參與人體內(nèi)各種氧化還原反應(yīng)并可充當(dāng)反應(yīng)催化劑[7]。

[資料]人體是如何吸收鐵的資料展示[8]。

[教師]血紅蛋白（Hb）是血液中運(yùn)輸氧及 CO2的蛋白質(zhì)，由球蛋白和血紅素結(jié)合而成，出示圖1[9]。由中心Fe2+和原卟啉結(jié)合成的大環(huán)配位化合物，是血紅素載氧功能的活性中心，所以缺鐵會(huì)引起貧血。其結(jié)構(gòu)中Fe（Ⅱ）與原卟啉的四個(gè)氮結(jié)合，F(xiàn)e（Ⅱ）的軸向兩側(cè)分別與蛋白鏈中組氨酸咪唑氮和分子氧成鍵。血紅蛋白的輔基是處在蛋白質(zhì)多肽鏈盤(pán)繞之中的。這樣的結(jié)構(gòu)因空間位阻，保證不會(huì)形成穩(wěn)定的Hb—Fe（Ⅲ）—O2-—Fe（Ⅲ）—Hb。因此該Fe（Ⅱ）配合物的載氧—去氧得以可逆進(jìn)行，而鐵（Ⅲ）的配合物無(wú)法載氧，這也充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。

[設(shè)計(jì)意圖]通過(guò)相關(guān)資料進(jìn)一步了解人體中鐵元素的主要存在形式與吸收轉(zhuǎn)化過(guò)程。既幫助學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)“缺鐵會(huì)造成貧血”的認(rèn)知進(jìn)階到物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度等理論層面理解血紅蛋白載氧的原理，認(rèn)識(shí)到人體中鐵元素的生理作用及本質(zhì)，探索化學(xué)與生物相關(guān)知識(shí)間的融合，打通學(xué)科內(nèi)模塊教學(xué)壁壘。

任務(wù)三 實(shí)驗(yàn)探究———補(bǔ)血?jiǎng)┲需F元素價(jià)態(tài)的檢驗(yàn)

[教師]展示“缺鐵性”補(bǔ)血?jiǎng)樗醽嗚F片的圖片，介紹該補(bǔ)血片外觀的紅色為糖衣。根據(jù)鐵及其化合物的價(jià)類二維圖，小組設(shè)計(jì)證明乳酸亞鐵片中含有Fe2+的方案，并根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)藥品選擇合適試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，記錄實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。稍后小組間交流展示、現(xiàn)象解釋、質(zhì)疑與反思評(píng)價(jià)。

[實(shí)驗(yàn)藥品]12%的H2O2溶液、新制氯水、KSCN溶液、酸性高錳酸鉀溶液、0. 1mol·L-1 NaOH溶液、1. 0mol·L-1 NaOH溶液、飽和NaOH溶液、K3[Fe（CN）6]溶液、K4[Fe（CN）6]溶液。

學(xué)生小組從提供的藥品中選擇合適的試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后：

[組1]脫去藥片糖衣并研成粉末，加水溶解，觀察到溶液顯淺綠色，過(guò)幾分鐘溶液略微變黃色，應(yīng)該是脫去糖衣后的藥片研成粉末的過(guò)程有部分Fe2+被氧化Fe3+，可證明乳酸亞鐵片中存在Fe2+。

[教師]那應(yīng)如何進(jìn)行方案的優(yōu)化，減少Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+造成實(shí)驗(yàn)的干擾？有沒(méi)有不受Fe3+干擾的檢驗(yàn)方法？

[組1]研磨藥片時(shí)間縮短，溶解的蒸餾水用煮沸過(guò)的，溶液上方滴入少量煤油或植物油液封或用長(zhǎng)吸管吸取少量乳酸亞鐵藥片水溶液，伸入NaOH溶液中再擠出。選擇靈敏的特征反應(yīng)，不受Fe3+干擾，比如可在待測(cè)液中滴入幾滴K3[Fe（CN）6]溶液，出現(xiàn)的藍(lán)色沉淀說(shuō)明Fe2+的存在。

[組2]取少量的乳酸亞鐵藥片水溶液，分別滴入0. 1mol·L-1 NaOH溶液、1. 0mol·L-1 NaOH溶液和飽和NaOH溶液。前兩組實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，而滴入飽和NaOH溶液出現(xiàn)少許灰綠色振蕩后產(chǎn)生白色沉淀，并長(zhǎng)時(shí)間保持不變色。可證明乳酸亞鐵片中存在Fe2+。

[組2]為什么有的沉淀變灰綠、有的保持白色，我們猜想與NaOH溶液濃度有關(guān)，可多大的濃度才能生成Fe（OH）2沉淀？

[教師]非常好！能通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)知道，在具體實(shí)驗(yàn)中需要考慮濃度大小及反應(yīng)體系間可能造成的影響。我們可從定量角度計(jì)算生成Fe（OH）2沉淀的可能性。

[資料]每片補(bǔ)血?jiǎng)?. 1g含鐵元素19. 5mg。25℃時(shí)， Ksp[ Fe （ OH ）2] = 4. 87×10-17[10]。

[教師]若每片補(bǔ)血?jiǎng)?，配?0 mL溶液，實(shí)驗(yàn)提供的0. 1 mol·L-1 NaOH溶液、1. 0 mol·L-1 NaOH溶液、飽和NaOH溶液能否與補(bǔ)血片劑配成的溶液產(chǎn)生Fe（OH）2沉淀？

[學(xué)生]由計(jì)算可知，實(shí)驗(yàn)所用的NaOH溶液理論上都能與補(bǔ)血片劑配成的溶液產(chǎn)生沉淀。

[教師]采用高濃度的NaOH溶液，白色沉淀能保持較長(zhǎng)時(shí)間是因?yàn)榉磻?yīng)后體系pH較大，使得體系中的c（Fe2+）較小，不易被吸附在Fe（OH）2膠核或沉淀表面[11]。

[組3質(zhì)疑]我們?nèi)∩倭康娜樗醽嗚F藥片水溶液，也滴入飽和NaOH溶液，出現(xiàn)白色沉淀，但用力振蕩沉淀反而消失。

[資料] Fe（OH）2溶于濃堿溶液生成[Fe（OH）6]4-離子[12]。

[教師]從展示資料我們可從結(jié)構(gòu)的角度分析沉淀消失的原因。

[組3] Fe（OH）2中的二價(jià)鐵價(jià)層電子排布式為3d6具有空軌道，堿的濃度過(guò)大，沉淀來(lái)不及聚沉，便優(yōu)先與周?chē)腛H-形成絡(luò)合離子[Fe（OH）6]4-。

[組3]取少量的乳酸亞鐵藥片水溶液，滴入2滴KSCN溶液，無(wú)明顯變化，均分兩份后分別滴入幾滴H2O2溶液、新制氯水，溶液分別變黃色、血紅色。在前者溶液中滴入K4[ Fe（CN）6]溶液出現(xiàn)深藍(lán)色沉淀，證明乳酸亞鐵片中存在Fe2+。前者溶液為什么變黃而沒(méi)有變血紅色？

[資料]電極電勢(shì)高的氧化性強(qiáng)（見(jiàn)表2）。

[組3]12% H2O2溶液由于較強(qiáng)的氧化性不僅氧化Fe2+，也可能氧化了SCN-導(dǎo)致無(wú)法形成血紅色的絡(luò)合物Fe（SCN）3。所以如果用這個(gè)方法檢測(cè)，選擇的氧化劑不能太強(qiáng)。

[教師]展示三套教材相關(guān)內(nèi)容，指出Fe2+的檢驗(yàn)都先滴入KSCN溶液，無(wú)明顯變化再加入少量新制氯水而不是H2O2溶液，體現(xiàn)教材實(shí)驗(yàn)編寫(xiě)的科學(xué)與嚴(yán)謹(jǐn)。

[組4]取少量的乳酸亞鐵藥片水溶液，滴入幾滴酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液的紫紅色褪去，溶液由淺綠色變黃色，證明乳酸亞鐵片中存在Fe2+?？裳a(bǔ)血片中乳酸根或其他成分會(huì)不會(huì)也具有還原性，從而干擾Fe2+的檢驗(yàn)？

[教師]肯定了學(xué)生的質(zhì)疑。乳酸亞鐵溶液中含有哪些微粒？這些微粒是否具有還原性，可以從結(jié)構(gòu)分析或查詢相關(guān)資料。

[資料]乳酸亞鐵補(bǔ)血片中的成分。乳酸亞鐵：[CH3CH（OH）COO]2Fe·3H2O；羥丙甲纖維素，可用于緩釋或控釋片劑的致孔道劑；羥丙纖維素，主要用作片劑的崩解劑和粘合劑；硬脂酸鎂，主要用作潤(rùn)滑劑；預(yù)膠化淀粉在片劑中常用作粘合劑、稀釋劑。

[組5]從乙醇的羥基能被酸性KMnO4溶液氧化類比遷移，我們分析后預(yù)測(cè)乳酸根中的羥基可能也會(huì)被其氧化。因此，能使KMnO4溶液褪色的不能證明一定含有Fe2+。應(yīng)該做一下乳酸鈉與酸性KMnO4溶液反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

[教師]演示乳酸鈉中滴入酸性KMnO4溶液，充分振蕩，溶液由紫紅色褪去。

[教師]實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)有控制單一變量的意識(shí)，增加乳酸鈉與KMnO4溶液反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓結(jié)論更嚴(yán)謹(jǐn)。

[教師]演示預(yù)膠化淀粉溶液、丙甲纖維素溶液中分別滴入酸性KMnO4溶液，充分振蕩，溶液顏色均無(wú)明顯變化，說(shuō)明這些添加劑不能被酸性KMnO4溶液氧化。從這些實(shí)驗(yàn)中，你們對(duì)物質(zhì)的檢驗(yàn)有什么新認(rèn)識(shí)？

[組5]檢驗(yàn)物質(zhì)或具體離子，應(yīng)該首先分析是理想或真實(shí)情境，真實(shí)情境下考慮復(fù)雜體系中存在的其他微粒可能帶來(lái)的影響；其次根據(jù)待測(cè)物質(zhì)的特殊性質(zhì)或綜合考慮、排除體系中其他物質(zhì)的干擾，再選擇合適的試劑進(jìn)行檢驗(yàn)。不能眼中只有關(guān)注待檢微粒，要整體考量。

[教師]檢驗(yàn)試劑的選擇原則是靈敏、現(xiàn)象易觀察、反應(yīng)盡可能單一、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等；試劑互滴順序變化可能導(dǎo)致產(chǎn)物不同，其本質(zhì)是因?yàn)榉磻?yīng)物所含微觀粒子濃度影響反應(yīng)產(chǎn)物或存在多個(gè)反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)。

[設(shè)計(jì)意圖]通過(guò)開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)探究———補(bǔ)血?jiǎng)┲需F元素價(jià)態(tài)的檢驗(yàn)，不同小組間進(jìn)行交流展示、現(xiàn)象解釋，在質(zhì)疑與反思評(píng)價(jià)等思維碰撞的過(guò)程中逐漸建立并理解復(fù)雜系統(tǒng)反應(yīng)的思維模型。通過(guò)這些從單一到復(fù)雜真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境，在問(wèn)題解決過(guò)程中，學(xué)生掌握Fe2+定性檢驗(yàn)的方法與定量分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)會(huì)自覺(jué)從物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)原理等理論角度，從單一的氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)到系統(tǒng)中的反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)等角度解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)，選擇優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，建構(gòu)物質(zhì)檢驗(yàn)的系統(tǒng)思維模型（見(jiàn)表3）。逐步實(shí)現(xiàn)認(rèn)知“從事實(shí)到方法，從經(jīng)驗(yàn)到理論，從定性到定量，從孤立到系統(tǒng)”等的進(jìn)階。

任務(wù)四 “缺鐵性”補(bǔ)血?jiǎng)┱f(shuō)明書(shū)的解釋與完善

[資料]維生素C的強(qiáng)還原性可提高Fe2+的穩(wěn)定性，將維生素C與硫酸亞鐵并用，鐵的吸收率可由2. 6%提高至11. 5%[14]。

[教師演示]①將1片維生素C投入Fe2（SO4）3溶液中，振蕩后溶液由黃色變成淺綠色；②乳酸亞鐵藥片水溶液加入含鞣酸的茶水，出現(xiàn)藍(lán)黑色沉淀。

[學(xué)生]維生素C具有還原性，能把Fe3+還原為Fe2+，與補(bǔ)血?jiǎng)┩梢詼p少Fe2+被氧化，提高補(bǔ)血?jiǎng)┬Ч?/p>

[教師]除普洱和藏茶外，多數(shù)茶水中含有鞣酸，易與Fe2+反應(yīng)生成鞣酸亞鐵，鞣酸亞鐵化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易被氧化為藍(lán)黑色的鞣酸鐵，人體難以吸收影響藥效。

[設(shè)計(jì)意圖]市面常見(jiàn)的“缺鐵性”補(bǔ)血?jiǎng)┯腥樗醽嗚F、硫酸亞鐵、琥珀酸亞鐵、葡萄酸亞鐵等。為了建構(gòu)復(fù)雜體系中物質(zhì)檢驗(yàn)，要考慮微粒間相互干擾的思維模型，從學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備和認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，選擇乳酸亞鐵補(bǔ)血?jiǎng)┑乃幤氛f(shuō)明書(shū)給學(xué)生課前閱讀，創(chuàng)設(shè)復(fù)雜的真實(shí)情境。學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主體的作用，提出一些有價(jià)值的問(wèn)題，其中比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題當(dāng)場(chǎng)解釋解決，其余作為課上的學(xué)習(xí)探索情境進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究，有利學(xué)生體驗(yàn)像科學(xué)家一樣思考與解決問(wèn)題的過(guò)程。

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教師缺鐵性補(bǔ)血?jiǎng)┠芊裼靡恍╋嬃希ㄈ缣K打水）送服？

[教師]演示乳酸亞鐵藥片水溶液加入0. 1mol·L-1 NaHCO3溶液，產(chǎn)生膠狀白色沉淀，沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色。讓學(xué)生嘗試從定性和定量的角度去分析解釋出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因。

[學(xué)生]根據(jù)上述提供的資料從定量的角度計(jì)算，產(chǎn)物應(yīng)主要是FeCO3。

[教師]膠狀沉淀FeCO3吸附Fe2+，因而迅速變灰綠色。實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果似乎不相吻合，實(shí)際反應(yīng)中要綜合考慮熱力學(xué)（反應(yīng)的可能性）與動(dòng)力學(xué)（吸附的速率）共同影響。

[設(shè)計(jì)意圖]以NaHCO3溶液為例，暴露學(xué)生在分析二元弱酸的強(qiáng)堿酸式鹽（NaHA）溶液中微粒濃度大小比較和相關(guān)反應(yīng)的認(rèn)知偏差：學(xué)生對(duì)體系中存在多個(gè)平衡，且每個(gè)平衡之間既相互聯(lián)系，又相互制約經(jīng)常錯(cuò)誤地進(jìn)行片面（只研究某一個(gè)或某幾個(gè)平衡）、孤立（把其中的平衡看成是獨(dú)立體系）的分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)與定量計(jì)算示范，糾正認(rèn)知偏差，從熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)兩個(gè)維度去研究化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)多平衡共存真實(shí)、復(fù)雜體系的問(wèn)題分析與解決的認(rèn)知進(jìn)階。

[課后作業(yè)]解釋向1mol·L-1Fe2（SO4）3溶液中通入SO2氣體為什么會(huì)變?yōu)榧t棕色，而后逐漸變?yōu)闇\綠色。如果使通入Fe2（SO4）3溶液中通入SO2氣體不會(huì)出現(xiàn)紅棕色，可以怎樣改變反應(yīng)條件？

[設(shè)計(jì)意圖]布置復(fù)雜體系、多個(gè)反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的作業(yè)，通過(guò)遷移應(yīng)用，鞏固多個(gè)反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)，并從動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)兩個(gè)角度，從絡(luò)合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等多元角度思考問(wèn)題的思維模型。

五、教學(xué)反思

在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)真實(shí)的新情境中才能激活、調(diào)動(dòng)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備，更好地診斷學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)化水平。新情境的選擇要注意能串聯(lián)起不同模塊的知識(shí)，只有在復(fù)雜、有挑戰(zhàn)的問(wèn)題解決中，才能激發(fā)學(xué)生潛能，高階思維才不斷得以進(jìn)階，最終促成學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。首先，要重視對(duì)情境中問(wèn)題的挖掘，提煉出指向不同思維層次，層層遞進(jìn)且具有邏輯關(guān)聯(lián)的問(wèn)題鏈，設(shè)置適恰的任務(wù)或認(rèn)知活動(dòng)，在真實(shí)情境的問(wèn)題解決過(guò)程中發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知水平，運(yùn)用“情境—問(wèn)題”的教學(xué)設(shè)計(jì)策略有助于促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知進(jìn)階。其次，根據(jù)情境的不同類型，要提供與之匹配的認(rèn)知支架。如鐵元素在人體中的存在與功能、“補(bǔ)血?jiǎng)睘槭裁纯梢匝a(bǔ)血等與生物、藥學(xué)有關(guān)，需要教師提供跨學(xué)科的相關(guān)資料作為學(xué)習(xí)支撐。

認(rèn)知進(jìn)階的活動(dòng)任務(wù)分為以下四類：概括關(guān)聯(lián)類、解釋說(shuō)明類、推理預(yù)測(cè)類、綜合解決類[17]。通過(guò)“補(bǔ)血?jiǎng)钡脑偬骄浚?gòu)涵蓋鐵及其化合物“價(jià)類構(gòu)性用”等多維視角融合的認(rèn)知模型，完善和豐富了學(xué)生對(duì)元素化合物的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知路徑，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的進(jìn)階。在“補(bǔ)血?jiǎng)钡脑偬骄拷虒W(xué)過(guò)程，通過(guò)Fe2+與NaHCO3、NaOH溶液，F(xiàn)e3+與SO2反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的“異?！爆F(xiàn)象引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，除了達(dá)到“激趣”，更重要的是“激疑”的作用，可以充分發(fā)揮推理預(yù)測(cè)類認(rèn)知活動(dòng)的功能。通過(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)的“異常”或者多個(gè)反應(yīng)體系并存與相互影響的情境，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，充分讓學(xué)生分析推理、預(yù)測(cè)解釋、歸納論證，提升實(shí)驗(yàn)綜合探究能力，增進(jìn)學(xué)科理解，發(fā)展批判性思維與創(chuàng)新意識(shí)。解釋說(shuō)明類的認(rèn)知進(jìn)階活動(dòng)，通過(guò)學(xué)生的多樣化表達(dá)，較好地外顯學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程，有助于教師在學(xué)生的認(rèn)知障礙點(diǎn)及時(shí)給予幫助，通過(guò)教學(xué)調(diào)整與反饋，幫助學(xué)生經(jīng)歷反思、修正與強(qiáng)化的過(guò)程，逐步達(dá)成認(rèn)知進(jìn)階。

參考文獻(xiàn)：

[1] National Research Council. Taking Science to School[M]. Wash-ington，DC：National Academies Press， 2007：213-251.

[2]李衍勛，王婷.從能力走向認(rèn)知：學(xué)習(xí)進(jìn)階測(cè)評(píng)的轉(zhuǎn)向[J].教育理論與實(shí)踐，2022，42（34）：59-64.

[3]姚建欣，郭玉英.為學(xué)生認(rèn)知發(fā)展建模：學(xué)習(xí)進(jìn)階十年研究回顧及展望[ J].教育學(xué)報(bào)， 2014， 10（5）：35-42.

[4]鄭國(guó)雄.基于認(rèn)知進(jìn)階的單元教學(xué)設(shè)計(jì)———以“沉淀溶解平衡”為例[ J].中小學(xué)教學(xué)研究，2021，（5）：11-15.

[5]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂） [S].北京：人民教育出版社，2020：76，56，66.

[6] [12][13][16]北京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室，華中師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室，南京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室.無(wú)機(jī)化學(xué)第四版[M].北京：高等教育出版社，2013：774，770，423，420.

[7] [8]鄧梅，高恒飛，李一梅.高中化學(xué)中“鐵及其化合物”的項(xiàng)目式教學(xué)研究 ———以“為缺鐵性貧血人群制定補(bǔ)鐵策略”[ J].化學(xué)教與學(xué)， 2022，（11）：29-34.

[9]王晶，鄭長(zhǎng)龍主編.義務(wù)教育教科書(shū) 化學(xué) 九年級(jí)（下冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2020：91.

[10] [15]王祖浩主編.選擇性必修1化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2022：87.

[11]吳文中.氫氧化亞鐵變?yōu)榛揖G色的理論探究———由一次意外的實(shí)驗(yàn)引起的思考與分析[J].化學(xué)教學(xué)，2016，（9）：60-63.

[14]展筱林，王鳳山，王京端等.缺鐵性貧血治療藥物研究進(jìn)展[J].齊魯醫(yī)學(xué)雜志，2008，23（5）：467-468，470.

[17]黃秀娟，陳迪妹.促進(jìn)認(rèn)知進(jìn)階的“情境—問(wèn)題”教學(xué)設(shè)計(jì)策略[ J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2022，（6）：52-55.

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