挖掘真實情境問題 實驗促成素養發展
——以鐵鹽、亞鐵鹽的教學為例

季文彭 李 智

（1.華寧縣第一中學 云南 玉溪 653100；2.楚雄彝族自治州民族中學 云南 楚雄 675000）

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱課標）提出了重視開展“素養為本”的教學實施理念，［1］為教師“怎么教”指明了核心路徑。同時，課標還具體指出教學要注重創設真實問題情境、注重開展實驗探究、注重教學結構化，進一步為教師“怎么教”提供了具體方法。為積極響應當下新課改的教育教學理念、促進學生化學學科核心素養的有效發展，課堂教學應做到：基于真實情境挖掘有意義的學科問題，并結合化學實驗等活動探究和解決問題，引導學生在學習過程中建立結構化知識模塊。

一、教學主題及背景分析

1.教學主題分析

“鐵鹽和亞鐵鹽”屬于課標必修主題2，有關內容要求和教學策略均提倡要結合真實問題情境和實驗探究活動而展開教學，情境素材建議使用“補鐵劑、印刷電路板的制作等”。由此可知，元素及其化合物的教學應緊扣真實問題情境和實驗探究活動這兩條主線。“鐵鹽和亞鐵鹽”是多價態金屬元素的典型代表，也是學生后續認識其他陌生多價態元素的重要基礎。為此，現行人教版教材多次運用“思考討論”“實驗”“方法導引”欄目突出呈現“鐵鹽和亞鐵鹽的相互轉化”，著重引導學生基于物質類別和元素價態預測物質性質并設計物質間轉化途徑，相應的教學也需幫助學生建構“價-類”二維認識模型，促進學生認知結構化。

2.教學背景分析

在課標指導下，教師們圍繞真實問題情境和實驗探究活動這兩條主線對“鐵鹽和亞鐵鹽”教學進行了諸多探索。如劉妍老師等人圍繞“暖寶寶”的使用挖掘學科問題，在探究和問題解決的過程中培養學生多方面的化學學科核心素養。［2］王正兵老師基于素養為本的教學理念，選取生活常見“補鐵劑”為素材，結合化學實驗探究設計和實施教學。［3］葉躍娟老師等人，以“印刷電路板腐蝕液”為情境素材，結合活動體驗和問題引導培養學生化學學科核心素養。［4］陸衛星老師基于深度學習理念，以磁性氧化鐵的應用情境引出制備問題，在問題解決中培養學生化學學科思維和核心素養。［5］廖玉紅老師等人以“補鐵口服液”為情境，開展素養為本的教學。［6］于鳳娥老師以“幸運小鐵魚是否能補鐵”為主題，結合系列問題探索深度學習的課堂教學。［7］以上老師們均在不同程度上結合了真實情境和化學實驗這兩條主線而開展教學，但各教學設計對于這兩條主線的素材選取和推進深度又稍有不同。

結合教學實踐和文獻研究發現，以往有關“鐵鹽和亞鐵鹽”的教學設計，常存在以下問題：一是情境問題的挖掘不夠充分，情境未能貫穿課堂始終，情境素材與授課知識之間的銜接缺乏自然性，學生難以深入情境。二是實驗活動開展不夠充分，如實物觀察、理論預測、證據推導等活動未能深入開展，學生的學習未能獲得充分的宏觀證據支撐。三是依賴“鐵三角”關系圖，沒有密切聯系鐵元素的價態變化，未能突出“價-類”二維的科學認識模型。

二、教學思想與創新

1.巧用情境，充分挖掘問題

基于情境的教學要力求“講究真、追求美、注重情、突出思”，充分考慮“學生—知識—社會”三者的經驗關聯和有機融合。［8］“鐵鹽和亞鐵鹽”在生產生活中有著廣泛應用，教學可圍繞“組成—性質—用途”這一邏輯線選取應用情境、挖掘真實問題。本設計選取“硫酸亞鐵肥的使用”為情境素材，充分挖掘其中涉及的化學問題，并設置“園藝師”角色，引導學生從“園藝師”的站位出發，剖析、探究并解決硫酸亞鐵肥使用過程中的系列問題。巧用貫穿教學始終的情境，帶領學生體驗一場沉浸式的學習，實現“知識—能力—素養”的多維發展。

2.輪番實驗，深入推動參與

化學實驗是學生深入學習元素及其化合物的必要支持和重要途徑，它能夠為學生提供宏觀的證據現象和直觀的視聽體驗，幫助學生基于真實體驗認知物質性質及變化，發展學生動手、觀察、辯證思維、推理等學科關鍵能力。本設計采用輪番的化學實驗輔助“鐵鹽和亞鐵鹽”的教學。通過實驗搭建可參與的課堂活動平臺，讓學生在實物觀察、方案設計和動手實驗的過程中真實參與學習，實現手、腦、眼、口的多感官聯動，深化參與程度，提高學習效率。

3.聯系“價-類”，構建認識模型

人教版教材在介紹“鐵鹽和亞鐵鹽”之后，通過方法導引欄目介紹了認識元素及其化合物性質的視角——物質類別和元素價態，即“價-類”二維的認識模型?！皟r-類”二維的認識模型旨在引導學生基于物質類別通性和氧化還原反應原理預測物質性質，為研究物質及其變化提供了一種科學思路。鐵元素是學生初次接觸多價態金屬元素，鐵及其化合物種類豐富、轉化交錯，學生學起來難免混沌不清，而基于“價-類”二維去預測并認識鐵及其化合物則能較好地克服這一困難。

三、“素養為本”的教學設計

1.“素養為本”的教學與評價目標

表1 教學目標與評價目標

2.“素養為本”的教學思路

圖1 “素養為本的教學思路”

3.“素養為本”的教學主要過程

（1）新課導入

【資料卡片】鐵元素是動植物體內的必需微量元素。植物缺鐵會出現新葉變黃、葉子白化、停止生長等病狀。

【問題1】若你是園藝師，試想如何改善植物缺鐵？請分享課前預習設計的植物補鐵方案。

【學生】方案1：直接在土壤里埋入鐵釘。

【信息】植物能有效吸收Fe2+，卻較難吸收Fe3+。

【追問】從化學的角度分析，方案1可行嗎？

【學生】結合提示信息和已學知識，解釋鐵釘生銹后生成Fe2O3，鐵元素的價態為+3，不易被植物吸收，不建議直接埋入鐵釘。

【追問】各位園藝師還有其他方法給植物補鐵嗎？

【學生】使用含有+2價鐵的肥料。

（2）課堂前測

鐵元素的常見價態有哪些？請基于已學的含鐵物質，補充鐵元素“價-類”二維圖（1）（如圖2）。

圖2 鐵元素的“價-類”二維圖（1）

【提問】含有+2價鐵的化合物FeO、Fe（OH）2穩定性如何？它們具有什么性質？

【學生】回憶FeO、Fe（OH）2的不穩定性和還原性。

【追問】含有+2價鐵的亞鐵鹽肥料穩定性如何呢？

（3）參與式學習1：實驗探究硫酸亞鐵肥的使用注意事項。

【教師】淘寶搜索，展示硫酸亞鐵肥的使用注意事項，引導學生挖掘使用中的化學問題。

【學生】根據硫酸亞鐵肥的使用說明書提取信息，挖掘化學問題。

【問題2】為何硫酸亞鐵水溶液要現配現用，存放一段時間后會發黃失效？請各位園藝師從化學的角度出發，嘗試解答。

【學生】根據Fe（OH）2在空氣中易被氧化，聯系猜想可能是Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+。

【追問】如何獲取證據驗證上述猜想？什么樣的現象能夠說明Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+？

【小組實驗】溶解硫酸亞鐵肥，久置并觀察溶液顏色變化。

【方法指導】請各位園藝師結合鐵元素的價態思考溶液顏色變化的原因。

【小組匯報】硫酸亞鐵易溶于水，其水溶液顏色由淺綠色逐漸變為黃色，說明Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+。

【小結1】鐵鹽、亞鐵鹽的水溶性、顏色，Fe2+的還原性。

（4）參與式學習2：實驗再探硫酸亞鐵肥的用戶使用反饋。

【教師】展示硫酸亞鐵肥商品頁面中的用戶使用評價。

【學生】瀏覽用戶使用評價，嘗試提取化學問題。

【問題3】肥料發黃后還有肥效嗎？是部分失效，還是完全失效？

【學生】根據肥料顏色變化解釋肥料發黃是因為硫酸亞鐵被氧化成了硫酸鐵。猜想可能Fe2+部分被氧化成Fe3+，肥料部分失效；也可能Fe2+全部被氧化Fe3+，肥料完全失效。

【追問】請設計實驗驗證是部分氧化失效還是全部氧化失效？

【方法指導】提示學生根據已知的鐵鹽和亞鐵鹽的性質差異設計實驗方案。

【小組討論】根據已有知識經驗設計方案，方案一：觀察溶液顏色；方案二：滴加氫氧化鈉溶液。

【實驗并評價】分小組合作，完成方案一、二的實驗，并評價方案做的結果的可靠性。

【教師】點評學生實驗，引導學生分析發現所得結果不夠準確可靠。

【演示實驗】教師演示課本實驗3-2，引導學生觀察現象。

【提問】實驗現象如何？這說明了什么？

【學生】Fe2+的鹽溶液遇到KSCN溶液不變色，Fe3+的鹽溶液遇到KCSN溶液變成紅色，說明可以用KSCN溶液檢驗Fe3+。

【小結2】歸納鐵鹽、亞鐵鹽的化學性質，Fe2+、Fe3+的檢驗方法。

【問題4】請各位園藝師結合鐵鹽、亞鐵鹽的性質回答，如何合理保存硫酸亞鐵肥？

【學生】思考并給出保存意見。

（5）參與式學習3：基于實驗優化硫酸亞鐵肥的使用。

【問題5】發黃的硫酸亞鐵肥還有補救方法嗎？請各位園藝師結合硫酸亞鐵肥的物質類別和其所含鐵元素的價態給出合理的建議。

【小組討論】結合鐵元素的“價-類”二維圖，討論并分享補救方法。

【點評】教師點評學生分享的補救方法，師生共同優化敲定補救方法為：在發黃的硫酸亞鐵肥溶液中加入過量的鐵粉。

【演示實驗】教師演示課本實驗3-3，引導學生觀察現象并思考原因。

【提問】加入鐵粉充分反應后，溶液顏色變化如何？涉及的離子反應是什么？

取上清液滴入氯水后，溶液顏色變化如何？涉及的離子反應是什么？

【學生】結合實驗觀察回答問題，書寫實驗中Fe2+、Fe3+轉化的離子方程式。

【點評】教師點評學生回答，并邀請學生上臺板書實驗中Fe2+、Fe3+轉化的離子方程式。

【問題6】施用硫酸亞鐵肥溶液時，為保肥效，建議根灌還是噴灑？

【學生】基于Fe2+的還原性討論施用方式。

【點評】教師簡要點評學生給出的建議并追問原因。

【小結3】Fe2+、Fe3+的相互轉化（如圖3），鐵元素的“價-類”二維圖（2）（如圖4）。

圖3 “鐵三角”轉化

圖4 鐵元素的“價-類”二維圖（2）

（6）課堂后測

【問題7】人體補鐵時，醫生建議同服補鐵劑和維生素C效果會更好，這是為什么？試結合本課所學知識進行解釋。

【信息】維生素C具有還原性。

【學生】結合亞鐵鹽的性質和所給信息進行解釋。

【問題8】課后任務：課后查閱服用補鐵劑有哪些注意事項？

（7）課堂總結

【教師】本次園藝師體驗課堂已接近尾聲，請你說說本節課的收獲、體會或疑惑。

【自由發言】學生自由舉手分享收獲。

【教師】強調“價-類”二維的認識模型，檢驗回顧鐵鹽、亞鐵鹽的性質。

四、教學思考

1.突出“價-類”思維，建構轉化模型

本設計緊扣“價-類”思維，通過課堂前測和參與式學習中的系列問題，促使學生不斷調用物質類別和元素價態的二維視角去認識鐵鹽和亞鐵鹽的性質及相互轉化，引導學生逐步建構和完善鐵元素的“價-類”二維圖。將學生對知識的掌握由記憶水平提升到富有學科思維、學科理解的水平，實現知識的素養化；幫助學生在頭腦中建構起“基于物質類別和元素價態認識物質性質及轉化”的認識模型，實現認知的結構化。

2.精選情境素材，融合貫穿課堂

適當的情境素材可為課堂錦上添花。本設計精選硫酸亞鐵肥的使用情境展開教學，深挖情境中的化學問題，逐步牽引出情境中的化學知識。真實的問題引導使得課堂環節的銜接自然而緊密，情境貫穿課堂始終，學生在角色任務中可實現一場暢快的、沉浸的、真實的學習。

3.開展實驗探究，強化學科素養

要促進學生對元素化合物知識的深層學習，教學就離不開實驗探究。本設計在三個參與式學習中輪番開展實驗，引導學生自主設計方案、合作完成探究、小組評價實驗等，在輪番的實驗探究中發展并強化學生多方面的化學學科核心素養，落實“素養為本”的課堂教學。