基于真實情境和指向核心素養(yǎng)的深度學習

摘 要：本文以“鐵及其化合物”的教學為例，圍繞丹霞山地貌的真實情境素材，以任務驅動式的教學活動引導學生進行自主探究，解決生活中的真實情境問題和培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)，通過事實證據(jù)推動學生進行任務學習和思維進階，最終實現(xiàn)深度學習。

關鍵詞：真實情境；化學核心素養(yǎng)；深度學習；鐵及其化合物

文章編號：1008-0546（2024）11-0031-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

化學學科核心素養(yǎng)是學生在化學學習活動中，解決生活情境中與化學知識相關的問題時，所表現(xiàn)出來的科學素養(yǎng)。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標》）明確指出，高中化學課程要以發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)為主旨，倡導真實問題情境的創(chuàng)設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，讓學生通過學科學習而逐漸形成正確價值觀、必備品格和關鍵能力。［1］深度學習主要是在教師的指導和幫助下，學生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習內容去深度探究，充分調動學習的主動性，提升遷移能力、構建學科體系、感悟知識本質與掌握高階思維的一種學習狀態(tài)。［2］將基于真實情境的教學和指向核心素養(yǎng)的深度學習相結合，運用學習任務驅動學生開展推理預測活動，設計驗證實驗，進而開展深度學習，使零散的化學知識形成系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡，7c94bad9741d47b8c494433c0e365bde并遷移應用以解決生活中的真實問題。

一、教學背景分析

1. 教材分析

該教學內容選自人教版高中化學必修第一冊第三章第一節(jié)“鐵及其化合物”。《新課標》對這部分教學內容的要求是：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(chǎn)、生活中的應用和對生態(tài)環(huán)境的影響。本節(jié)課的重點與難點是鐵鹽與亞鐵鹽的性質及其相互轉化。本節(jié)課內容的本體功能是Fe2＋與Fe3＋的檢驗、Fe2＋與Fe3＋的相互轉化、鐵鹽和亞鐵鹽的用途。其載體功能則體現(xiàn)在以鐵為代表的元素化合物上，通過這一載體，學生能夠從實驗、離子反應、氧化還原反應及物質分類等多個視角來認識和考查物質，從而構建出學習元素化合物知識的核心思想。此外，本節(jié)課還旨在利用丹霞地貌文化所蘊含的人文價值，幫助學生深化對元素觀和變化觀等素養(yǎng)的理解與構建。通過這一過程，學生不僅能夠掌握化學知識，還能提升對化學學科本質的認識，將所學知識應用于實際問題的解決。

2. 學情分析

學生通過前面知識的學習已掌握了離子反應、氧化還原反應的相關概念，并具有設計簡單化學實驗方案的能力，但是學生是首次接觸鐵及其化合物，相對較為陌生。盡管如此，學生有了基本的實驗技能和一定的探究能力，興趣濃厚，樂于探究實驗。在思維層面，學生已初步具備了提出問題、分析問題、解決問題的能力，能夠從社會生活情境中創(chuàng)設問題情境，從多元化、多角度、全方位地思考問題。但他們在實驗操作技能上有待提高，動手實驗能力較弱，難以掌控復雜實驗。此外，學生習慣于被動接受知識，自主探究和歸納總結的能力存在不足。

二、教學目標

本節(jié)課的教學目標如下。

（1）通過創(chuàng)設真實情境，診斷并發(fā)展學生認識物質世界的認知水平。

（2）通過觀察實驗并分析現(xiàn)象，診斷并發(fā)展學生實驗探究的水平。

（3）通過對鐵鹽及亞鐵鹽檢驗和轉化的學習，診斷并發(fā)展學生從物質分類、元素價態(tài)的視角構建知識的能力水平，提升學生對物質性質及其轉化思路的認識水平。

（4）通過分組探究合作和實驗操作，診斷并發(fā)展學生對實驗的辨識能力和科學探究的創(chuàng)新意識。

三、設計思路

筆者圍繞丹霞山地貌的真實情境素材，通過“情境創(chuàng)設—猜想假設—情境探究—方案探究—深化探究—應用拓展”層層深入，設計教學流程，具體教學設計思路如圖1所示。

四、教學過程

1. 真實生活情境導入

［創(chuàng)設情境］觀看視頻，了解全國各地丹霞地貌文化。

2. 設置任務，驅動學生進行深度學習

任務一：猜想丹霞砂石含有鐵元素。

［學生活動］學生根據(jù)丹霞地貌的顏色判斷出丹霞砂石里可能含有Fe2O3。

［教師］廣東丹霞山素有“色如渥丹，燦若明霞”的美稱，丹霞山是什么顏色的？

［學生］紅色。

［教師］為什么是紅色？是否有鐵離子？多少價的鐵離子？

［學生］正三價鐵離子。

［教師］如何證明丹霞砂石中有正三價鐵離子？能否直接拿它來做實驗？

［學生］不可以，需取樣品溶于溶液中。

［教師］溶于什么溶液？

［學生］溶于酸。

［教師］為什么？

［學生］因為氧化鐵溶于酸后可以形成正三價鐵離子，然后就可以進行離子的檢驗。

［設計意圖］運用丹霞地貌創(chuàng)設教學情境，有效地激發(fā)學生的學習熱情和求知欲，引導學生通過已學知識和經(jīng)驗設計實驗方案進行離子的檢驗，診斷學生對鐵離子性質的認識和發(fā)展水平，提高學生的歸納總結能力。

3. 初步預測性質，設計實驗方案

任務二：探究丹霞砂石中的鐵元素。

［教師］酸浸后的丹霞砂石溶液能否直接用來做實驗？

［學生］不行。

［教師］為什么？

［學生］因為溶液有顏色，需要過濾處理。

［教師］過濾之后的溶液可用于檢驗，那么Fe3＋有哪些性質可以幫助檢驗？

［學生］正三價為鐵的最高價態(tài)，故Fe3＋具有氧化性，可以與Fe反應生成Fe2＋，還可以和堿反應生成Fe（OH）3。

［教師］除了這兩個方法還有什么其他方法可以檢驗Fe3＋？

［學生］可以與KSCN反應。

［教師］從類別、價態(tài)和特性三個角度，結合離子方程式，我們可以總結出正三價鐵離子的性質，板書設計如圖2所示。

類別：Fe3＋＋3OH－Fe（OH）3↓

價態(tài)：2Fe3＋＋Fe3Fe2＋

特性：Fe3＋＋3SCN－Fe（SCN）3

［設計意圖］通過設計層層遞進的問題，引導學生在進行探究實驗的過程中突破思維障礙，不斷地發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，學會通過查閱課本、資料等方式總結出正三價鐵離子的檢驗方法，培養(yǎng)學生分析、解決實際問題的能力。

任務三：Fe3＋的檢驗。

［教師］請你設計實驗方案，檢驗丹霞砂石中鐵元素的價態(tài)并回答以下問題：①你是如何操作的？②你觀察到了什么現(xiàn)象？③實驗現(xiàn)象說明了什么？

［學生］在丹霞砂石的酸性溶液中加入NaOH溶液，沒有觀察到明顯現(xiàn)象。這說明可能有其他離子干擾。

［教師］有什么解決方法？

［學生］多加一點NaOH溶液。

［學生實驗］向丹霞砂石的酸性溶液中繼續(xù)加入NaOH溶液，還是沒有現(xiàn)象，說明酸浸液中的酸過量了。

［教師］可以用pH試紙來檢驗酸是否真的過量。

［學生］用玻璃棒蘸取少量溶液點在pH試紙上，半秒后與標準比色卡比對，發(fā)現(xiàn)是堿過量，并不是酸過量。

［教師］此結果說明以上說法不成立，是否還有其他原因？

［學生］會不會沒有Fe3＋？

［教師］可以加入KSCN溶液進行檢驗。

［學生實驗］在丹霞砂石的酸性溶液中加入KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色。

［教師］這說明溶液中含有Fe3＋，但又不是酸過量，那到底是因為什么呢？

［學生］可能是因為Fe3＋的濃度太小了。

［教師］查閱文獻可知，丹霞砂石中含有微量的Fe3＋。

因為含量較低，只有加入KSCN溶液有現(xiàn)象，說明NaOH溶液只能檢驗常量的Fe3＋，而KSCN溶液檢測Fe3＋更加靈敏、有效。

［設計意圖］通過啟發(fā)學生對丹霞砂石的細致觀察，猜想丹霞砂石的成分，分析推理出丹霞砂石的鐵元素成分為Fe2O3，培養(yǎng)學生的觀察能力和勤于思考的習慣。從創(chuàng)設真實情境進行探究，引導學生多角度、多方案探究猜想結果，并證明猜想，進一步完善實驗方案。在此過程中，教師引發(fā)學生思考加入NaOH溶液無明顯現(xiàn)象可能與試劑反應靈敏度有關，體現(xiàn)了變化觀的核心素養(yǎng)。

4. 動手完成實驗操作，深度學習

任務四：Fe3＋和Fe2＋的相互轉化。

［視頻展示］播放一段給丹霞山上色的視頻。

［教師］大家看到丹霞山明顯變成了紅色，猜猜剛才的視頻中在雪山上涂了什么溶液？

［學生］KSCN溶液。

［教師］通過簡筆畫版雪山可以體驗一下雪山變丹霞山的感覺，請大家用你手中的毛筆蘸取試劑來把雪山變成紅色的丹霞山。

［學生活動］分小組討論設計實驗方案，并動手在原來的雪山上繪制紅色丹霞山。

［教師］能否把紅色丹霞山變成其他顏色？可以加什么試劑？能否把紅色丹霞山變回深淺色交錯的丹霞山？

［學生］可以加還原劑把Fe3＋ 變回Fe2＋ 。

［教師］該方法是否可行？請設計實驗方案。

［學生活動］分小組設計實驗方案，加入還原劑。

［教師］能否把紅色丹霞山轉化回雪山？

［學生］可以。

［學生活動］小組討論，給丹霞山涂上各種試劑，感受五彩的丹霞山。

［教師］通過加入氧化劑或還原劑可以實現(xiàn)Fe3＋和Fe2＋的相互轉化，板書設計如圖3所示。

［設計意圖］利用Fe3＋的檢驗方法，啟發(fā)學生思考Fe2＋和Fe3＋的相互轉化。通過問題的探討讓學生理解“變化觀念”，加強學生變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知的化學學科核心素養(yǎng)。

5. 回歸問題情境，解決真實問題

［遷移應用］了解FeCl3制作印刷電路板。

［教師］每個小組都有一塊銅板，大家先分小組討論，設計好銅板線路，再涂上石蠟，然后用FeCl3溶液浸沒，認真觀察現(xiàn)象。

［學生活動］分組進行實驗。

［教師］我們可以觀察到?jīng)]有涂上石蠟的銅片被腐蝕，這說明發(fā)生了什么反應？

［學生］銅片被FeCl3腐蝕后發(fā)生了還原反應，離子方程式為2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋。

［教師］“價—類”二維圖可以將我們這節(jié)課所學的知識構建成系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡，下面請同學們繪制鐵及其化合物的“價—類”二維圖。

［學生活動］通過學習Fe3＋和Fe2＋的相互轉化，學生小組之間討論并繪制出鐵及其化合物的“價—類”二維圖，如圖4所示。

［設計意圖］通過制作電路板和觀察腐蝕液腐蝕電路板的現(xiàn)象，探索反應原理，了解鐵及其化合物之間的反應轉化，加強學生分析并解決真實情境問題的能力。通過“價—類”二維圖，幫助學生建構并完善鐵及其化合物之間的轉化關系，形成元素及其化合物的思維模型。同時培養(yǎng)學生的變化觀和模型認知等核心素養(yǎng)，關注學生的生活實際，注重培養(yǎng)學生的獨立思考能力和實驗探究精神。

五、教學反思

1. 立足文化資源價值，創(chuàng)設真實情境，指向核心素養(yǎng)教學

本節(jié)課的教學設計創(chuàng)新之處在于，以地方文化資源創(chuàng)設教學情境，以生活應用為切入點。學生在面對真實情境的化學問題時，可以從化學的角度認真分析、積極探索、深度思考，尋找解決問題的方法。此教學設計以真實情境為載體，充分體現(xiàn)了化學學科核心素養(yǎng)的要求。

2. 注重培養(yǎng)學生探究和證據(jù)推理能力，培養(yǎng)學生深度學習的進階性思維

本節(jié)課以驅動式問題進行探究，注重探究過程中學生思維方式的培養(yǎng)、個人體驗的積累及對信息的有效處理和整合，同時致力于提升學生的學習能力、研究能力及實驗探究和證據(jù)推理素養(yǎng)，鼓勵學生勇于突破疑問、積極參與交流合作，通過驗證實驗、歸納總結等環(huán)節(jié)，進一步鍛煉學生的進階性思維能力、動手能力和合作探究能力。

3. 促進化學學科核心素養(yǎng)觀念的建構

本節(jié)課通過建構“價—類”二維圖，引導學生從分類觀、變化觀等角度分析物質的性質，解決真實問題，形成元素觀、變化觀等化學觀念，落實“教、學、評”一體化。

參考文獻

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

［2］劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）［M］.北京：教育科學出版社，2018．

*基金項目：本文系2022年廣東省教育科學規(guī)劃“新強師工程”項目一般資助課題“基于學科核心素養(yǎng)的高中化學課堂教學評價研究”（2022YQJK324）、2022年廣東省教育科學規(guī)劃“新強師工程”項目重點資助課題“基于核心素養(yǎng)的海洋文化特色校本課程體系研究”（2022ZQJK073）、2020年茂名市教育科學“十三五”規(guī)劃課題“新教材背景下高中化學核心素養(yǎng)的導向教學策略研究”（mjy2020085）的階段性研究成果。