基于真實情境的“菠菜中鐵元素的檢驗”教學設計

黃小汀

摘要：以菠菜補鐵為情境，學生親自經歷分析問題，提出猜想，方案設計，實驗證偽，實驗失敗，查閱資料，修正方案，再次證偽，解決問題等真實的科研工作流程，打破傳統枯燥的元素化合物學習方式，讓學生親自體會科研工作的困難曲折，樹立尊重實驗事實，勇于試錯的科研觀念。

關鍵詞：真實情境;菠菜;鐵元素檢驗;實證研究

文章編號：1008-0546（2022）06x-0030-05?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.008

2019年11月教育部考試中心制定的《中國高考評價體系》中，明確了“一核四層四翼”的高考評價體系，同時還規定了以情境承載考查內容，實現考查要求[1]。元素化合物知識是高中化學學習的重點，高考對于該知識點的考察更加靈活全面，它結合實驗來檢測學生面對陌生情境的綜合分析能力，從而實現對元素化合物知識點、實驗操作和問題分析能力的多維度考察。建構主義學習理論認為，學生只有“親歷”“體驗”“參與”對知識的認識和探索過程，才能促進學習。“親歷”“體驗”“參與”的深刻度對學生學習效果有不同影響。在教學中創設問題情境，就是給學生呈現一個“看得見、摸得著”包含問題的“真實情境”。因此如果能夠在元素化合物的學習中結合實驗去創設真實情境進行教學，將有利于提高學生學習元素化合物的興趣和效率，也更有利于培養學生化學學科核心素養。筆者以2019 年人教版化學必修第一冊“鐵的重要化合物”為主題開設了一節“菠菜中鐵元素的檢驗”研討課，探究基于真實情境的課堂教學促進元素化合物知識的學習。

一、內容分析

1.教材分析

本課題隸屬于人教版必修第一冊第三章第一節“鐵及其化合物”。在這之前，教材已經安排學習了物質的分離及轉化、離子反應、氧化還原反應等核心概念與理論知識;典型金屬鈉、典型非金屬氯的元素化合物知識;鐵單質及其常見化合物的性質，鐵鹽、亞鐵了“檢驗食品中的鐵元素”項目，項目要求學生自行選擇食品，通過查閱資料，設計實驗方案，最終進行實驗檢驗食品中是否含有鐵元素，并提供了檢驗菠菜中鐵元素的實驗方案以供參考。

2.學情分析

從知識層面看，學生已經學習了鐵鹽與亞鐵鹽的性質與檢驗，為完成實驗設計提供了理論依據;從能力層面看，學生有一定實驗探究的經歷，初步具備了操作與設計，分析與歸納等能力;從心理層面看，學生對實驗充滿興趣，樂于思考問題、動手操作;從價值觀念層面，學生能夠參與與化學相關的社會議題，具有探索未知、崇尚真理的意識。

學生缺乏將所學知識應用于解決真實問題的能力，缺乏科研探究的方法和經驗，實驗方案的設計缺乏嚴謹性，實驗操作技能還需要提高。

3.教學目標

（1）通過實驗探究，掌握Fe2+、Fe3+的檢驗方法，依據氧化還原反應原理實現Fe2+與Fe3+間的相互轉化。

（2）通過實驗探究，提高實驗方案設計的嚴謹性，了解科學探究的一般方法與規律。

（3）通過實驗探究，體會科研工作的困難曲折，培養尊重實驗事實，勇于試錯、不斷創新的意識，樹立學生正確的科研觀念。

二、設計思路

1.整體構思

2.學習評價

本課的教學評價如表1所示。

三、教學實錄

1.教學環節一情境導入

[教師]鐵元素是人體不可或缺的微量元素，人體缺鐵將會導致記憶能力、免疫能力和對溫度的適應能力等生理功能下降。如果體內的鐵不足以供給生命活動的需要，就會發生缺鐵性貧血，為了滿足生理需要，成人每天鐵的攝入量為15-20 mg。市面上有各種各樣的有關補鐵的營養品（PPT展示各種補鐵劑圖片）。

問：大家平時購買過這些商品嗎？大家是怎么補鐵的？

[學生]沒有購買。通過攝入食物就可以補鐵。[教師]那大家知道哪些食物富含鐵元素嗎？[學生]動物內臟、菠菜、蛋黃……

[教師]我們這節課通過實驗探究一下，食用菠菜是否能夠補鐵。

設計意圖：以學生熟悉的補鐵現象引入，貼近學生的生活經驗，借助真實情境激發學生的學習興趣，讓學生了解本節課在社會生活中的價值，為學生展開實驗探究做好鋪墊。

2.教學環節二初次實驗設計

PPT展示資料信息：鐵元素是人體必不可少的元素之一，人體補鐵需補充二價鐵。每100g菠菜中，平均含鐵量是2.9 mg，這個數值在蔬菜家族中絕對算是佼佼者。

[教師]我們知道鐵元素有多種價態，資料顯示菠菜富含鐵元素，大家大膽猜想一下菠菜中的鐵元素是以什么價態形式存在？

[學生1]假設一含二價鐵;假設二含三價鐵。

[學生2]假設三既有二價鐵又有三價鐵。

[教師]大家分小組討論，設計合適的實驗方案，驗證菠菜中鐵的存在形式。請代表闡述你們小組設計的實驗方案和預期的實驗現象。

[學生活動]圍繞實驗目的展開深度討論。

[學生]取新鮮的菠菜剪碎后放在研缽中研磨，倒入燒杯，加蒸餾水，攪拌，過濾，取濾液加入試管中，加入稀硝酸，再滴加KSCN溶液，震蕩，觀察到溶液變紅，說明菠菜中含有二價鐵。

[教師]你的方案中加蒸餾水，攪拌，過濾，取濾液的目的是什么？證明菠菜中含有二價鐵的原理是什么？

[學生]可以將菠菜中的鐵元素提取到水中，方便后面檢驗鐵元素;用稀硝酸將二價鐵氧化成三價鐵，用KSCN檢驗三價鐵的存在。

[教師]大家覺得他的方案可行嗎，其他小組有沒有其它方案？

[學生1]他的方案并不能證明一定含有二價鐵，可能含有三價鐵，加稀硝酸和KSCN溶液也會出現紅色。應該先加KSCN溶液觀察顏色，如果變紅說明菠菜含有三價鐵，如果不變紅繼續滴加稀硝酸溶液，觀察到顏色變紅，則說明菠菜中含有二價鐵。5065F5A4-3515-4C21-8EA1-206134B3BACB

[學生2]他們的方案只能證明假設一和假設二，不能證明假設三的可能，應該再取一部分提取液加酸性高錳酸鉀溶液，如果紫色褪色則說明菠菜中既有二價鐵又有三價鐵。

[教師]通過大家的討論和補充，我們設計出了一套較為合理的實驗方案，大家在設計實驗方案時要考慮到邏輯的嚴謹性，盡可能全面設想各種可能性。

設計意圖：通過實驗猜想和實驗設計方案的討論、補充，一方面讓學生熟練掌握鐵鹽的檢驗和二價鐵與三價鐵的轉化，讓鐵元素的學習更富有趣味性和討論性;另一方面讓學生更深刻體會到考慮問題不能片面，在面對真實復雜問題時更需要考慮多種可能，才能完善實驗方案的合理性。

3.教學環節三實驗證偽

[教師]大家按設計好的方案進行分組實驗，看看菠菜中到底含有何種形式的鐵元素。

[學生活動]分組完成實驗，八個小組派代表到講臺前將他們的實驗成果展示給大家，八個小組的試管都呈現菠菜的綠色，深淺不一。學生對實驗失敗的原因展開討論。

[教師]并沒有出現預期的紅色，大家覺得是什么原因？

[學生1]我們的操作不規范導致實驗失敗。

[學生2]菠菜中不含有鐵元素。

[學生3]我們設計的方案可能不合理。

[教師]（拿出一瓶菠菜液）這個是我用榨汁機提取的菠菜液，我用這個按大家設計的方案操作一次看看，是否是因為操作不規范導致實驗失敗。

（經過實驗，溶液顏色呈現淺綠色）我的實驗中也沒有呈現紅色。通過資料調查，菠菜中確實含有鐵元素，應該是大家設計的方案有不合理的地方，什么地方不合理呢？

[學生活動]討論但沒有尋找到解決方法。

[教師] PPT展示資料信息：

1.菠菜中的鐵元素以草酸亞鐵（FeC2O4）形式存在，草酸亞鐵是一種淡黃色結晶性粉末，在冷水中的溶解度是0.022 g/100 g，屬于難溶物，高溫下草酸亞鐵分解為氧化亞鐵。

2.菠菜中含有葉綠素，高溫和酸化可以破壞葉綠素。

[學生]看到資料信息后豁然開朗。

[教師]研究問題時出現瓶頸，這在科學探究過程中很正常，通過查閱文獻了解相關的研究現狀和知識對解決問題有很大幫助。

設計意圖：經歷實驗失敗，讓學生體會到理論分析與實踐并不一定一致，科研工作需要面對各種問題，尊重實驗事實，培養學生正確的科研觀念，同時也激發學生攻克難題的斗志，為再次實驗探究做好鋪墊。

4.教學環節四修正方案、實驗證偽

[教師]現在大家再重新設計實驗方案，驗證菠菜中確實含有二價鐵。

[學生活動]小組討論，設計實驗方案。

[學生]將菠菜剪碎研磨，在坩堝中加熱灼燒，加水，過濾，取濾液加稀鹽酸酸化，加KSCN溶液顯無色，加入稀硝酸顯紅色，證明菠菜中含有二價鐵。

[教師]這個方案是如何解決之前問題的？

[學生]通過加熱、酸化將難溶的草酸亞鐵轉化為可溶的亞鐵鹽，同時將干擾觀察三價鐵檢驗的葉綠素破壞掉，再進行氧化、利用KSCN溶液檢驗鐵元素的存在。

[教師]大家按重新設計的方案再進行實驗，看看效果如何。

[學生活動]按照優化后的方案分組進行實驗，加熱酸化后的菠菜液，綠色變淺呈茶色，加入 KSCN 溶液無明顯變化，加入稀硝酸后溶液顏色變深。各小組派代表再次到講臺前展示實驗結果，大多數小組實驗成功。

[教師]投屏圖片展示實驗過程與現象。

設計意圖：通過方案優化、實驗證偽進一步理解物質轉化在元素檢驗的應用。經歷失敗后的成功更能提高學生的成就感，也對科研工作的曲折有更深刻的體會。

5.教學環節五總結提升、課后作業

[教師]鐵元素的學習要關注價態的變化，通過加入合適的氧化劑或還原劑可以實現不同價態的含鐵物質的轉化。物質的定性檢驗要從該物質的特性出發，選擇合適的試劑或方法，出現明顯的實驗現象，并且要考慮試劑的添加順序對實驗合理性的影響。如果該物質無法直接檢驗，可以選擇先進行物質轉化，再進行間接檢驗。

通過菠菜中鐵元素的檢驗實驗探究，可以感受到科研工作并不總是一帆風順，遇到問題要及時反思優化設計方案。科學探究思路是：問題情境→查閱資料→提出猜想→方案設計→實驗探究→實驗證偽→查閱資料→修正方案→實驗探究→問題解決。往往在探究過程中要經歷多次的失敗并不斷去修正方案，當然最后問題解決取得成功所獲得的喜悅也非同一般。

[教師]布置課后作業：閱讀文獻《黑木耳鐵含量測定的實驗探索》[2]節選，思考定量實驗與定性實驗的不同，在定量測定鐵元素含量時使用到什么方法？查閱資料了解常見定量測定的方法。

設計意圖：通過鐵元素知識的總結復習，拓展提升到所有元素檢驗的研究思路。通過科學探究的思路總結，培養學生從事化學科研工作的意識和興趣。通過周末作業的布置，讓學生從定性實驗進階到定量實驗，對定量測定的方法有一定了解，為以后涉及定量實驗探究活動打好基礎。

6.板書設計

本節課的板書如圖3所示。

實驗方案：

四、教學亮點

1.基于真實情境——激發學習興趣

傳統的元素化合物教學往往是羅列各種物質的物理性質與化學性質，學生在學習時更多忙于筆記和記憶，容易感到單調和乏味。知識只有在它們產生及應用的情境中才能產生意義。知識絕不能從它本身所處的環境中孤立起來，學習知識的最好方法就是在情境中進行[3]。筆者借助學生熟悉的補鐵方式創設情境，實驗探究菠菜是否能夠補鐵，逐漸發展為對鐵元素性質的學習和應用的興趣。在這種氛圍下進行學習，更容易打破傳統學習的枯燥，學生也在不知不覺中對鐵元素的檢驗和價態轉化有了更深刻的體會。

2.基于實驗探究——培養綜合能力

傳統的元素化合物教學往往導致學生只是一味地去記憶化學反應方程式，缺乏對知識的應用。筆者在基于真實問題的解決中引入實驗探究，通過方案設計、實驗證偽、問題討論等一系列探究過程，不僅僅加深了學生對鐵元素知識的理解，還鍛煉了實驗操作。更重要的是實驗探究，能針對真實問題提出合理假設;能從假設出發確定探究目的，設計探究方案，進行實驗證偽;在探究中學會合作，面對“異常”現象敢于提出自己的見解，這些正是化學學科核心素養——科學探究與創新意識能力的重要體現。在元素化合物教學中設計合適的實驗探究進行教學，對學生綜合能力和高階思維的培養有很大幫助。

3.基于實證研究——培養學科觀念

實證研究是指通過收集觀察資料，為提出理論假設或檢驗理論假設而展開的研究[4]。在元素化合物的學習中設計真實問題并通過學生動手實驗進行實證研究，有利于培養學生正確的化學學科觀念。學生需要親自經歷實驗過程，面對真實的實驗證據，不惟理論，實事求是，通過查閱文獻，不斷反思、實驗證偽方能得到正確的結論。該課例中學生經歷方案設計、實驗證偽、實驗失敗、分析問題、修正方案、再次實驗、最終問題解決。伴隨學生初遇問題的興趣、實驗失敗的情緒低落、遇到問題的一籌莫展、發現原因的豁然開朗、最后實驗成功的喜悅，學生潛移默化地體會到科研工作的嚴謹與艱辛，也逐漸對化學研究工作有一定的認識，對將來從事化學相關工作產生興趣。

參考文獻

[1]教育部考試中心.中國高考評價體系[M].北京：人民教育出版社，2019：11.

[2]張馥，康天泓，喬元楨，范雨美，于海鷹.黑木耳鐵含量測定的實驗探索[J].化學教學，2017（11）：62-65.

[3]楊玉琴，王祖浩.教學情境的本真意蘊[J].化學教育，2011（10）：30-33.

[4]俞桂飛，高志鵬.基于真實情景的主題式復習課的設計和反思[J].教育與裝備研究，2019（1）：60-64.5065F5A4-3515-4C21-8EA1-206134B3BACB