王星喬+滕瑛巧+汪紀(jì)苗+包朝龍

摘要：提出了基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)涵、教學(xué)設(shè)計程序，并以“是否添加鐵、為何添加鐵、如何促吸收、能做質(zhì)檢員”為主線，設(shè)計了“鐵及其化合物的應(yīng)用”一課，為基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)提供了案例。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng)；鐵及其化合物；問題境脈；教學(xué)設(shè)計

文章編號：1005–6629（2017）5–0051–05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

2016年9月，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組發(fā)布了《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》。在此背景下，寧波市教育局教研室開展了主題為“基于化學(xué)核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)研究”教學(xué)研討活動，筆者執(zhí)教了“鐵及其化合物的應(yīng)用”這一示范課，受到了與會專家和教師的好評。

1 基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)涵

《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》認(rèn)為核心素養(yǎng)是“學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力”[1]。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，包括“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念和平衡思想”、“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”、“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”和“科學(xué)精神與社會責(zé)任”5個維度，全面展現(xiàn)了學(xué)生通過化學(xué)課程學(xué)習(xí)形成的關(guān)鍵能力和必備品格[2]?；诨瘜W(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)是指教學(xué)目標(biāo)的確定、教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)過程的實施、教學(xué)結(jié)果的改進(jìn)、教學(xué)評價的設(shè)計等一系列教學(xué)環(huán)節(jié)均以化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展作為衡量準(zhǔn)則，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力和必備品格。具體來說，教學(xué)目標(biāo)源于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容基于真實情境、教學(xué)過程的實施（教學(xué)方法）有利于素養(yǎng)的內(nèi)化，關(guān)注“教、學(xué)、評”一致性，有效開展化學(xué)日常學(xué)習(xí)評價，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

2 基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計程序

基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計程序應(yīng)把握以下幾個方面：

2.1 解構(gòu)核心素養(yǎng)目標(biāo)

在此次深化課程改革中，各學(xué)科核心素養(yǎng)作為統(tǒng)領(lǐng)課程標(biāo)準(zhǔn)研制與修訂的靈魂，教學(xué)目標(biāo)的確定理應(yīng)依據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)。相對于三維目標(biāo)，核心素養(yǎng)的超越更多體現(xiàn)在“操作性上”，因為素養(yǎng)是可測的、有階段性的、有水平層次差異的。因此，在確定教學(xué)目標(biāo)時，需將對學(xué)生總體的素養(yǎng)期望具體化為課時教學(xué)目標(biāo)，并以此來確定教學(xué)內(nèi)容，選擇教學(xué)活動方式。據(jù)此，“鐵及其化合物的應(yīng)用”教學(xué)目標(biāo)定位如圖1所示。

2.2 創(chuàng)設(shè)真實問題境脈

張華認(rèn)為，素養(yǎng)是人在特定情境中綜合運用知識、技能和態(tài)度解決問題的高級能力與人性能力[3]。離開情境談素養(yǎng)，素養(yǎng)就成為了無源之水、無本之木。因此，基于核心素養(yǎng)的教學(xué)要求教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)“未知”的、“原始”的、“實際”的問題情境，并以此為主線，將整個教學(xué)內(nèi)容融合其中，從而統(tǒng)領(lǐng)整個教學(xué)過程，這就是“問題境脈”。它的核心內(nèi)涵在于情境中蘊含的真實問題是學(xué)生知識建構(gòu)的載體，在整個學(xué)習(xí)過程中都能激發(fā)、推動、維持、強(qiáng)化和調(diào)整學(xué)生的認(rèn)知活動、情感活動和實踐活動等，讓學(xué)生的思維不斷地走向深入，建構(gòu)有意義的知識體系[4]。

據(jù)此，“鐵及其化合物的應(yīng)用”以燕麥片含有鐵粉引起大眾驚慌這一新聞事件作為教學(xué)情境主體，以是否含有鐵——為何添加鐵——如何促吸收——能做質(zhì)檢員作為教學(xué)主線，將鐵的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、相互轉(zhuǎn)化、實際應(yīng)用等內(nèi)容融合其中。

2.3 診斷素養(yǎng)達(dá)成情況

基于核心素養(yǎng)的教學(xué)要求將評價融入到平時的教學(xué)中，設(shè)計與目標(biāo)相匹配的評價任務(wù)（提問、實驗探究、練習(xí)等活動），為學(xué)生提供解決真實情境下不同復(fù)雜程度化學(xué)問題的素養(yǎng)表現(xiàn)機(jī)會，獲取與目標(biāo)達(dá)成相關(guān)的學(xué)習(xí)信息，基于這些證據(jù)診斷學(xué)生的發(fā)展水平并做出反饋或進(jìn)行指導(dǎo)?！拌F及其化合物的應(yīng)用”教學(xué)診斷任務(wù)如下：

通過對“燕麥片中是否含有鐵粉”的實驗探究和還原鐵粉作用的判斷與分析，診斷并發(fā)展學(xué)生對鐵的性質(zhì)認(rèn)識水平；

通過對“Fe2+與Fe3+相互轉(zhuǎn)化”條件探討和實驗方案設(shè)計，診斷并發(fā)展學(xué)生氧化還原反應(yīng)認(rèn)識結(jié)構(gòu)化水平及科學(xué)探究水平；

通過對“補鐵劑是否變質(zhì)”的實驗方案設(shè)計與操作，綜合評價并鞏固提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

3 基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)實施

3.1 是否含有鐵

[PPT]麥片中添加還原鐵粉引起公眾驚慌的新聞事件。

[教師]今年早些時候，有這樣一則新聞引起公眾驚慌：一些麥片中添加了還原鐵粉。是否真的如此呢？

[實物展示]雀巢牌麥脆片配料表。

[教師]我從超市買了雀巢牌麥脆片，配料表顯示添加了還原鐵粉，請你根據(jù)已學(xué)知識設(shè)計簡單實驗判斷麥脆片是否真的添加了還原鐵粉？

[學(xué)生]利用鐵具有鐵磁性這一性質(zhì)，如果有黑色粉末能被磁石吸引，可判斷含有鐵粉，我曾在網(wǎng)上看到過這一實驗。

[教師]現(xiàn)場打磨麥脆片并裝入保鮮袋。

[學(xué)生]上臺做實驗。

[教師]有沒有觀察到被磁鐵吸引的黑色粉末？

[學(xué)生]有。

[教師]說明配料表中標(biāo)注有還原鐵粉沒有問題。剛才實驗我們是利用鐵具有鐵磁性這一特殊的物理性質(zhì)，鐵是生活中應(yīng)用最廣泛、用量最大的一種金屬元素，具有典型的金屬通性，那它還具有哪些物理性質(zhì)呢？

[學(xué)生]銀白色金屬光澤，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。

設(shè)計意圖：基于核心素養(yǎng)的教學(xué)一個顯著的特征是問題來源于真實情境、是原生態(tài)的。本節(jié)課以麥片中添加還原鐵粉引起公眾驚慌的新聞事件作為引入，一下子吸引了學(xué)生的興趣，讓學(xué)生明白本節(jié)課在社會生活中的價值。此外，這一環(huán)節(jié)讓學(xué)生設(shè)計簡單的實驗方案判斷“燕麥片是否真的含有鐵”，目的在于診斷學(xué)生對鐵的物理性質(zhì)認(rèn)識發(fā)展水平以及提升以下化學(xué)核心素養(yǎng)：素養(yǎng)3，依據(jù)證據(jù)推出合理的結(jié)論；素養(yǎng)4，設(shè)計簡單的實驗方案，根據(jù)現(xiàn)象作出解釋；素養(yǎng)5，運用所學(xué)知識解決生活中簡單的化學(xué)問題。

3.2 為何添加鐵

[教師]很好，接下來我們要思考的一個問題是麥片中為何要添加還原鐵？

[學(xué)生]補鐵，血紅蛋白中含有二價鐵，還原鐵粉吃下去后能和胃酸中的鹽酸反應(yīng)，生成二價鐵。

[教師]還有其他作用嗎？提示：鐵露置在空氣中最終會生成什么？形成鐵銹的條件？從另一個角度說明鐵還具有哪些作用？

[學(xué)生]吸收空氣中的氧氣和水。

[教師]正因為如此，還原鐵粉又被稱為“雙吸收劑”，糕點中通常會放一小包黑色粉末，其實就是還原鐵粉。通過剛才的問題我們發(fā)現(xiàn)，鐵可被鹽酸氧化到+2價，被氧氣氧化到+3價，還有哪些物質(zhì)分別可將鐵氧化到+2價、+3價？請舉例。

[學(xué)生]鐵與稀硫酸、硫酸銅、硝酸銀等反應(yīng)生成二價鐵，被氯氣、溴、雙氧水等物質(zhì)氧化為三價鐵。

[教師]下面請同學(xué)們概括，鐵單質(zhì)在什么條件下轉(zhuǎn)化為+2價，什么條件下轉(zhuǎn)化為+3價？

[學(xué)生]與弱氧化劑反應(yīng)生成+2價鐵，與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)生成+3價的鐵。

[教師]這位同學(xué)回答一針見血。

設(shè)計意圖：鐵的化學(xué)性質(zhì)是學(xué)生較為熟悉的內(nèi)容，本節(jié)課在此內(nèi)容的處理上并不是簡單羅列，而是創(chuàng)設(shè)真實的問題情境——“麥片中為何要添加還原鐵”，目的在于診斷學(xué)生對鐵的化學(xué)性質(zhì)認(rèn)知是處于識記水平還是應(yīng)用水平。此外，“鐵單質(zhì)在什么條件下轉(zhuǎn)化為+2價，什么條件下轉(zhuǎn)化為+3價”這一評價任務(wù)的設(shè)計，目的在于使學(xué)生氧化還原反應(yīng)理論達(dá)到“結(jié)構(gòu)化”水平，實現(xiàn)知識向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化。

3.3 如何促吸收

[過渡]還原鐵粉易被氧化為Fe（Ⅲ），能否被人體直接吸收利用？

[學(xué)生]不能。

[追問]那怎么辦？

[學(xué)生]將其轉(zhuǎn)化。

[追問]從氧化還原的角度來看，從+3價轉(zhuǎn)化為+2的鐵化合價是降低的，需要加入哪類物質(zhì)才能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化？

[學(xué)生]還原劑。

[教師]相反，從+2到+3則需要加入（停頓）……

[學(xué)生]氧化劑。

[教師]同學(xué)功底很扎實。

[過渡]當(dāng)然，在研究相互轉(zhuǎn)化時，你是如何判斷+3價的鐵已經(jīng)轉(zhuǎn)化為+2價的鐵了呢？（停頓），這就涉及到+2價、+3價的鐵的鑒別與檢驗的問題。請同學(xué)們根據(jù)已有的知識思考如何鑒別。

[學(xué)生] 1.顏色；2.加堿。

[教師]還有其他方法嗎？請你們仔細(xì)閱讀教材第75頁的信息提示。

[學(xué)生]滴加KSCN。Fe3+為血紅色，F(xiàn)e2+無色。

[學(xué)生]動手實驗——用KSCN檢驗Fe3+。

[教師]巡視，并提示輕輕振蕩試管，注意觀察顏色。有血紅色嗎？是血紅色溶液還是沉淀？

[教師] Fe3+與KSCN反應(yīng)非常靈敏，我們只需1滴KSCN就出現(xiàn)了血紅色溶液，因此可以用來檢驗Fe3+的存在。

[過渡]已經(jīng)知道+2價鐵與+3價鐵的鑒別，讓我們把鏡頭重新切換到轉(zhuǎn)化。除了氧氣之外還有哪些物質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)它們之間的相互轉(zhuǎn)化？這是我們接下來要著重解決的問題。

[PPT]活動與探究

設(shè)計Fe2+和Fe3+相互轉(zhuǎn)化的實驗方案

試劑：FeSO4溶液、FeCl3溶液、KSCN溶液

氯水、雙氧水（H+）

鐵粉（銅粉）、KI溶液、淀粉溶液

[教師]凡事預(yù)則立不預(yù)則廢，動手實驗之前需要先設(shè)計方案，小組展開討論，請將設(shè)計好的方案填在教材第75頁的表格中。如果方案設(shè)計完成，請將你的方案付諸實踐。

[學(xué)生]討論實驗方案，動手實驗。

[教師]我們先討論+2價轉(zhuǎn)化到+3價，哪個小組愿意分享你們的成果？請按照取樣、操作、現(xiàn)象、結(jié)論這一思維程序進(jìn)行描述。

[學(xué)生1]在試管中加入適量FeSO4溶液，滴入1滴KSCN溶液，溶液顏色未明顯變化，再加入幾滴雙氧水或新制氯水，溶液變成血紅色，說明雙氧水或新制氯水能將Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+。

[學(xué)生2]在試管中加入適量FeSO4溶液，先加入幾滴雙氧水或新制氯水，再滴入1滴KSCN溶液，溶液變成血紅色，說明雙氧水或新制氯水能將Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+。

[教師]現(xiàn)在有兩套方案，你認(rèn)為哪一套更佳？

[學(xué)生]方案1，先判別試劑中原先是否存在+3價鐵。

[教師]下面我們來看Fe3+轉(zhuǎn)化到Fe2+的相關(guān)方案。哪個小組愿意分享你們的成果？

[學(xué)生3]在試管中加入適量FeCl3溶液，滴入1滴KSCN溶液，溶液變成血紅色，再加入鐵粉或銅粉，溶液血紅色變淺，說明鐵粉或銅粉能將Fe3+轉(zhuǎn)化成Fe2+。

[學(xué)生4]在試管中加入適量FeCl3溶液，滴入KI溶液，溶液顏色加深，再滴入淀粉溶液，溶液顏色變藍(lán)，說明I-能將Fe3+轉(zhuǎn)化成Fe2+。

[練習(xí)]書寫相關(guān)離子方程式。

[過渡]如果是日常補鐵，我們可以選擇諸如添加鐵的麥片進(jìn)行食補；如果是輕度、中度缺鐵性貧血呢，你會選擇……

[學(xué)生]保健品、藥品。

[教師]食物展示各種各樣補鐵劑（亮出說明書），說明書注意事項中有一條引起了我的興趣：“本品不應(yīng)與濃茶同服”。為什么一些補鐵劑不能與濃茶同服呢，我們來做一個魔術(shù)。

[教師]擦亮你們的雙眼，演示茶水—墨水—茶水實驗。

[PPT]魔術(shù)解密：茶水里含有大量的單寧酸（鞣酸），當(dāng)單寧酸遇到亞鐵離子后立刻生成單寧酸亞鐵，它的性質(zhì)不穩(wěn)定，很快被氧化生成單寧酸鐵的絡(luò)合物而呈藍(lán)黑色，從而使茶水變成了“墨水”。維C具有還原性，將+3價的鐵離子還原成+2價的亞鐵離子，因此，溶液的藍(lán)黑色又消失了，重新顯現(xiàn)出茶水的顏色。

[教師]維C能夠把+3價鐵還原為+2價的鐵，說明維C具有什么性質(zhì)？

[學(xué)生]還原性。

[教師]服用補鐵劑時補充維C有利于促進(jìn)鐵的吸收利用。

設(shè)計意圖：Fe（0）、Fe（Ⅱ）易被氧化為Fe（Ⅲ），如何促進(jìn)鐵的吸收利用，自然而然過渡到Fe2+和Fe3+相互轉(zhuǎn)化。通過相關(guān)問題的探討，強(qiáng)化“變化觀念”這一核心素養(yǎng)?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》強(qiáng)調(diào)要充分認(rèn)識化學(xué)實驗的獨特價值，精心設(shè)計實驗探究活動來學(xué)習(xí)化學(xué)。據(jù)此，本課在教材“活動與探究”欄目基礎(chǔ)上，增添了雙氧水、銅粉、KI等試劑，完全由學(xué)生自主設(shè)計方案、動手操作實驗，在教師引導(dǎo)下進(jìn)行成果分享、小結(jié)，增強(qiáng)了探究活動的開放性，體現(xiàn)了探究活動的本質(zhì)特點，提升了學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。此外，教師展示茶水—墨水—茶水魔術(shù)實驗，闡述“補鐵劑不能與茶水同服”的緣由，并提供解決方案，凸顯了“Fe2+和Fe3+相互轉(zhuǎn)化”的應(yīng)用價值。

3.4 能做質(zhì)檢員

[過渡]作為質(zhì)檢人員，最關(guān)心的是藥品是否含有鐵以及含鐵量是否達(dá)標(biāo)。補鐵劑中的鐵應(yīng)該是什么價態(tài)？

[學(xué)生] +2價。

[教師]你能設(shè)計實驗方案來研究補鐵劑中是否真的含有二價鐵？

[學(xué)生]先加KSCN，再加氧化劑。

[學(xué)生]動手實驗。

[教師]下面請一位同學(xué)匯報看到什么現(xiàn)象，有什么結(jié)論？

[學(xué)生]滴加KSCN溶液的顏色沒有明顯變化，再滴加酸化的H2O2后溶液變紅色，說明樸雪口服液中含有Fe（Ⅱ）。

[設(shè)問]這瓶補鐵劑有沒有被氧化變質(zhì)？

[學(xué)生]沒有。

[追問]我這有一瓶補鐵劑露置空氣一段時間，你如何設(shè)計實驗證明它部分被氧化？

[學(xué)生]如果是部分被氧化，則需證明補鐵劑既含F(xiàn)e3+、又含F(xiàn)e2+。取適量補鐵劑，加KSCN溶液，若顯血紅色，則說明有Fe3+；另取部分補鐵劑，滴加酸性高錳酸鉀溶液，若高錳酸鉀溶液褪色，則說明含有Fe2+。

[追問]如果僅有蒸餾水、氯水、KSCN能完成上述實驗嗎？

[學(xué)生]加KSCN，用蒸餾水稀釋，再加氯水觀察顏色是否加深。

[教師]剛才我們通過實驗定性檢測到補鐵劑中的確含有二價鐵，那如何定量檢測鐵元素的含量呢？請同學(xué)們課后閱讀講義上的相關(guān)內(nèi)容，下周活動課時間有興趣的同學(xué)我們一起去實驗室做個檢測。

[總結(jié)]今天的研究課題來源于生活中的真實社會議題，通過小組討論、設(shè)計方案、動手實驗，從而得出結(jié)論，再將所學(xué)知識應(yīng)用到生產(chǎn)、生活中，可以歸納為起源于生活、形成于課本、應(yīng)用于生活，這是完整的科學(xué)探究脈絡(luò)。希望同學(xué)們在今后生活中遇到與科學(xué)特別是化學(xué)相關(guān)的社會議題時，能夠遵循科學(xué)探究脈絡(luò)理性思考問題，不要人云亦云，這是有科學(xué)素養(yǎng)的公民。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)運用角色模擬法讓學(xué)生綜合應(yīng)用Fe2+和Fe3+相互轉(zhuǎn)化、Fe2+和Fe3+鑒別與檢驗等內(nèi)容檢測補鐵劑商品質(zhì)量，綜合評價并鞏固提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。最后的結(jié)語既呼應(yīng)了開頭，又升華了主題，使學(xué)生今后能對與化學(xué)有關(guān)的社會熱點問題進(jìn)行理性思考，從而做出正確的價值判斷，提升了“科學(xué)精神與社會責(zé)任”這一核心素養(yǎng)。

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