基于化學核心素養的教學設計

王星喬+滕瑛巧+汪紀苗+包朝龍

摘要：提出了基于化學核心素養的教學內涵、教學設計程序，并以“是否添加鐵、為何添加鐵、如何促吸收、能做質檢員”為主線，設計了“鐵及其化合物的應用”一課，為基于化學核心素養的教學提供了案例。

關鍵詞：化學核心素養；鐵及其化合物；問題境脈；教學設計

文章編號：1005–6629（2017）5–0051–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

2016年9月，普通高中課程標準修訂組發布了《普通高中化學課程標準（征求意見稿）》。在此背景下，寧波市教育局教研室開展了主題為“基于化學核心素養的課堂教學研究”教學研討活動，筆者執教了“鐵及其化合物的應用”這一示范課，受到了與會專家和教師的好評。

1 基于化學核心素養的教學內涵

《中國學生發展核心素養》認為核心素養是“學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力”[1]。高中化學學科核心素養是學生發展核心素養的重要組成部分，包括“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念和平衡思想”、“證據推理和模型認知”、“科學探究與創新意識”和“科學精神與社會責任”5個維度，全面展現了學生通過化學課程學習形成的關鍵能力和必備品格[2]?；诨瘜W核心素養的教學是指教學目標的確定、教學內容的組織、教學過程的實施、教學結果的改進、教學評價的設計等一系列教學環節均以化學核心素養的發展作為衡量準則，培養學生的關鍵能力和必備品格。具體來說，教學目標源于化學學科核心素養、教學內容基于真實情境、教學過程的實施（教學方法）有利于素養的內化，關注“教、學、評”一致性，有效開展化學日常學習評價，促進學生化學學科核心素養的提升。

2 基于化學核心素養的教學設計程序

基于核心素養的教學設計程序應把握以下幾個方面：

2.1 解構核心素養目標

在此次深化課程改革中，各學科核心素養作為統領課程標準研制與修訂的靈魂，教學目標的確定理應依據學科核心素養。相對于三維目標，核心素養的超越更多體現在“操作性上”，因為素養是可測的、有階段性的、有水平層次差異的。因此，在確定教學目標時，需將對學生總體的素養期望具體化為課時教學目標，并以此來確定教學內容，選擇教學活動方式。據此，“鐵及其化合物的應用”教學目標定位如圖1所示。

2.2 創設真實問題境脈

張華認為，素養是人在特定情境中綜合運用知識、技能和態度解決問題的高級能力與人性能力[3]。離開情境談素養，素養就成為了無源之水、無本之木。因此，基于核心素養的教學要求教師為學生創設“未知”的、“原始”的、“實際”的問題情境，并以此為主線，將整個教學內容融合其中，從而統領整個教學過程，這就是“問題境脈”。它的核心內涵在于情境中蘊含的真實問題是學生知識建構的載體，在整個學習過程中都能激發、推動、維持、強化和調整學生的認知活動、情感活動和實踐活動等，讓學生的思維不斷地走向深入，建構有意義的知識體系[4]。

據此，“鐵及其化合物的應用”以燕麥片含有鐵粉引起大眾驚慌這一新聞事件作為教學情境主體，以是否含有鐵——為何添加鐵——如何促吸收——能做質檢員作為教學主線，將鐵的物理性質、化學性質、相互轉化、實際應用等內容融合其中。

2.3 診斷素養達成情況

基于核心素養的教學要求將評價融入到平時的教學中，設計與目標相匹配的評價任務（提問、實驗探究、練習等活動），為學生提供解決真實情境下不同復雜程度化學問題的素養表現機會，獲取與目標達成相關的學習信息，基于這些證據診斷學生的發展水平并做出反饋或進行指導?！拌F及其化合物的應用”教學診斷任務如下：

通過對“燕麥片中是否含有鐵粉”的實驗探究和還原鐵粉作用的判斷與分析，診斷并發展學生對鐵的性質認識水平；

通過對“Fe2+與Fe3+相互轉化”條件探討和實驗方案設計，診斷并發展學生氧化還原反應認識結構化水平及科學探究水平；

通過對“補鐵劑是否變質”的實驗方案設計與操作，綜合評價并鞏固提升學生的化學核心素養。

3 基于化學核心素養的教學實施

3.1 是否含有鐵

[PPT]麥片中添加還原鐵粉引起公眾驚慌的新聞事件。

[教師]今年早些時候，有這樣一則新聞引起公眾驚慌：一些麥片中添加了還原鐵粉。是否真的如此呢？

[實物展示]雀巢牌麥脆片配料表。

[教師]我從超市買了雀巢牌麥脆片，配料表顯示添加了還原鐵粉，請你根據已學知識設計簡單實驗判斷麥脆片是否真的添加了還原鐵粉？

[學生]利用鐵具有鐵磁性這一性質，如果有黑色粉末能被磁石吸引，可判斷含有鐵粉，我曾在網上看到過這一實驗。

[教師]現場打磨麥脆片并裝入保鮮袋。

[學生]上臺做實驗。

[教師]有沒有觀察到被磁鐵吸引的黑色粉末？

[學生]有。

[教師]說明配料表中標注有還原鐵粉沒有問題。剛才實驗我們是利用鐵具有鐵磁性這一特殊的物理性質，鐵是生活中應用最廣泛、用量最大的一種金屬元素，具有典型的金屬通性，那它還具有哪些物理性質呢？

[學生]銀白色金屬光澤，導電性、導熱性、延展性。

設計意圖：基于核心素養的教學一個顯著的特征是問題來源于真實情境、是原生態的。本節課以麥片中添加還原鐵粉引起公眾驚慌的新聞事件作為引入，一下子吸引了學生的興趣，讓學生明白本節課在社會生活中的價值。此外，這一環節讓學生設計簡單的實驗方案判斷“燕麥片是否真的含有鐵”，目的在于診斷學生對鐵的物理性質認識發展水平以及提升以下化學核心素養：素養3，依據證據推出合理的結論；素養4，設計簡單的實驗方案，根據現象作出解釋；素養5，運用所學知識解決生活中簡單的化學問題。

3.2 為何添加鐵

[教師]很好，接下來我們要思考的一個問題是麥片中為何要添加還原鐵？

[學生]補鐵，血紅蛋白中含有二價鐵，還原鐵粉吃下去后能和胃酸中的鹽酸反應，生成二價鐵。

[教師]還有其他作用嗎？提示：鐵露置在空氣中最終會生成什么？形成鐵銹的條件？從另一個角度說明鐵還具有哪些作用？

[學生]吸收空氣中的氧氣和水。

[教師]正因為如此，還原鐵粉又被稱為“雙吸收劑”，糕點中通常會放一小包黑色粉末，其實就是還原鐵粉。通過剛才的問題我們發現，鐵可被鹽酸氧化到+2價，被氧氣氧化到+3價，還有哪些物質分別可將鐵氧化到+2價、+3價？請舉例。

[學生]鐵與稀硫酸、硫酸銅、硝酸銀等反應生成二價鐵，被氯氣、溴、雙氧水等物質氧化為三價鐵。

[教師]下面請同學們概括，鐵單質在什么條件下轉化為+2價，什么條件下轉化為+3價？

[學生]與弱氧化劑反應生成+2價鐵，與強氧化劑反應生成+3價的鐵。

[教師]這位同學回答一針見血。

設計意圖：鐵的化學性質是學生較為熟悉的內容，本節課在此內容的處理上并不是簡單羅列，而是創設真實的問題情境——“麥片中為何要添加還原鐵”，目的在于診斷學生對鐵的化學性質認知是處于識記水平還是應用水平。此外，“鐵單質在什么條件下轉化為+2價，什么條件下轉化為+3價”這一評價任務的設計，目的在于使學生氧化還原反應理論達到“結構化”水平，實現知識向素養轉化。

3.3 如何促吸收

[過渡]還原鐵粉易被氧化為Fe（Ⅲ），能否被人體直接吸收利用？

[學生]不能。

[追問]那怎么辦？

[學生]將其轉化。

[追問]從氧化還原的角度來看，從+3價轉化為+2的鐵化合價是降低的，需要加入哪類物質才能實現轉化？

[學生]還原劑。

[教師]相反，從+2到+3則需要加入（停頓）……

[學生]氧化劑。

[教師]同學功底很扎實。

[過渡]當然，在研究相互轉化時，你是如何判斷+3價的鐵已經轉化為+2價的鐵了呢？（停頓），這就涉及到+2價、+3價的鐵的鑒別與檢驗的問題。請同學們根據已有的知識思考如何鑒別。

[學生] 1.顏色；2.加堿。

[教師]還有其他方法嗎？請你們仔細閱讀教材第75頁的信息提示。

[學生]滴加KSCN。Fe3+為血紅色，Fe2+無色。

[學生]動手實驗——用KSCN檢驗Fe3+。

[教師]巡視，并提示輕輕振蕩試管，注意觀察顏色。有血紅色嗎？是血紅色溶液還是沉淀？

[教師] Fe3+與KSCN反應非常靈敏，我們只需1滴KSCN就出現了血紅色溶液，因此可以用來檢驗Fe3+的存在。

[過渡]已經知道+2價鐵與+3價鐵的鑒別，讓我們把鏡頭重新切換到轉化。除了氧氣之外還有哪些物質能夠實現它們之間的相互轉化？這是我們接下來要著重解決的問題。

[PPT]活動與探究

設計Fe2+和Fe3+相互轉化的實驗方案

試劑：FeSO4溶液、FeCl3溶液、KSCN溶液

氯水、雙氧水（H+）

鐵粉（銅粉）、KI溶液、淀粉溶液

[教師]凡事預則立不預則廢，動手實驗之前需要先設計方案，小組展開討論，請將設計好的方案填在教材第75頁的表格中。如果方案設計完成，請將你的方案付諸實踐。

[學生]討論實驗方案，動手實驗。

[教師]我們先討論+2價轉化到+3價，哪個小組愿意分享你們的成果？請按照取樣、操作、現象、結論這一思維程序進行描述。

[學生1]在試管中加入適量FeSO4溶液，滴入1滴KSCN溶液，溶液顏色未明顯變化，再加入幾滴雙氧水或新制氯水，溶液變成血紅色，說明雙氧水或新制氯水能將Fe2+轉化成Fe3+。

[學生2]在試管中加入適量FeSO4溶液，先加入幾滴雙氧水或新制氯水，再滴入1滴KSCN溶液，溶液變成血紅色，說明雙氧水或新制氯水能將Fe2+轉化成Fe3+。

[教師]現在有兩套方案，你認為哪一套更佳？

[學生]方案1，先判別試劑中原先是否存在+3價鐵。

[教師]下面我們來看Fe3+轉化到Fe2+的相關方案。哪個小組愿意分享你們的成果？

[學生3]在試管中加入適量FeCl3溶液，滴入1滴KSCN溶液，溶液變成血紅色，再加入鐵粉或銅粉，溶液血紅色變淺，說明鐵粉或銅粉能將Fe3+轉化成Fe2+。

[學生4]在試管中加入適量FeCl3溶液，滴入KI溶液，溶液顏色加深，再滴入淀粉溶液，溶液顏色變藍，說明I-能將Fe3+轉化成Fe2+。

[練習]書寫相關離子方程式。

[過渡]如果是日常補鐵，我們可以選擇諸如添加鐵的麥片進行食補；如果是輕度、中度缺鐵性貧血呢，你會選擇……

[學生]保健品、藥品。

[教師]食物展示各種各樣補鐵劑（亮出說明書），說明書注意事項中有一條引起了我的興趣：“本品不應與濃茶同服”。為什么一些補鐵劑不能與濃茶同服呢，我們來做一個魔術。

[教師]擦亮你們的雙眼，演示茶水—墨水—茶水實驗。

[PPT]魔術解密：茶水里含有大量的單寧酸（鞣酸），當單寧酸遇到亞鐵離子后立刻生成單寧酸亞鐵，它的性質不穩定，很快被氧化生成單寧酸鐵的絡合物而呈藍黑色，從而使茶水變成了“墨水”。維C具有還原性，將+3價的鐵離子還原成+2價的亞鐵離子，因此，溶液的藍黑色又消失了，重新顯現出茶水的顏色。

[教師]維C能夠把+3價鐵還原為+2價的鐵，說明維C具有什么性質？

[學生]還原性。

[教師]服用補鐵劑時補充維C有利于促進鐵的吸收利用。

設計意圖：Fe（0）、Fe（Ⅱ）易被氧化為Fe（Ⅲ），如何促進鐵的吸收利用，自然而然過渡到Fe2+和Fe3+相互轉化。通過相關問題的探討，強化“變化觀念”這一核心素養。《普通高中化學課程標準（征求意見稿）》強調要充分認識化學實驗的獨特價值，精心設計實驗探究活動來學習化學。據此，本課在教材“活動與探究”欄目基礎上，增添了雙氧水、銅粉、KI等試劑，完全由學生自主設計方案、動手操作實驗，在教師引導下進行成果分享、小結，增強了探究活動的開放性，體現了探究活動的本質特點，提升了學生的科學探究素養。此外，教師展示茶水—墨水—茶水魔術實驗，闡述“補鐵劑不能與茶水同服”的緣由，并提供解決方案，凸顯了“Fe2+和Fe3+相互轉化”的應用價值。

3.4 能做質檢員

[過渡]作為質檢人員，最關心的是藥品是否含有鐵以及含鐵量是否達標。補鐵劑中的鐵應該是什么價態？

[學生] +2價。

[教師]你能設計實驗方案來研究補鐵劑中是否真的含有二價鐵？

[學生]先加KSCN，再加氧化劑。

[學生]動手實驗。

[教師]下面請一位同學匯報看到什么現象，有什么結論？

[學生]滴加KSCN溶液的顏色沒有明顯變化，再滴加酸化的H2O2后溶液變紅色，說明樸雪口服液中含有Fe（Ⅱ）。

[設問]這瓶補鐵劑有沒有被氧化變質？

[學生]沒有。

[追問]我這有一瓶補鐵劑露置空氣一段時間，你如何設計實驗證明它部分被氧化？

[學生]如果是部分被氧化，則需證明補鐵劑既含Fe3+、又含Fe2+。取適量補鐵劑，加KSCN溶液，若顯血紅色，則說明有Fe3+；另取部分補鐵劑，滴加酸性高錳酸鉀溶液，若高錳酸鉀溶液褪色，則說明含有Fe2+。

[追問]如果僅有蒸餾水、氯水、KSCN能完成上述實驗嗎？

[學生]加KSCN，用蒸餾水稀釋，再加氯水觀察顏色是否加深。

[教師]剛才我們通過實驗定性檢測到補鐵劑中的確含有二價鐵，那如何定量檢測鐵元素的含量呢？請同學們課后閱讀講義上的相關內容，下周活動課時間有興趣的同學我們一起去實驗室做個檢測。

[總結]今天的研究課題來源于生活中的真實社會議題，通過小組討論、設計方案、動手實驗，從而得出結論，再將所學知識應用到生產、生活中，可以歸納為起源于生活、形成于課本、應用于生活，這是完整的科學探究脈絡。希望同學們在今后生活中遇到與科學特別是化學相關的社會議題時，能夠遵循科學探究脈絡理性思考問題，不要人云亦云，這是有科學素養的公民。

設計意圖：本環節運用角色模擬法讓學生綜合應用Fe2+和Fe3+相互轉化、Fe2+和Fe3+鑒別與檢驗等內容檢測補鐵劑商品質量，綜合評價并鞏固提升學生的化學學科核心素養。最后的結語既呼應了開頭，又升華了主題，使學生今后能對與化學有關的社會熱點問題進行理性思考，從而做出正確的價值判斷，提升了“科學精神與社會責任”這一核心素養。

參考文獻：

[1]余文森.核心素養的教學意義及其培育[J].今日教育，2016，（3）：11～14.

[2]普通高中課程標準修訂組.普通高中化學課程標準（征詢意見稿）[Z]，2016.

[3]張華.論核心素養的內涵[J].全球教育展望，2016，（4）：18～22.

[4]楊玉琴，王祖浩.教學情境的本真意蘊——基于化學課堂教學案例的分析與思考[J].化學教育，2011（10）：30～33.