“素養為本”的元素化合物知識教學

張麗華

摘要： 元素化合物知識是高中化學課程的重要內容，也是發展學生化學學科核心素養的重要載體。在“素養為本”教學理念的背景下，對于“鐵及其重要化合物”的教學，可以在“兩種不同打印墨粉的打印效果不同”的真實情境中，組織學生通過對“打印墨粉中的磁性物質是什么”“怎樣檢驗墨粉浸取液中的Fe2+和Fe3+”等問題的實驗探究，在問題解決的過程中習得“鐵及其重要化合物”的知識，同時提升相應的化學學科核心素養。

關鍵詞： 素養為本; 元素化合物知識; 真實情境; 實驗探究; 問題解決

文章編號： 1005-6629（2019）8-0057-05 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）要求教師確立“素養為本”的教學理念，積極開展“素養為本”的課堂教學行動研究[1]。元素化合物知識是高中化學課程內容的重要組成部分，也是發展學生化學學科核心素養的重要載體。學生在“結合實例認識金屬、非金屬及其化合物的多樣性，了解化學反應可以探索物質性質、實現物質轉化，認識物質及其轉化在自然資源綜合利用和環境保護中的重要價值”的過程中，能夠體會物質性質及物質轉化的價值，將知識和認識轉化成問題解決的能力、科學態度和社會責任感，形成基于元素化合物知識的學科核心素養[2]。

1 ?設計思想

1.1 ?目標設計： 挖掘核心價值，凸顯核心觀念

基于“素養為本”的化學教學，其教學與評價目標設計要充分挖掘教學內容所蘊含的核心價值。“鐵及其重要化合物”是高中化學必修課程主題2“常見的無機物及其應用”中的重要內容，是促進學生基于物質分類和氧化還原反應的視角

認識物質的重要載體，有助于學生構建元素觀、變化觀等學科觀念，具有非常重要的素養發展價值。據此，本節課教學與評價目標設計如表1所示。

表1 ?“鐵及其重要化合物”的教學與評價目標

教學目標評價目標

（1） 通過對“探究打印墨粉中的鐵磁性物質”“Fe2+和Fe3+的檢驗和相互轉化”“打印墨粉浸取液中Fe2+和Fe3+的檢驗”等方案的設計與實施，發展學生實驗探究、證據推理等能力。

（2） 通過對鐵鹽和亞鐵鹽主要化學性質的探究，初步形成基于物質類別、元素價態對物質性質進行預測和驗證的認識模型。

（3） 通過對兩種不同打印墨粉的比較分析，增強科學選擇的能力，同時了解鐵及其重要化合物的有關用途，能夠認同和贊賞化學學科的價值。（1） 通過對“探究打印墨粉中的鐵磁性物質”“Fe2+和Fe3+的檢驗和相互轉化”“打印墨粉浸取液中Fe2+和Fe3+的檢驗”等設計方案的交流與點評，診斷并發展學生實驗探究的水平。

（2） 通過對鐵鹽和亞鐵鹽主要化學性質及其轉化關系的討論與點評，診斷并提升學生對物質性質及其轉化思路的認識水平。

（3） 通過對兩種不同打印墨粉的比較分析和判斷，診斷并發展學生解決實際問題的能力及對化學價值的認識水平。

1.2 ?內容組織： 主題統領教學，突出核心概念

“鐵及其重要化合物”是蘇教版高中化學必修1專題3第二節中的內容，學生在初中階段已有部分鐵及其化合物的知識儲備，并對其在生產生活中的應用也有初步的認識;專題1中物質的分類、氧化還原反應和離子反應等核心概念為本節課的學習奠定了基礎。但學生頭腦中的知識結構較為零亂，不能從物質類別、元素價態的視角認識物質的性質及其轉化。而研究表明： 只有結構化和功能化的知識才會有素養價值，知識內容主題化，有利于反映學科本質和大概念[3]。《課程標準》也要求“元素化合物知識的學習要結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究”，要“從物質類別、元素價態的角度，依據復分解反應和氧化還原反應原理，預測物質的化學性質和變化，并能分析、解釋有關的實驗現象”[4]。因此，本節課以“兩種不同打印墨粉的打印效果不同”這一真實而有意義的情境來統領三個教學環節： 初探打印墨粉中的磁性物質，如何檢驗Fe2+和Fe3+，再探打印墨粉中的Fe3O4。讓學生遷移應用物質分類、氧化還原反應、離子反應等核心概念，設計方案、動手操作、合作探究，在問題解決中實現深度學習，促進學生認識方式的發展，實現學生思維能力的提升，落實“素養為本”的教學要求。

1.3 ?活動實施： 設置多重線索，落實素養目標

“素養為本”的化學教學只有通過一系列核心問題和問題鏈驅動學生自主、合作與探究學習，使學生活動有效、有序地開展，才能“使核心素養具體化、整合化”，并“避免素養泛化”[5]。本節課圍繞三個核心問題設計一系列問題形成“問題線”，通過問題有效驅動學生在自主、合作、探究等活動中學習，構建“活動線”。學生在活動中學會分類表征、實驗探究、觀察分析、證據推理、交流分享，從而使化學學科核心素養得到落實，構建整個活動進程中的“素養線”。其中，“問題線”和“活動線”是課堂教學的“明線”，“素養線”是“暗線”。“明線”反映知識間的聯系和活動進程的序列，“暗線”則體現化學學科核心素養目標，需要以“明線”作為載體，是化學課堂教學的靈魂。本節課的問題線、活動線和素養線設置如圖1所示。

2 ?教學過程

2.1 ?初探打印墨粉中的鐵磁性物質

[教師]展示兩種不同品牌打印墨粉的打印效果，并提出自己的困惑。通過咨詢專業人員初步得知： 與打印墨粉中的鐵磁性物質有關，導出本節課的主題——探究打印墨粉中的鐵元素。

[學生]觀看投影，傾聽教師的困惑，積極思考為什么打印效果會不同？

[教師]追問： 怎樣確定打印墨粉中的鐵磁性物質是什么？

設計意圖： 真實具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺。所以，用真實、原生態的化學情境引入新課，以引發學生的認知沖突和探究欲望，促使他們形成積極的學習心向。

[學生]小組合作，提出假設： 鐵磁性物質可能是Fe或Fe3O4;通過討論交流，形成進一步探究的可行性方案： 先用磁鐵吸引，再與酸反應觀察是否有氣泡。學生完成實驗后，在觀察與分析的基礎上形成初步結論： 打印墨粉中含有鐵磁性物質，但不是Fe單質。

[教師]若是Fe3O4，又該如何設計實驗進一步驗證我們的猜想呢？

[資料卡]四氧化三鐵，又稱為磁性氧化鐵，可以近似地看作是氧化亞鐵與氧化鐵組成的化合物（FeO·Fe2O3）;此物質能溶于酸，不溶于水。

[教師]引導學生基于FeO、 Fe2O3與酸的反應形成認識： Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O。并追問： 如何檢驗鐵磁性物質可能是Fe3O4？

[學生]小組合作交流，形成基本的探究思路（見圖2）：

設計意圖： 讓學生親身經歷“提出問題、猜想假設、設計實驗方案、形成問題解決的思路”的探究過程，培養學生“科學探究與創新意識”“證據推理與模型認知”等化學學科核心素養。

2.2 ?如何檢驗Fe2+和Fe3+

[教師]引導學生觀察FeSO4和FeCl3溶液，從物質分類的視角提出可能的檢驗方案： 加入堿溶液。

[學生]觀察FeSO4和FeCl3溶液;分別取1～2mL于2支試管中，向其中各加入NaOH溶液1～2mL，觀察、記錄、分析和交流實驗現象。

[學生]（1）FeSO4和FeCl3溶液分別呈淺綠色和黃色;（2）FeCl3溶液中加NaOH溶液得到紅褐色沉淀Fe（OH）3;（3）FeSO4溶液中加NaOH溶液，得到的沉淀有的呈白色，有的呈灰綠色。

[教師]演示用長滴管將NaOH溶液注入FeSO4溶液中制取Fe（OH）2的實驗，并展示前一天制取Fe（OH）2的試管，引導學生結合自身的實驗操作，分析Fe（OH）2在空氣中變化的原因，并用化學方程式表征變化的過程。

設計意圖： 通過問題驅動和實驗探究培養學生“宏觀辨識與微觀探析”“科學探究與創新意識”等核心素養;通過設計層層遞進的問題，搭建學生思考問題的支架，降低認知負荷，培養學生“證據推理與模型認知”的核心素養。

[過渡]由于FeSO4溶液中加NaOH溶液會產生特殊的現象，NaOH溶液可用于常量下Fe2+的檢驗。那么，Fe2+在微量情況下該如何檢驗呢？

[資料卡]在含有Fe3+的溶液加入硫氰化鉀（KSCN）溶液，溶液變成血紅色，化學上常利用這一特征反應來檢驗Fe3+的存在。

[學生]完成實驗： （1）分別取1～2mL FeSO4、 FeCl3溶液于2支試管中，再各加1～2滴KSCN溶液，觀察現象。（2）取打印墨粉上層浸取液1～2mL，向其中加1～2滴KSCN溶液，觀察現象，得出結論。

[學生]交流實驗現象： （1）FeCl3溶液中加1～2滴KSCN溶液，溶液呈血紅色;FeSO4溶液中加1～2滴KSCN溶液，無現象;（2）打印墨粉上層浸取液中加1～2滴KSCN溶液，溶液呈血紅色，說明打印墨粉浸取液中含有Fe3+。

設計意圖： 第一個實驗引導學生通過實驗操作獲得宏觀現象，結合資料卡片學習新知，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”方面的核心素養。第二個實驗引導學生應用新知和創新實驗（利用化纖棉將黑色顆粒物壓至試管底部，達到固液分離的目的）解決問題，培養學生“科學探究與創新意識”的核心素養。

[教師]繼續追問： 如何檢驗浸取液中的Fe2+呢？引導學生從氧化還原反應的視角建構Fe2+向Fe3+的轉化思路（圖3）：

[學生]分別取1～2mL FeCl3溶液于2個試管中，分別向其中加Cu粉和Vc，充分振蕩，觀察、分析和交流實驗現象。

[學生]解釋說明： （1）新配制的硫酸亞鐵溶液為什么要加入少許鐵粉？（2）補血劑為什么和維生素C片同服的效果更好？

設計意圖： 呈現資料卡片進一步提供證據，通過實驗探究活動進一步構建從氧化還原的角度認識Fe3+向Fe2+轉化的思維模型，體現化學學科的基本特質。學以致用，體現化學學科的價值，為學生形成適應未來社會需要的必備品格和關鍵能力奠基。

2.3 ?再探打印墨粉中的鐵磁性物質

[教師]打印墨粉中為什么要添加Fe3O4呢？展示硒鼓，簡要介紹其結構和Fe3O4的作用： 在鼓芯磁力的吸引下，Fe3O4可攜帶炭粉吸附在磁輥上，進而熔化顯影，以保證打印的黑度。

[教師]比較兩種墨粉的打印效果、成本、多次分裝造成損耗等因素，引導學生討論如何選擇打印墨粉。

設計意圖： 從不同層面對兩種打印墨粉進行比較分析，增強學生科學選擇的能力，提升學生對化學價值的認同感，形成理性消費的意識。

[教師]整合板書，建構價類圖（圖7），引導學生總結歸納本節課研究物質性質的兩種思路——物質類別和元素價態，將所學知識進一步結構化和系統化。

[教師]課堂總結： 同學們，通過本節課的學習，我們懂得了任何現象的背后一定有其科學本質，我們要學會用所學的知識去發現、探索和創新，為我們的美好生活奠基，為人類的健康、社會的進步做貢獻！

設計意圖： 通過價類圖，聚焦學科大概念[6]——元素觀，將學生對元素化合物認識方式的發展外顯，提升學生對元素觀內涵的進一步理解，同時引導學生認同、理解和贊賞化學學科的價值。

3 ?教學反思

3.1 ?在真實情境中發展核心素養

《課程標準》明確提出要創設真實問題情境，促進學習方式的轉變[7]。帕爾默（P. Palmer）也指出： 世上只有一種誠實的方法可以用來精確地評價多元化的優質教學，就是身臨其境[8]。因此，本節課精選“兩種不同打印墨粉的打印效果不同”的真實情境素材，提煉出“初探打印墨粉中的磁性物質”“如何檢驗Fe2+和Fe3+”和“再探打印墨粉中的Fe3O4”三個核心問題，進而設計形式多樣的教學活動來落實鐵及其重要化合物的化學性質、相互轉化、實際應用等內容的學習，促進學生在活動中經歷探究學習、深度學習與拓展學習的學習進階，將學生思維不斷引向深入，同時積極主動地建構富有意義、結構化的知識體系。

3.2 ?在實驗探究中發展核心素養

化學實驗不僅是學生學習化學的重要中介，而且是發展學生核心素養的重要途徑。因此，本節課充分利用化學實驗的獨特價值，精心設計實驗探究活動，組織學生圍繞“探究打印墨粉中鐵磁性物質”“Fe2+和Fe3+的檢驗”“Fe2+和Fe3+的相互轉化”“打印墨粉硫酸浸取液中Fe2+和Fe3+的檢驗”等問題展開探究學習，幫助學生理解和掌握化學知識與技能，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養學生的科學態度和價值觀，彰顯化學實驗教學的功能與價值，從而發展學生化學學科核心素養。

3.3 ?在問題解決中發展核心素養

從問題解決的視角看，學科核心素養是學生運用從學科課程中所獲得的知識和技能解決真實而有意義、復雜甚至不可預測的情境問題的過程中表現出來的綜合品質和關鍵能力。因此，發展學生的核心素養，離不開運用化學特征的思維方式分析和解決實際問題，認同和踐行化學學習價值追求。教學時，通過真實問題情境統攝下具有系統性、層次性、獨立性和關聯性的一系列問題鏈的解決，學生利用資料卡、觀察實驗等方法獲取、表征和加工有關信息，從物質類別、元素價態的角度，依據復分解反應和氧化還原反應原理，預測物質的化學性質和變化，設計方案進行實驗驗證，尋找證據，并對證據進行評價應用、解釋有關的實驗現象，能夠促進學生元素化合物認識方式的發展，以及從化學學科知識向化學學科核心素養的轉化[9]。

參考文獻：

[1][4][7]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 76～77， 17， 2.

[2][6]房喻， 徐端鈞主編， 普通高中化學課程標準（2017版）解讀[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018： 104～107.

[3][5]王磊， 魏銳. 學科核心素養發展導向的高中化學課程內容和學業要求——《普通高中化學課程標準（2017版）》解讀[J]. 化學教育， 2018， 39（9）： 48～49.

[8][美]帕克·帕爾默. 吳國珍等譯. 教學勇氣： 漫步教師心靈[M]. 上海： 華東師范大學出版社， 2005： 14.

[9]吳星. 高中化學核心素養的建構視角[J]. 化學教學， 2017， （2）： 7.