基于真實情境的“價-類”思維的構建*

熊娟

摘要：“價-類”思維可以預測物質的性質和設計物質間的轉化，對于元素化合物的學習有重要作用。以“醫生給缺鐵性貧血的病人開藥”為情境，設計一系列情境問題，利用“價-類”二維圖討論鐵鹽和亞鐵鹽的化學性質，通過實驗探究解決問題。培養學生利用“價-類”思維學習元素化合物知識，提高學生科學探究的學科素養，體會化學與生活緊密聯系，增強社會責任感。

關鍵詞：真實情境;“價-類”二維圖;實驗探究

文章編號：1008-0546（2022）03x-0050-05??? 中圖分類號：G632.41??? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.012

“價-類”分別指元素價態和物質類別。2019年人教版教材化學必修第一冊特別指出“物質類別和元素價態，是學習元素及其化合物性質的重要認識視角”[1]。基于物質的“價-類”思想，可以預測物質的性質和設計物質間的轉化，對于元素化合物的學習有重要作用。

一、教學內容及教學現狀分析

1.教學內容

“鐵鹽和亞鐵鹽”是2019年人教版教材化學第一冊第三章“鐵金屬材料”第一節的內容。主要內容有：鐵鹽和亞鐵鹽的性質;鐵鹽和亞鐵鹽的轉換;鐵鹽和亞鐵鹽的檢驗及應用;運用“價-類”思維分析和解決問題。

2.教學現狀分析

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）在必修課程內容主題2“常見的無機物及其應用”中指出“結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解鐵及其重要化合物的主要性質，了解它們在生產生活中的應用”[2]。本節內容將知識、實驗、應用緊密結合，培養學生模型認知和證據推理、科學探究和創新意識、科學態度和社會責任的核心素養。但在實際教學中存在3個不足：（1）實驗探究不足，不能應開盡開。（2）通過“鐵三角”關系及化學方程式的書寫強調物質的性質和轉化，忽視了知識在真實情境中的應用。（3）“價-類”思維滲透不充分，忽視了元素化合物的知識素養化。

二、教學思想與創新

1.創設情境，提出問題

本節課的引入是學生自己主演，自己錄制的25秒情景劇。大屏幕中有熟悉的同學，再加上字幕、圖片等后期特效，同學們瞬間把注意力集中到課堂上了。提出問題：補鐵藥片是否含有亞鐵？貧血的病人是否缺維生素C？引入問題作為情境主線，推動后續的討論和探究，使堂課各個環節有機結合。

2.實驗探究，解決問題

學生分組討論，然后進行實驗探究，解決具體情境問題，再應用本節課的知識檢驗生活中常見食品和藥物中的亞鐵離子，將化學知識與生活實際結合，體現化學學科的應用性。

3.“價-類”結合，素養提升

在鐵鹽和亞鐵鹽任務討論探究中，構建鐵元素的“價-類”二維圖。“價-類”二維圖和氧化還原原理結合，為實驗探究提供原理支持，建立元素化合物的證據推理核心素養。

三、教學目標

1.通過實驗探究鐵鹽和亞鐵鹽的化學性質，體會實驗對認識和研究物質性質的重要作用，形成證據意識，培養科學素養。

2.掌握鐵鹽和亞鐵鹽的轉化關系、檢驗方法，將元素化合物的性質系統化、網絡化。

3.逐步形成“價-類”思維，學會用“價-類”的視角認識有變價元素物質間的轉化關系，建立模型認知和證據推理的素養，豐富研究物質的思路和方法。

4.學會用化學方法檢驗生活中含亞鐵離子的食品和藥物，學以致用，培養運用知識解決問題的能力以及科學態度和社會責任的核心素養。

四、教學流程

根據教學目標，本節課的學習過程分為四個環節：情境引入→新知學習→性質探究→生活應用。具體教學流程見表1。

五、教學實錄

1.創設情境

【情境】播放自制情境視頻。A穿著白大褂扮演醫生，B扮演病人。見圖1。

B（難受）：醫生，我最近煩躁、易怒、注意力不集中，頭發干枯脫落，請問我得了什么病？

A（自信）：你這是缺鐵性貧血。

B（開心）：我是不是應該多吃點菠菜？

A（搖頭）：我建議你多吃點豬肝。如果很不舒服，我給你開點琥珀酸亞鐵片、維生素C，服用一周后看效果。

B（感謝）：謝謝醫生！

【學生】進入情境，思考問題。

2.靈敏檢驗鐵離子的方法

【教師】要想解決B同學的問題，我們先要了解一些重要的知識。請同學們完成教材中的實驗3-2、實驗3-3，觀察兩個實驗現象，討論實驗結果。

【學生實驗】氯化鐵、氯化亞鐵溶液分別與KSCN溶液反應，觀察實驗現象、討論實驗結果。

【結論】氯化鐵和硫氰化鉀溶液混合后溶液變成血紅色，見圖2、圖3。氯化亞鐵和硫氰化鉀溶液混合后無現象。Fe+3SCN=Fe（SCN）（血紅色）

【教師】利用溶液變成血紅色這個特別的現象，可以用KSCN溶液檢驗鐵離子。KSCN溶液可以非常靈敏地檢驗鐵離子。

【演示實驗】取一支潔凈的試管，滴入兩滴氯化鐵溶液，然后用蒸餾水稀釋50倍，搖勻。再滴入1mL KSCN溶液，溶液由無色變成淡血紅色。

【教師】試管中鐵離子的濃度非常小，滴入KSCN溶液后，溶液由無色變成淡血紅色。能非常靈敏地檢驗出鐵離子。

3.Fe和Fe的化學性質

【過渡提問】補鐵需要的是亞鐵離子，可以用什么方法靈敏地檢驗出亞鐵離子呢？有了正確的方法，就可以檢驗補鐵片中是否有亞鐵離子。

【任務一】怎樣靈敏檢驗Fe？

【方法指導】（1）將鐵及其化合物標在“價-類”二維圖上，見圖4，預測Fe的性質。（2）利用靈敏檢驗Fe的方法。

【討論交流、實驗探究】根據圖中的信息討論靈敏檢驗Fe的方法。根據各組的設計、提供實驗儀器和藥品完成實驗探究。

【成果分享】分享實驗成果和結論，見圖5。

根據二維圖的信息，可以將Fe氧化成Fe，再通過檢驗Fe的存在檢驗Fe。具體實驗步驟有兩種。

方法一：取氯化亞鐵溶液，加入KSCN溶液，再加入氯水，溶液變血紅色。

方法二：取氯化亞鐵溶液，加入氯水，再加入KSCN溶液，溶液變血紅色。

【教師提問】實驗現象一樣，但是加試劑順序不一樣。請問哪一個小組是正確的？

【學生分析】方法一是正確的。先加氧化劑，再加KSCN溶液，可能原溶液是Fe，故不能確定原溶液中一定有Fe。

【教師追問】同學們成功完成任務一，解決了B同學的第一個問題。B同學還問到“我還缺維生素C嗎？”同學們知道維生素C的用途是什么嗎？

【學生分析】Fe有還原性，容易被氧化。維生素C還原性更強，可以做抗氧化劑，防止Fe被氧化。

【教師追問】剛才同學們做實驗的時候，有同學問我FeCl溶液底部是什么物質？大家根據Fe的性質可以推測出這是什么物質嗎？有什么用途嗎？

【學生分析】Fe容易被氧化，溶液中放入Fe粉，可防止Fe被氧化。

【學生總結】Fe的化學性質：（1）強還原性（2）弱氧化性。Fe的用途：人體補鐵劑、生產生活中還原劑。

【過渡提問】同學們根據“價-類”二維圖預測了Fe的化學性質，并用實驗進行了證明。同學們能否再根據“價-類”二維圖預測一下Fe的化學性質，并用實驗證明你的預測是否正確。

【任務二】探究鐵離子的化學性質。

【實驗探究】根據“價-類”二維圖，預測Fe性質;根據提供的實驗儀器和藥品設計實驗步驟，完成實驗探究。

【成果分享】根據“價-類”二維圖，Fe有氧化性，可以被還原成Fe或Fe。

方法一：取氯化鐵溶液加入KSCN溶液，溶液變血紅色，再加入鐵粉，振蕩，血紅色褪去，溶液變淺綠色。

方法二：取氯化鐵溶液加入KSCN溶液，溶液變血紅色，再加維生素C粉末，振蕩，紅色褪去，溶液變淺綠色。

【分析總結】Fe的化學性質：強氧化性。

【教師追問】Fe有強氧化性，那么Fe的有哪些用途呢？

【學生回答】可以制作印刷電路板。

【實驗展示】由于課堂時間不夠，化學興趣小組的同學在課余時完成了覆銅板制作“一中”的蝕刻實驗。實驗現象見圖6。

他們用同樣的方法又做了兩塊蝕刻覆銅板，見圖7。有興趣的同學可以課后一起完成這個實驗。

【總結提問】1、Fe、Fe、Fe三者之間可以怎樣轉化？

2、哪些方法可以鑒別Fe和Fe？

【交流總結】見圖8、表2。

4.生活中常見補鐵物質的檢驗

【任務三】生活中有很多補鐵（Fe）的食品和藥物，如菠菜、女士補鐵奶粉、琥珀酸亞鐵片等等。我們利用本節課學到的方法，檢驗這些補鐵食品和藥物中是否真的含有Fe。

【教師】發放新鮮的菠菜、琥珀酸亞鐵片、女士補鐵奶粉。提醒學生菠菜、補鐵片分別放在研缽中研磨，奶粉放入燒杯中加水溶解后進行檢驗實驗。

【實驗檢驗】分組對各物質進行現場檢驗，對比實驗現象。見圖9、圖10。

【交流總結】這些食品和藥物都有Fe。根據溶液變色的情況，菠菜中的含鐵量最少，琥珀酸亞鐵片中的含鐵量最多。A醫生說缺鐵性貧血吃菠菜的效果不如吃補鐵片劑是有科學道理的。很多食品和藥物都有專門的質量檢測機構對標注的成分進行檢驗，檢驗不合格的食品和藥物不能銷售。

【教師總結】本節課我們學會利用“價-類”二維圖預測Fe和Fe的化學性質，并用實驗證明。學會了檢驗Fe和Fe的方法，并檢驗了生活中常見補鐵食品和藥物中是否有Fe。希望在以后其它元素化合物的學習中，同學們也能利用“價-類”二維圖的思維模式進行分析，用求真精神進行科學探究，用社會責任感解決生活中的問題。

【課后作業】進一步擴充鐵及其化合物的“價-類”二維圖，見圖11。將鐵的氧化物、氫氧化物等類別的物質補充完整。結合化合價復習這些物質的化學性質，總結不同類物質相同價態的共同點、不同價態相同種類物質的共同點。

六、教學反思

1.情境豐富，貫穿課堂

情境是體現知識的發現過程、應用條件和意義價值的場景[3]。新課標在鐵及其化合物教學內容的“情境素材建議”特別提到：補鐵劑;實驗室中硫酸亞鐵的保存與使用;印刷電路板的制作;菠菜中鐵元素的檢測等等情境[2]。本節課從補鐵劑是否含有Fe 的情境開始，穿插Fe保存、Fe印刷電路板等情境，通過實驗檢驗菠菜、補鐵片、加鐵奶粉中含有Fe結束。在豐富的情境中，學生學會利用化學知識解決問題，體會到化學在生產生活中的廣泛應用，增強社會責任感。

2.實驗探究，科學精神

本節課學生實驗環節豐富，完成了新教材中“實驗”“探究”“研究與實踐”。在教材的基礎上進一步挖掘，設計了KSCN溶液靈敏檢驗氯化鐵溶液，檢驗補鐵片和加鐵奶粉中是否有Fe等，體現了課堂的廣度。實驗活動對學生實驗行為要求較高，除了觀察實驗現象，還要求對現象進行歸納總結，回答實驗有關問題，部分實驗達到了要求學生設計實驗步驟的高階行為[4]，體現了課堂的深度。學生通過實驗探究，進一步掌握Fe和Fe的化學性質，相互轉化、離子檢驗等核心知識，培養了學生的科學探究和創新意識。

3.“價-類”思維，知識素養化

新課標鐵及其化合物教學內容的“學業要求”特別提到：能依據物質類別和元素價態的角度列舉某種元素的典型代表物、預測物質的性質和變化并設計實驗進行初步驗證、說明物質轉化路徑等等[2]。“價-類”二維圖將物質類別和元素價態綜合在二維坐標圖中，有利于對物質的性質進行系統科學分析。本節課Fe和Fe的性質預測都是通過“價-類”二維圖得出的，圖中的物質類別和元素價態還可以拓展。學生“價-類”思維初步建立，為元素化合物的系統構建奠定了基礎，實現了知識素養化。

參考文獻

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心.普通高中教科書（化學必修第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2019：69.

[2] 教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[3]張景雪，袁金芳.化學核心素養下的情景教學設計及反思[J].中學化學教學參考，2019（7）：35-36.

[4]黃海清.人教版高中化學必修模塊教學生實驗活動的分析與比較[J].化學教育（中英文），2021，42（13）：8-14.

3639500589296