基于真實情境融合課程思政、學科核心素養的化學教學設計與實踐

馮瑩 丁弘正 李佳

摘要：以鐵制品的生產為境脈，串聯起鐵的存在形態、冶煉、性質與應用，從真實情境中找尋課程思政與化學學科核心素養的契合點。基于鐵和水蒸氣的實驗探究，開展安全教育，并培養證據推理的學科核心素養;從鐵的生銹、防護等問題的討論中，發展學生模型認知的學科核心素養，落實節約資源的生態文明教育;從巨大的鋼鐵產量和鋼鐵的廣泛應用出發，鼓勵學生敢于質疑、勇于創新，升華科技強國的愛國主義精神。以情境為依托，借助于多種教學方法，將化學學科核心素養與課程思政理念相融合，促進化學學科與課程思政同向同行，形成協同效應。關鍵詞：課程思政;學科核心素養;鐵的單質

文章編號：1008-0546（2021）09-0051-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.013

思想政治教育與學科教學的融合、滲透是中小學堅持五育并舉，落實立德樹人根本任務，培養擔當民族復興大任的時代新人的重要途徑[1]。在化學教學中探索課程思政，也將有助于學生進一步發展化學學科核心素養。人類在四千五百多年前就開始使用鐵器。鐵是目前產量最大、使用最廣泛的金屬，鐵對于促進生產發展、改善人類生活發揮了巨大的作用。新人教版必修第一冊第三章第一節鐵及其化合物是聯系生活、面向社會的教學內容，不僅承載著化學知識、核心素養，也是踐行課程思政的重要載體。

一、學情分析

高一學生在學習“鐵金屬材料”這一章前，已經學習了物質分類和轉化，以及重要的理論知識——氧化還原反應和離子反應，初步掌握利用類別和價態分析物質性質的方法。通過對Na、Cl這兩種元素的系統學習，以及對物質的量為核心的定量認識，逐步形成了“宏觀辨識與微觀探析”的素養[2]。雖然學生已經具備了一定的能力去研究一些熟悉的元素及其化合物，但是面對變價金屬鐵，涉及物質種類多、知識零散，學生在學習過程中常常會有知識不系統，物質性質繁多、零亂的感受，且學生辯證、全面思考和總結能力依然欠缺，以及對實驗的探究和思考依然浮于表層而不深入，學生習慣于被動接受式學習方式，并不能主動參與到知識的自主獲得與建構過程中來。同時，面對鐵在日常生活中廣泛的應用，學生欠缺從應用深入到物質的性質，從表觀深入到本質的能力，理論與實踐的聯系能力略顯不足。

二、教學與評價目標

1.教學目標

（1）通過越王勾踐劍為青銅器而非鐵器，初步了解鐵元素在自然界中的存在形態，認識其冶煉工藝和改進技術，體會化學與生產、生活實際的聯系;

（2）從我國古代到現代對鐵的運用，挖掘鐵具有的性質，感受鐵元素在科技發展進程中的貢獻，增強文化自信;

（3）通過實驗觀察進一步認識鐵的化學性質，基于實驗事實寫出鐵與水蒸氣反應的化學方程式，并用于解釋生產中簡單的化學問題，培養安全意識;

（4）通過小組討論鐵和各類氧化劑的反應，初步建立鐵和氧化劑的反應模型。

2.評價目標

（1）通過對鐵和水蒸氣反應的實驗探究，診斷并發展學生的實驗觀察和證據推理能力;

（2）通過鐵與各類氧化劑轉化關系的討論和歸納，診斷并發展學生對變價金屬轉化的認識水平;

（3）通過鐵可以被氧化，但又可以利用它被氧化服務于生活的雙面討論，診斷并發展學生對化學價值的認識水平。

三、教學設計思路

教學設計思路（見表1）。

四、主要教學過程

環節1：創設情境，提出問題

[教師引入]諸暨歷史悠久，人文薈萃，是越國故地、西施故里，相傳吳越之爭中，越王勾踐曾在諸暨勾乘山休養生息、圖謀復國。說到越王勾踐，大家可能都會想到被譽為天下第一劍的越王勾踐劍。大家知道它是什么材質嗎？

[學生回答]青銅劍。

[教師追問]為什么越王勾踐不用鐵來鑄造他的兵器？

[學生討論]鐵在自然界中主要以+2和+3價化合物的形態存在，只有極少數以單質形態存在……。

[教師展示]各類鐵礦石圖片：隕鐵、赤鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦……。

[教師追問]既然鐵在自然界中主要以化合態存在，且鐵元素在自然界中含量僅次于氧、硅和鋁，居第四位，那么為什么不用鐵礦石進行冶煉呢？

[學生猜想]可能受當時的冶煉技術所限。

[教師展示]追尋鐵礦石冶煉鐵的歷史：春秋戰國——宋代——現代。

[教師提問]雖然鐵的冶煉技術不斷更新，但是所涉及的反應原理基本一致，請書寫冶煉相關方程式。

設計意圖：結合學生熟悉的鄉土文化創設情境，增加學生親切感，拉近師生間的距離，有利于學生盡快進入良好學習狀態。同時，從越王勾踐這一中華傳統文化出發，過渡到化學學科知識，引導學生透過外在現象，分析內在本質，于歷史淵源與證據推理中增強文化自覺、文化自信。

環節2：分析推理，實驗驗證

[教師展示]冶煉得到的鐵水，需要注入模具中，鋼鐵廠總會在醒目的位置貼出安全告示：熾熱的鐵水或鋼水注入模具之前，模具必須進行充分的干燥處理，不得留有水。

[小組討論]（1）從理論上看，鐵是否具備與水反應的可能性？（2）鐵能和什么狀態的水反應？（3）除了氫氣，猜測一下還有什么產物？

[實驗演示]鐵和水蒸氣的改進實驗：在一支大試管中加入一顆已浸泡的水寶寶，同時塞上一團濕棉花，加入還原鐵粉，先進行預熱，然后兩只酒精燈分別對水寶寶、還原鐵粉進行加熱，將產生的氣體通人肥皂液中，然后用燃著的火柴靠近肥皂液。

[教師提問]你觀察到了什么實驗現象？

[學生觀察]產生了黑色的固體，聽到了爆鳴聲。

[教師提問]這說明鐵確實可以和水蒸氣反應，生成了氫氣，那么這個黑色的固體可能是什么呢？有哪些可能性呢？

[生生討論]小組討論黑色固體的各種可能性。

[教師展示]資料卡：FeO、Fe2O3、Fe3O4、Fe（OH）2、Fe（OH）3的顏色、磁性、穩定性。

[教師追問]結合實驗現象和資料卡，你認為這個黑色固體是什么？是否可以進行實驗驗證呢？

[教師引導]四氧化三鐵被稱為磁鐵礦，可以吸引鐵粉，我們來試試。

[任務布置]結合探究結果，請寫出相應的化學方程式，并用雙線橋表示電子轉移的方向和數目。

設計意圖：順勢承接鐵的冶煉，利用鋼鐵廠安全生產提示引出本節課的重難點——鐵和水蒸氣的反應，類比鈉和水的反應，預測可能的產物，通過實驗操作和部分產物的檢驗，初步構建反應方程式，通過實驗現象的觀察，預測全部產物。借助于鐵和水蒸氣反應的探究，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系，從而建立認知模型，揭示本質。以直觀實驗增強學生對安全生產的認識，掌握化學知識增強社會責任感。

環節3：尋找實例，體現性質

[過渡、展示]冶煉得到的鐵，注入模具后，還需反復捶打，投屏展示打鐵的圖片。

[教師提問]（1）反復捶打鐵器，體現了鐵的什么性質？（2）在生活中還能尋找到哪些體現鐵的各類物理性質的應用？

[學生回答]：反復捶打，體現了鐵的延展性。平時，我們使用鐵鍋燒水煮菜，體現了鐵的導熱性，鐵還可以制成導線，體現了導電性。

[教師提問]大家有沒有留意過油罐車尾部會拖著一條鐵鏈，這是為什么呢？

[生生討論]油在運輸的時候，會與桶壁摩擦起電，這一條鐵鏈是為了將產生的電荷及時轉移到大地，這樣就不會產生爆炸了。

設計意圖：通過問題的引導，以生活化的感性認知豐富學生對鐵的物理性質的理性認知，形成性質決定用途，用途體現性質的觀念，培養學生宏觀辨識與微觀探析的學科核心素養，掌握用聯系觀連接生活實例與物質性質。

環節4：構建模型，深化認知

[教師提問]千錘百煉后的鐵在日常生活中有非常廣泛的應用，而在應用中我們最擔心鐵生銹。鐵生銹其實質是鐵被氧化劑氧化，生成了鐵銹。那么鐵還可以與哪些常見的氧化劑反應呢？

[學生回答]氯氣、硫、氧氣、稀硫酸、硫酸銅……

[教師追問]鐵與氯氣、鐵與硫反應，產物分別是什么？

[學生回答]分別生成了氯化鐵和硫化亞鐵。

[教師追問]同樣的還原劑，為什么產物中鐵的價態不同？

[生生討論]這與氧化劑氧化性的強弱有關，氯氣氧化性強，將鐵氧化為+3價，而硫氧化性弱，只能將鐵氧化為+2價。

[教師評價、追問]非常好。那么哪些氧化劑能將鐵氧化為+3價，哪些氧化劑只能將鐵氧化為+2價呢？

[學生歸納]強氧化劑氯氣、溴單質、硝酸能將鐵氧化為+3價，而硫、碘單質、稀硫酸、硫酸銅等弱氧化劑只能將鐵氧化為+2價。

[教師提問]鐵與氧氣反應，如果是在空氣中慢慢生銹，將會生成鐵銹Fe2O3·nH2O，而如果在純氧中燃燒，火星四射，生成Fe3O4，這又說明了什么？

[學生討論]鐵與同一氧化劑反應，反應條件不同，氧化產物也不同。

[教師總結]同一還原劑與氧化劑發生氧化還原反應時，氧化劑的強弱和反應條件都會影響產物。

[教師任務設計]鐵器那么容易生銹，造成了大量的資源浪費，那么該如何預防其生銹呢？請大家提出寶貴的意見。

[小組匯報]方法一：金屬表面覆蓋保護層：涂油漆、鍍不活潑金屬等;方法二：改變金屬組成或結構：添加其他元素形成耐蝕合金;方法三：金屬表面生成一層致密的氧化膜……。

[教師提問]鐵易被氧化，但不是一味地預防，有時候我們恰恰需要利用鐵被氧化的性質，請同學們尋找一下生活中的實例？

[學生回答]月餅等食品中會放脫氧劑，脫氧劑的主要成分是還原鐵粉。還有暖寶寶中也含有鐵粉，鐵被氧化放出熱量，供暖。

[教師評價]所以我們需要全面且辯證地看到物質的性質。

設計意圖：從鐵易生銹引出所學的各類氧化劑，歸納總結鐵與氧化劑反應的模型;與此同時，引導學生多重視角、辯證地看待事物，使得學生站在更高角度，更全面認識事物;鐵易生銹勢必造成資源的巨大損失，引導學生樹立節約資源的可持續發展意識，增強社會責任感，能運用所學知識，為資源的節約和社會的發展貢獻自己的力量，潛移默化中融合課程思政理念開展生態文明教育。

環節5：聯系實際，科技創新

[教師展示]播放世界各國鋼鐵產量動態排行榜的視頻。

[教師提問]如此巨大的鋼鐵產量，究竟用到了哪些領域呢？

[師生互補交流]鋼鐵在現代國防科技（東風-17彈道導彈、中國第一艘國產航空母艦——山東艦）、基礎建設（高鐵、港珠澳大橋）等的應用，感受鐵元素在科技發展進程中的貢獻。

設計意圖：從巨大的鋼鐵產量出發，給學生造成強烈的視覺沖擊，增加學生內心的自豪感;巨大的鋼鐵產量不僅為人們的生活提供便利，也助推社會發展、國家繁榮、民族復興;通過鐵在國防科技、基礎建設上的廣泛引用，感受科技的力量，增強文化自信，潛移默化中進行愛國主義教育。

五、教學效果及反思

本節課教學設計打破教材的安排體系，以鐵制品的生產為境脈，串聯起鐵的存在形態、冶煉、鐵與水蒸氣的反應、鐵的物理性質、鐵的化學性質等知識。實驗探究亮點突出，不僅改進了實驗，通過加熱水寶寶持續提供水蒸氣，反應時間縮短且現象明顯實驗成功率高，問題設置層層遞進，從基于經驗事實預測到實驗現象觀察、資料卡知識學習，排除各項干擾，發展了學生從孤立水平到系統水平的學習能力。鐵與各類氧化劑的作用，從初建模型到實驗對比，進一步完善模型，發展了學生模型認知的核心素養。本節課始終以學生為主體，生生討論、師生間深入追問，將內隱的思維過程外顯且提煉出來。學生課堂參與度高，踴躍發言且正確率較高，課后的訪談中同學們說：“想不到小時候玩的水寶寶竟然可以持續提供水蒸氣，使得實驗非常成功，看來生活中的點點滴滴都需要積累，這樣才能在關鍵點上發揮作用”“中國巨大的鋼鐵產量讓我們自豪，鋼鐵不僅為我們生活提高便利，也在助推社會的發展、國家的繁榮、民族的復興，我們一定好好學習化學，將來為祖國的發展做貢獻……”等等。以鐵的單質創設的情境，將安全生產的科學態度、節約資源的社會責任、科技強國的愛國主義教育與化學核心素養融合升華，該公開課在紹興市優質課評比中獲得了專家及一線教師的好評，并榮獲一等獎。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《中小學德育工作指南》的通知[EB/OL].2017-8-22

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3-4