創(chuàng)設(shè)真實情境驅(qū)動問題解決

吳娟

摘要：以“硫酸亞鐵溶液的配制”為主線，通過嘗試配制、發(fā)現(xiàn)問題、推理分析、方案設(shè)計、實驗驗證、學(xué)以致用等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在復(fù)雜真實的情境中運用學(xué)科綜合視角解決生產(chǎn)生活中的實際問題，并在解決問題的過程中逐步發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：硫酸亞鐵溶液;真實情境;化學(xué)核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2022）03x-0060-03??? 中圖分類號：G632.41??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.014

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出：真實、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺，也為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實的表現(xiàn)機(jī)會[1]。學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展需要精選學(xué)科知識并置于真實的學(xué)習(xí)情境中，通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)活動（兼具實踐性和思維性），在持續(xù)建構(gòu)和螺旋上升中形成和發(fā)展[2]。因此，我們在設(shè)計和實施化學(xué)教學(xué)時，可以將核心知識與情境、問題解決及課堂教學(xué)活動融為一體，讓學(xué)生自主建構(gòu)解決問題，使學(xué)生在解決問題的過程中逐步發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

波普爾認(rèn)為，所有的生活都是問題的解決，生活中充滿了學(xué)習(xí)機(jī)會，終身學(xué)習(xí)是十分重要的。而就化學(xué)而言，問題解決又經(jīng)常和探究性實驗密不可分，沒有真實的探究性實驗經(jīng)歷，學(xué)生只會紙上談兵，培養(yǎng)目標(biāo)就會成為空中樓閣。只有學(xué)生經(jīng)歷真實的探究性實驗，學(xué)會查閱資料，設(shè)計實驗方案，調(diào)控實驗過程，最終解決問題，匯報結(jié)論與反思，才能提高學(xué)生的綜合能力[3]。

2018年11月筆者有幸參加了江蘇省優(yōu)秀課評比活動，開設(shè)了一節(jié)“鐵及其化合物”的公開課，并獲得壹等獎。這節(jié)課設(shè)計的主要思路是：創(chuàng)設(shè)真實情境，驅(qū)動問題解決。

一、創(chuàng)設(shè)情境，引入生活中的鐵及其化合物

【引入】最新的調(diào)查研究表明：我國缺鐵性貧血的發(fā)生率達(dá)到15%～20%，兒童中這一比例更是高達(dá)25%以上。富馬酸亞鐵是一種治療缺鐵性貧血安全有效的鐵制劑，它是由富馬酸、碳酸鈉和硫酸亞鐵溶液在一定條件下反應(yīng)而制得的。隨著研究的進(jìn)一步深入，一些制藥廠家又生產(chǎn)出了富馬酸亞鐵維生素C片。

設(shè)計意圖：以補血劑富馬酸亞鐵為情境，設(shè)計兩個貫穿全課的主問題。1.硫酸亞鐵溶液如何配制？2.富馬酸亞鐵中添加維生素C的目的是什么？希望讓學(xué)生在真實情境中分析問題，從生活世界走進(jìn)化學(xué)世界，為課堂教學(xué)的后續(xù)推進(jìn)打下基礎(chǔ)。

二、實驗探究，嘗試配制FeSO溶液引發(fā)認(rèn)知沖突

課上給每個小組都提供了一小包硫酸亞鐵固體，讓學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗自己動手配制溶液，發(fā)現(xiàn)配出的溶液呈淡黃色。這時，教師取出自己事先配好的呈淺綠色的硫酸亞鐵溶液，與學(xué)生配出的溶液對比，生成一系列新的問題：為什么大家配制出的溶液呈淡黃色？可能的原因是什么？如何通過實驗來驗證你的猜想？

Fe的水溶液是黃色的同學(xué)們都很清楚，所以學(xué)生很快聯(lián)想到Fe的存在。

教師繼續(xù)追問，這僅僅是我們的推測，是不是真的含有Fe，還需要通過實驗來進(jìn)行檢驗。那怎么檢驗Fe呢？教師提供信息：向含有Fe的溶液中滴加硫氰化鉀（KSCN），溶液會變成血紅色[Fe+3SCN=Fe（SCN）]。這是Fe的特征反應(yīng)，也是我們檢驗Fe最常用的方法。

經(jīng)過動手實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)所配溶液中確實存在Fe。教師也取了少量自己事先配好的溶液樣品，向其中滴加KSCN溶液，發(fā)現(xiàn)溶液并未變紅，引出下一個問題：你們的溶液是用FeSO固體配制的呀，怎么會出現(xiàn)Fe呢？

設(shè)計意圖：課堂教學(xué)實施過程中，通過新問題的不斷生成，引導(dǎo)學(xué)生開展小組交流討論，并進(jìn)行實驗驗證，自然過渡到本節(jié)課的核心：二價鐵、三價鐵的相互轉(zhuǎn)化。

三、方案設(shè)計，自主建構(gòu)不同價態(tài)的鐵轉(zhuǎn)化關(guān)系

在這個部分，我設(shè)計了問題鏈：

1.FeSO固體溶于水配成的溶液中為什么會出現(xiàn)Fe？

2.Fe轉(zhuǎn)化為Fe的過程中，氧氣的作用是什么？

3.除了氧氣外，常見的氧化劑還有哪些？

4.這些常見氧化劑是不是也可以將Fe氧化為Fe呢

在問題的引領(lǐng)下，學(xué)生提出了一些常見的氧化劑，如：氯水、HO、KMnO/H。在此基礎(chǔ)上，教師鼓勵學(xué)生以氯水為例，自主進(jìn)行實驗設(shè)計，選擇合適的藥品，通過實驗來驗證自己的猜想是否正確。給予足夠時間后，學(xué)生提出各自的實驗方案。

學(xué)生實驗方案1：取少量FeSO溶液于試管中，滴入幾滴新制氯水，再滴入2滴KSCN，看溶液是否變紅。如果溶液變?yōu)檠t色，說明氯水可以將Fe氧化為Fe。

學(xué)生實驗方案2：取少量FeSO溶液于試管中，先滴入2滴KSCN，如果不變紅，再滴入幾滴新制氯水，看溶液是否變紅。如果溶液變?yōu)檠t色，說明氯水可以將Fe氧化為Fe。

將兩種實驗方案同時投影，經(jīng)大家討論交流后，認(rèn)為方案2優(yōu)于方案1，因為可以排除原溶液中本就有Fe的干擾，這也是高中階段一般采用的實驗方案。這時教師指出：氯水加入后除可能氧化Fe之外，還有可能會氧化SCN。所以加入氯水后，情況會比較復(fù)雜，我們今天暫且不去討論。來看剛才的方案1，它不可行，是因為我們沒有辦法確認(rèn)原溶液中是否有Fe。如果我們能證明原來里面沒有Fe那這個方案可以不可以？怎么證明原溶液中沒有Fe呢？經(jīng)教師引導(dǎo)，學(xué)生很快提出了設(shè)計對比實驗的思路。

學(xué)生實驗方案3：用兩支小試管分別取FeSO溶液，其中一支直接滴加KSCN不變色;向另一支試管中滴入幾滴新制氯水后，再滴入2滴KSCN，看溶液是否變紅。如果溶液變?yōu)檠t色，說明氯水可以將Fe氧化為Fe。

設(shè)計意圖：在學(xué)生設(shè)計實驗方案的過程中，教師不斷巡視，了解學(xué)生的思路并啟發(fā)學(xué)生反思整個實驗設(shè)計是否合理，如何對實驗方案進(jìn)行優(yōu)化。在師生、生生的互動探討過程中，摒棄了一般的先加KSCN溶液、再加氧化劑的常規(guī)思路，而提出了設(shè)計對比實驗的新方案。通過深入分析、比較優(yōu)劣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S模式，促使學(xué)生開拓思考，幫助學(xué)生正確認(rèn)識物質(zhì)，從而尋找出最合適的解決方案，提高自身解決問題的能力。

完成方案設(shè)計之后，教師又繼續(xù)指導(dǎo)學(xué)生完善實驗步驟、進(jìn)行實驗操作，根據(jù)現(xiàn)象得出結(jié)論，并通過離子方程式的書寫從微觀角度予以解釋。

在Fe向Fe轉(zhuǎn)化完成的基礎(chǔ)之上，教師將Fe向Fe反向轉(zhuǎn)化的探究過程完全交給學(xué)生，包括還原劑的選擇、實驗方案的設(shè)計、結(jié)論的得出和離子方程式的書寫。

【過渡】現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了Fe容易被氧化所以大家配制的FeSO溶液中出現(xiàn)了Fe。可是富馬酸亞鐵的制備過程中嚴(yán)格要求的是FeSO溶液，我們該如何將出現(xiàn)的Fe再轉(zhuǎn)化為Fe？

學(xué)生通過猜想、實驗方案設(shè)計、實驗驗證得出結(jié)論：金屬單質(zhì)Fe、Cu均可將Fe轉(zhuǎn)化為Fe。

設(shè)計意圖：通過這里的放手，將課堂交給學(xué)生，希望讓學(xué)生沿著宏觀現(xiàn)象、微觀本質(zhì)到問題解決的方向逐步深入，在“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的驅(qū)動下，認(rèn)識化學(xué)學(xué)科“宏觀辨識與微觀探析“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的思維方式。

四、學(xué)以致用，優(yōu)選硫酸亞鐵溶液的配制方案

在前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，回歸情境，解決問題：硫酸亞鐵溶液如何配制？

教師拿出之前已展示過的、課前自己配制好的硫酸亞鐵溶液讓學(xué)生仔細(xì)觀察“現(xiàn)在大家再來看看我配制的這個FeSO溶液，雖然Fe容易被氧化，但其中卻并未檢測出Fe，你現(xiàn)在知道原因了嗎？”學(xué)生恍然大悟，瓶底有一層鐵粉。

再提供信息：為避免硫酸亞鐵溶液變渾濁可添加少量稀硫酸。整理歸納出FeSO溶液的配制，是將一定量的FeSO固體溶于一定體積含有硫酸的水，溶解后加入少量的鐵粉。

五、類比遷移，分析富馬酸亞鐵中添加維生素C的目的

維生素C是人的生命活動必不可少的一種重要的維生素，在富馬酸亞鐵中添加維生素C可以起到補充維生素C的作用，那除此之外還有沒有別的作用呢？提供信息：維生素C又被稱為抗壞血酸，具有較強的還原性。聯(lián)系之前學(xué)習(xí)的知識，學(xué)生很自然就想到了：維生素C的加入可以防止Fe被氧化，從而提高補鐵的效果。

本節(jié)課根據(jù)既定的主題，在課堂上綜合采用了小組討論、實驗探究、信息研讀等方法來推進(jìn)教學(xué)。之后，通過對情境中兩個主問題的分析解決，不僅提高了學(xué)生解決實際問題的能力，并且在討論中鞏固了Fe、Fe的相關(guān)性質(zhì)，將知識和思維結(jié)構(gòu)化、模型化，為今后其他元素及其化合物的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

六、拓展延伸，由課堂轉(zhuǎn)向課外

高中化學(xué)的內(nèi)容與我們的日常生活有著非常多的銜接之處，如果我們能夠引導(dǎo)學(xué)生在課后積極主動地研究，不僅可以讓學(xué)生依據(jù)自己的生活經(jīng)驗來活化課堂所學(xué)，還可以促進(jìn)學(xué)生利用課堂所學(xué)來解決生活中的實際問題，讓學(xué)生在解決真實問題中獲得滿足。據(jù)此，本節(jié)課的最后，還給學(xué)生留下了一些生活中Fe和Fe相互轉(zhuǎn)化的實例，如：工業(yè)制印刷電路板、鐵生銹、鐵紅顏料、打印機(jī)碳粉含F(xiàn)eO等，引導(dǎo)有興趣的同學(xué)課后也能走入化學(xué)實驗室繼續(xù)探究。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]楊玉琴，倪娟.學(xué)科核心素養(yǎng)視域下的教學(xué)目標(biāo)：科學(xué)研制與準(zhǔn)確表達(dá)[J].化學(xué)教學(xué)，2019（3）：3-7.

[3]吳啥清，李世玉，何維祥.化學(xué)探究性實驗提升學(xué)生問題解決能力的實證研究表達(dá)[J].化學(xué)教育（中英文），2020，41（3）：78-81.

3917500589280