素養導向的“鐵的化合物性質”教學的三個設計路向

毛楊林

摘 要：化學核心素養的培養，必須以知識教學為載體，依托于一定的教學情境而達成。鐵的化合物知識與生活息息相關，是培養學生化學核心素養的重要載體。當前，其課堂教學設計有三個好的設計路向：引導學生在藝術鑒賞中宏觀辨識、微觀探析；在傳言探真中證據推理、模型認知；在魔術揭秘中科學探究、認識變化。讓學生在自主發現鐵的化合物變化規律的同時，建構認知模型，形成變化觀念與平衡思想，孕育科學精神與社會責任感。

關鍵詞：鐵的化合物；設計路向；核心素養

鐵的化合物性質的核心知識是Fe2+與Fe3+的相互轉化，傳統的教學往往只重視其知識體系的建構，而忽略其育人的價值。教育部《關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見》要求 “改進學科教學的育人功能”，“將教育教學的行為統一到育人目標上來” [1]，全面提升學生的核心素養。高中化學學科核心素養是學生在化學認知活動中發展起來并在解決與化學相關問題中表現出來的關鍵素養，反映學生從化學視角認識客觀事物的方式與結果的水平?；瘜W核心素養的培養必須以知識教學為載體，倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變?！癋e2+與Fe3+的相互轉化”是培養學生化學核心素養的重要載體，基于培養核心素養的課堂教學設計路向有很多，以下三個設計路向對于提升學生的核心素養效果明顯。

一、在藝術鑒賞中宏觀辨識、微觀探析

蔡元培曾說過：“學校一切課程沒有和美育無關的。”[2]任何學科都沒有理由拒絕美育，在化學學科教學中滲透美育，借助藝術的魅力促進化學知識的傳授顯得尤為重要。鐵和氧化鐵顏料在藝術創作中具有廣泛的應用，在課堂教學中引導學生從藝術的視角宏觀辨識、微觀探析具有人文魅力的鐵及其化合物知識，能讓學生在愉悅的審美過程中懂得化學、熱愛化學。

鐵畫被譽為“中華一絕”，它既有國畫的神韻，又有雕塑的立體美，引導觀看鐵畫的視頻或圖片，辨識鐵的物理性質。

氧化鐵顏料絢麗多彩，有優良的著色和應用性能，廣泛用于建材、涂料、塑料、電子、煙草、醫藥、橡膠、陶瓷、油墨、磁性材料、造紙等領域。引導學生在觀賞氧化鐵紅、氧化鐵黑、氧化鐵綠、氧化鐵黃、氧化鐵藍等顏料的基礎上，通過網絡查閱并設計實驗，自主探析各種氧化鐵顏料的化學成分（氧化鐵紅：Fe2O3；氧化鐵黑：Fe3O4；氧化鐵綠：Fe2O3·H2O；氧化鐵藍：FeO）。學生在輕松愉悅的探究氛圍中，自主認識氧化鐵的穩定性和與酸反應的化學性質，掌握Fe2+與Fe3+的檢驗方法，發現Fe2+與OH-反應的特殊反應現象。并通過書寫離子方程式，微觀探析各種氧化鐵、Fe2+與Fe3+的化學性質。根據Fe2+與OH-反應先產生白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的實驗現象，啟發學生思考：工業上如何制備絢麗多彩的氧化鐵顏料？讓學生頓悟各種氧化鐵顏色多彩的原因。

展示鋼筆素描作品，設問：為什么鋼筆素描不用藍黑墨水而要用碳素墨水？介紹藍黑墨水的原理是：亞鐵離子被氧化成三價鐵而使筆跡呈現由藍變黑，而為了讓二價鐵穩定存在于墨水中，常要加酸作穩定劑，而加酸會對紙張造成損害，讓學生在賞美過程中認識Fe2+易被空氣氧化成Fe3+的性質，并用離子方程式表征這種性質。引導學生繼續思考：將Fe2+氧化為Fe3+還有哪些氧化劑可選擇？請提出你的猜想，并通過實驗證明你的猜想是否正確。學生在實驗探究中自主認識Fe2+能被氯水、溴水、酸性高錳酸鉀溶液、雙氧水等氧化劑氧化的性質，并寫出離子方程式。

展示印刷電路板，在驚嘆美的氛圍中，領悟其制作原理：2Fe3++ Cu =2Fe2++Cu2+，提問：將Fe3+還原為Fe2+還有哪些還原劑可選擇？請提出你的猜想，并通過實驗證明你的猜想是否正確。讓學生在探究實驗中自主認識Fe3+能被鐵、KI溶液、Na2S等還原劑還原的性質，并寫出離子方程式。

從藝術應用角度研究鐵及其化合物的性質，要突出藝術性和科學性。以鐵畫、氧化鐵顏料、鋼筆素描、印刷電路板為載體進行實驗探究，使科學性與藝術性得到完美的統一，學生在濃郁的興趣中展開學習，創造力得到了激發，不僅自主建構了各種鐵的氧化物、Fe2+與Fe3+的化學性質，提升了實驗探究與創新意識、宏觀辨識與微觀探析等能力，而且提高了他們的審美情趣，使人的理性和感性得到全方位的協調發展。

二、在傳言探真中證據推理、模型認知

學科核心素養要求學生能夠運用所學知識去發現問題、解決問題。在人的生命活動中，鐵是必需元素，而鐵的來源一直比較貧乏，關于補鐵問題有著很多不準確的傳言。教學中精選幾則有一定社會熱度又與教學內容有密切關系的補鐵傳言，模仿中央二臺科普求證節目“是真的嗎”設計教學片斷，不僅可以激發學生的探究興趣，而且可以引導學生關注社會、提出問題、科學假設、方案設計、實驗探究、證據推理、模型認知，掌握從化學的視角認識事物、解釋和解決社會生活中真實問題的方法，形成科學精神和社會責任感。

傳言1：硫酸亞鐵是常用的補血藥，如果顏色變黃說明已經變質，是真的嗎？

展示血紅蛋白結構圖片，讓學生認識到血紅蛋白只有與Fe2+結合之后才能發揮攜氧的功能。怎樣用實驗證明補血藥有沒有變質？讓學生先嘗試用已有的方法去檢驗Fe3+，遇到困惑時通過閱讀課本，學會用KSCN溶液檢驗Fe3+的存在。追問：如何檢驗Fe2+有沒有全部變質？通過教師的指導和實驗探究，學會用酸性高錳酸鉀溶液和鐵氰化鉀溶液檢驗Fe2+的方法。討論：還有哪些試劑可以將Fe2+氧化為Fe3+ ？請根據所學氧化-還原反應的知識提出假設，寫出離子方程式，并設計實驗方案，親自做實驗，驗證假設是否正確。通過總結歸納，模型認知：H2O2、氯水、溴水、硝酸、高錳酸鉀等較強的氧化劑均可將Fe2+氧化為Fe3+ ，并總結Fe2+和Fe3+的檢驗方法。

傳言2：削皮的蘋果變黃是蘋果中Fe2+ 被氧化成Fe3+的緣故，是真的嗎？

請設計實驗檢驗變黃的蘋果表面是否含有Fe3+離子。學生實驗：在蘋果切開面上滴加KSCN溶液，發現無明顯現象，得出結論：蘋果汁中沒有豐富的Fe3+。追問：有沒有Fe2+？請設計實驗檢驗。學生在上述蘋果上再滴加1～2滴H2O2溶液，觀察，無明顯現象，得出結論：蘋果汁中沒有Fe2+，傳言是假的，蘋果變黃是由于某些有機物被氧化了。

傳言3：維生素C與補鐵劑一起服用能將Fe3+轉化為Fe2+，促進鐵的吸收，是真的嗎？

請設計實驗驗證維生素C能否將Fe3+還原為Fe2+？學生實驗：向試管中加入1mL FeCl3溶液，滴入1滴KSCN溶液，溶液呈血紅色，再加入少量維生素C（或橘子汁），振蕩，紅色褪去。說明維生素C具有還原性，能將Fe3+還原為Fe2+，傳言是真的。追問：還有哪些還原劑可將Fe3+還原為Fe2+？學生根據所學氧化還原反應的知識提出假設，寫出離子方程式，設計實驗方案，實驗求證，模型認知：Fe、Cu、Na2S、KI、Na2SO3等還原劑均能將Fe3+轉化為Fe2+。

傳言4：飯后喝茶會阻礙機體對食物中Fe2+的吸收，是真的嗎？

學生求證：往茶水中滴加FeSO4溶液，有墨黑色沉淀生成，說明傳言是真的，Fe2+能被茶水沉淀。人體內的鐵元素很容易與茶水中所含的茶堿、鞣酸、磷酸鹽、碳酸鹽、草酸等物質形成沉淀，影響吸收，因此飯后不宜飲茶！追問：還有哪些試劑能讓Fe2+和Fe3+產生沉淀？學生討論、提出假設、實驗驗證、模型認知：Fe2+和Fe3+與堿反應的性質，并進一步探究防止Fe（OH）2被氧化的措施。

傳言5：多吃木耳、菠菜等可以補鐵，是真的嗎？

請在課后以小組為單位去化學實驗室繼續探究。

化學是一門基于事實、實驗、實證的科學，“證據推理與模型認知”是學習與研究化學的思維方式。課堂教學中通過精心設置問題情境，讓學生發現問題、分析問題，多角度、多層次、多途徑地搜集證據，并能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系；知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。

三、在魔術探秘中科學探究、認識變化

“科學探究與創新意識”是化學五大核心素養的核心要素，而教材部分實驗存在趣味性不強、創新性不夠以及一些重要性質沒有實驗驗證等缺點，導致學生對實驗的興趣并不是特別高、實驗探究與創新意識不足。魔術是學生喜聞樂見的表演藝術，而“化學魔術”能夠很好地將實驗的趣味性、創新性和元素及其化合物的知識充分地結合起來，彌補教材實驗的不足。Fe2+與Fe3+參與的反應通常伴隨著豐富多彩的顏色變化，設計并表演一系列精彩的“化學魔術”實驗，能帶給學生捉摸不透的、驚奇的體驗，能激發學生饒有興趣地進行創新實驗設計和探究，自主發現Fe2+、Fe3+有關化學變化規律，形成變化觀念與平衡思想。

魔術1：變色的“酒”

在桌上放6杯“酒”，A杯是“黃酒”，其他都是“白酒”。表演開始，在B、C、D杯中依次倒入A杯中少量的“黃酒”，B杯變為“紅酒”，C杯出現淡黃色渾濁，D杯呈現棕黃色。將E杯中“白酒”依次倒入A、B、D杯中，A杯“黃酒”、B杯“紅酒”和D杯“棕黃色酒”都變為淡綠色的“酒”，再在A、B、D杯中繼續依次倒入F杯中“白酒”，A杯又變回“黃酒”，B杯又變回“紅酒”，D杯又變回“棕黃色酒”。

正當學生興高采烈地看著魔術表演時，教師提出任務：請你運用課桌上的實驗藥品和儀器，通過實驗探究揭開魔術的謎底，并寫出相關反應的離子方程式。（謎底：A杯為FeCl3溶液，B杯為KSCN溶液，C杯為Na2S溶液，D杯為KI溶液，E杯為維生素C溶液，F杯為H2O2溶液）

魔術2：堅硬的毛筆

魔術表演：用毛筆沾取氯化鐵溶液在銅片上寫字。讓學生通過實驗揭開謎底：2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2。展示印刷電路板，順勢介紹工業中印刷電路板的制作原理。

交流討論：還可以通過哪些氧化劑和還原劑，實現Fe2+和Fe3+的相互轉化，請提出假設，并通過實驗驗證假設是否正確。

建構認知模型：Fe2+和Fe3+的相互轉化關系和轉化途徑。

魔術3：變色的蔬菜汁

在淺綠色的“菠菜汁”中滴入淺黃綠色的A溶液，菠菜汁變為“黃色橙汁”；向“黃色橙汁” 里加入無色溶液B，溶液變為“紅色西瓜汁”；直接在“菠菜汁”中加入無色溶液C，看到：先產生白色沉淀，迅速變為灰綠色，最后變為紅褐色。提問：在淺綠色的“菠菜汁”和“黃色橙汁”中分別含有什么離子？（Fe2+、Fe3+）；淺黃綠色的A和無色溶液B分別是什么？（氯水、KSCN溶液）；直接在“菠菜汁”中加入無色溶液C時產生沉淀和沉淀變色的原理是什么？請自己動手，通過實驗揭開謎底。[Fe2++2OH-= Fe（OH）2↓，4Fe（OH）2+O2+ 2H2O=4Fe（OH）3]

順勢介紹多吃菠菜可以補鐵的道理。進一步思考：檢驗“菠菜汁”中是否含有Fe2+和Fe3+的操作方法是什么？建構檢驗Fe2+和Fe3+的思維模型和方法模型。

總之，在元素及其化合物的教學中，根據教學內容的特點，創設新穎的“化學魔術”，不僅能夠激發學生學習化學的興趣，而且能深化學生對重難點知識的理解，拓展學生的科學視野，在自主建構知識的同時，形成實驗探究與創新意識、證據推理與模型認知等核心素養。

四、結語

學科核心素養的培養是個長期的過程，必須以知識教學為載體，依托于一定的真實情境而達成。但化學學科核心素養有五個維度，不同的教學內容，不同的教學情境其培養核心素養的側重點有所不同，也不是每一節課的教學內容、每一個真實情境都能涉及核心素養每一個方面的，但每一節課的教學都往往能夠在學科核心素養的某個方面有所體現。所以在進行教學設計時，要創設真實的情境，科學合理挖掘出知識的每個教學環節所蘊含的核心素養的教育價值，從整體上引領學生經歷知識產生、發展、應用的過程[3]，讓學生眼中的世界“處處有化學”，幫助學生用變化的角度看世界，用探究的方式研究變化，用微觀的視角理解變化，用符號的形式描述變化，并運用于生活情境中解釋和解決生活問題，逐步形成適應個人終身和社會發展需要的必備品格與關鍵能力。關于鐵的化合物性質的教學情境有多種多樣，課堂教學設計和核心素養培養的維度也有多種選擇，但沒有最好，只有更好，讓我們在化學課堂教學改革的路上且行且探索吧！

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見：教基二〔2014〕4號[A/OL]. [2014-04-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s7054/201404

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[2]蔡元培.蔡元培選集[M].北京：中華書局，1959：199.

[3]劉前樹. 試論化學核心素養的結構[J]. 化學教育，2016，37（21）：4-8.