馬佩強 孟靜

摘要：以補鐵劑為線索，設計了“檢驗補鐵劑中鐵元素的價態(tài)”“鑒定補鐵劑溶液中是否含有Fe3+”“探究Fe2+與Fe3+相互轉化的條件”“防止補鐵劑變質的措施”四大核心任務，適時滲透學科核心素養(yǎng)，讓學生在科學探究實踐中認識鐵的重要化合物的性質及相互轉化關系，為后續(xù)元素化合物學習奠定基礎。

關鍵詞：補鐵劑;價類二維認知模型;學科核心素養(yǎng);科學探究

文章編號：1008-0546（ 2019）09-0051-05

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.016

《普通高中化學課程標準（2017版）》要求開展“素養(yǎng)為本”的教學，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，重視教學內容的結構化設計，激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力[1]。筆者在執(zhí)教2018年山東省“互聯(lián)網+教師專業(yè)發(fā)展”工程高中化學省級工作坊現場會公開課“鐵的重要化合物”時，遵循上述理念，以補鐵劑為線索，讓學生結合已有的經驗，在價類二維認知模型的指導下，開展了一系列探究活動，使學生的探究能力和創(chuàng)新意識得到了明顯提升。

一、教學內容與學情分析

本節(jié)是普通高中現行人教版化學《必修1》教材的第三章第二節(jié)《幾種重要的金屬化合物》中的一個框題，在第一章從實驗學化學和第二章化學物質及其變化的基礎上，系統(tǒng)介紹了鈉、鋁、鐵等金屬單質和鈉、鋁的重要化合物之后出現的內容。這些內容連同后面即將學習的系列元素化合物的知識既為前兩章的實驗和理論知識補充了豐富的感性知識素材，又為后續(xù)物質結構、元素周期律、化學反應與能量等理論知識打下了重要的基礎，對于強化學生從物質類別、元素價態(tài)變化角度認識物質性質及其轉化的意識和能力有著非常重要的意義[2]。

開設本節(jié)時，學生進入高中化學的學習已有近三個月的時間，對高中化學的內容特點和學習方法有了一定的了解，對科學探究的一般程序有了初步的認識，但自主進行方案設計并實施探究的能力還十分薄弱，亟待結合一些典型的素材進行強化和提高。同時，學生盡管已經接觸過氧化還原反應，但從氧化還原反應的角度認識物質的性質及其轉化的意識還不強，筆者在開設這節(jié)課之前，曾經設計了一道前置作業(yè)題，讓學生用圖示表示從不同角度對鐵的重要化合物進行分類的結果，絕大多數同學都從物質類別角度進行了分類，僅有極少數同學想到了從化合價角度進行分類，由此可見，學生頭腦中還未建立起從化合價和物質類別兩個視角審視元素化合物的認知模型。

二、情境素材的選取和教學思路的確立

新課標十分倡導基于真實問題情境的探究學習，因此，從備課之初，筆者就一直在尋找合適的情境素材。新版課程標準在本部分給出了“補鐵劑”“實驗室中硫酸亞鐵的保存與使用”“印刷電路板的制作”“菠菜中鐵元素的檢驗”等素材[3]，經過認真的研讀與思考，筆者最終將目光鎖定在了補鐵劑上。市面上有一種最常見的補鐵劑主要成分為FeS04（備注：本課中所選補鐵劑為復方硫酸亞鐵顆粒，其優(yōu)點為主劑和矯味劑分別獨立包裝，主劑成分簡單，實驗現象受雜質干擾較少），對其主要成分的檢驗和變質條件、防護措施的探究可以很好地與Fe2+、Fe3+的檢驗及其相互轉化建立聯(lián)系，恰好契合本節(jié)課的內容重點，并且圍繞探究過程展開的大膽猜想、方案設計、實驗實施、證據收集、分析推理、交流評價等活動又能很好地落實新課標中提出的學科核心素養(yǎng)要求，利用它來設計真實的探究情境再合適不過。

但筆者在設計過程中發(fā)現，僅有問題情境的創(chuàng)設和探究活動的設計，缺少必要的理論模型支撐，猜想推理缺乏依據，學習深度不夠。經過反復的斟酌與思考，在新課標學業(yè)要求“能從物質類別、元素價態(tài)的角度，依據復分解反應和氧化還原反應原理，預測物質的化學性質和變化”的啟發(fā)下，找到了解決問題的突破口，決定引導學生在價類二維認知模型[4]的指導下，利用科學探究的方式來進行本部分內容的學習。

三、教學與評價目標[5]

l.教學目標

（1）通過科學探究過程，從物質類別及氧化性、還原性等角度認識鐵的化合物的主要性質及相互轉化途徑，初步建立價類二維元素觀。

（2）通過對鐵的化合物性質的研究過程，引導學生初步確立研究元素化合物性質的思路和方法。

（3）通過探究實驗活動，提高學生的化學實驗能力和化學思維能力。

2.評價目標

（1）通過對補鐵劑中鐵元素價態(tài)的探究實驗設計方案的交流和點評，診斷并發(fā)展學生實驗探究的水平（基于經驗水平、基于概念原理水平）。

（2）通過對Fe2+與Fe3+相互轉化條件的探究實驗方案的設計與實施，診斷并發(fā)展學生對物質及其轉化思路的認識水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）和探究實驗方案的設計水平（模仿水平、理性水平）。

（3）通過對補鐵劑防變質失效措施的討論，診斷并發(fā)展學生解決實際問題的能力水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）及其對化學價值的認識水平（學科價值視角、社會價值視角、學科和社會價值視角）。

四、教學重點和難點

1.教學重點

用價類二維的視角認識研究鐵的化合物的性質，Fe3+、Fe2+的檢驗方法，Fe3+、Fe2+相互轉化的條件。

2.教學難點

Fe3+、Fe2+相互轉化的條件。

五、教學過程

[引入]前置作業(yè)中有這樣一個問題，讓大家從不同的角度對鐵及其重要化合物進行分類，下面我來展示兩位同學的答案，第一位同學從物質類別角度進行了分類，且答案非常工整，第二位同學除此之外，還想到了從化合價的角度對其分類研究，但是答案還有待完善。現在我們把這兩個研究視角融合到一個直角坐標系中呈現，橫坐標從物質類別角度研究，縱坐標按化合價分類研究，這個圖稱為價類二維圖。價類二維圖是我們學習元素化合物的方向圖，路線圖，是分類觀與氧化還原觀相互結合的認知模型，今天我們就用它來揭開鐵的化合物的神秘面紗。

[媒體展示]鐵及其化合物的價類二維圖（如圖1所示）

設計意圖：運用分類法對物質進行分類，體驗分類研究物質的思想，據此建立起以物質類別為橫坐標，以化合價為縱坐標的二維認知視圖。

任務1：探究補鐵劑中鐵元素的價態(tài)

[講述展示]鐵的化合物應用廣泛，可以說深入到了我們生活的每一個角落，補鐵劑就是其中～種，它是預防和治療缺鐵性貧血的藥物，我手頭有一種補鐵劑（展示藥品包裝，如圖2所示，用手遮擋“亞鐵”字樣），已知它的主要成分是某價態(tài)鐵的硫酸鹽，并且不含其他金屬元素，究竟是幾價鐵的硫酸鹽呢，我希望同學們通過科學探究告訴我答案。

[PPT展示]回顧科學探究的一般流程：提出問題和假設，設計方案，實施實驗，獲取證據，分析解釋，形成結論，交流評價。

[設問]根據已有的知識和經驗，你想到了采用什么方法通過什么現象來證明補鐵劑中的鐵元素是二價鐵還是三價鐵呢？

[學生回答]氫氧化物沉淀法，通過觀察生成沉淀的顏色來判斷鐵元素的價態(tài)。

設計意圖：讓學生利用已有知識主動思考Fe2+、Fe3+的檢驗方法，鍛煉學生從頭腦中提取相關信息解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生的成就感，為后續(xù)方法的引入做好鋪墊。

[媒體展示]資料卡片：Fe（OH）2為白色，Fe（OH）3為紅褐色。

[學生活動]學生思考討論后以小組為單位進行展示匯報：

生1：向補鐵劑中加入NaOH溶液，若生成白色沉淀，說明含Fe2+;若生成紅褐色沉淀，說明含Fe3+。（教師追問：直接向固體顆粒中加NaOH溶液嗎？） 生2：未溶解的固體顆粒會影響對沉淀的觀察，所以需要先將補鐵劑顆粒溶于水再加NaOH溶液。

[PPT展示]提出問題：補鐵劑中鐵元素的價態(tài)是+2價還是+3價？

作出假設：補鐵劑中的鐵元素是+2價。

設計方案：

①將補鐵劑顆粒溶于適量水;

②取少量補鐵劑溶液，加入NaOH溶液。

若生成白色沉淀，說明補鐵劑中的鐵元素是+2價;若生成紅褐色沉淀，則說明是+3價。

設計意圖：將Fe2+、Fe3+的檢驗方法轉化成具有操作性的方案，培養(yǎng)學生依據探究目的設計探究方案的能力，加深對科學探究核心要素的認識。

[分發(fā)試劑]現場啟封補鐵劑包裝，將補鐵劑膠囊分發(fā)到各小組（每小組一粒），并強調實驗注意事項：補鐵劑顆粒加約1/3試管水充分溶解后，倒出2-3 mL用于本實驗，剩余溶液用到后續(xù)實驗;取FeCl2、FeCl3溶液開展對照實驗。

[學生活動]各小組按要求，在投影有關步驟和試劑用量指導下開展實驗。

[匯報點評]學生匯報在實驗中獲取到的證據（實驗現象）及由此所得出的結論，教師點評后投影展示（如表1所示）：

設計意圖：運用實驗探究的方法檢驗鐵元素的價態(tài)，主動記錄實驗現象并分析形成結論，培養(yǎng)學生的分工協(xié)作意識和實驗操作技能，讓學生體會基于證據進行分析和推理對科學探究的重要性。

[追問]資料卡片說氫氧化亞鐵是白色的，但實驗中得到的白色沉淀卻迅速變成了灰綠色沉淀，這是什么原因，你能不能根據價類二維圖作一個初步的分析、判斷。

[學生活動]分析思考沉淀呈灰綠色的原因。

[展示點評]學生回答沉淀呈灰綠色的可能原因，教師點評，指出氫氧化亞鐵被氧化的最終產物為氫氧化鐵。方程式為：4Fe（OH）2+02+2H20=4Fe（OH）3，在熟練掌握氧化還原反應方程式配平技巧之前，可以借助這樣一個歷史事件來記憶：四一二政變是白色恐怖下的血腥（紅褐色）事件。怎樣制備純凈的氫氧化亞鐵，留給同學們課下思考。

設計意圖：引導學生從價類二維圖中尋找通常操作不易得到純凈的Fe（ OH）2的原因，從而培養(yǎng)學生運用方法模型思考解決問題的能力。

任務2：鑒定補鐵劑溶液中是否含有Fe3+

[追問]氫氧化亞鐵容易被氧化，那么Fe2+的情況怎樣呢？補鐵劑中Fe2+在生成氫氧化物沉淀之前會不會已經有極少量被氧化呢？又該如何檢驗呢？

[PPT展示]資料卡片：含有Fe3+的溶液與KSCN作用會得到紅色溶液，其他離子無此性質。

[注解]這一反應是Fe3+的特征反應，并且非常靈敏，極少量的Fe3+也能檢驗出來。

[設問]如何檢驗補鐵劑溶液中Fe2+有沒有開始被氧化呢？

[學生回答]向配成的補鐵劑溶液中加入KSCN溶液，若溶液變紅，則證明有Fe3+，Fe2+已經部分被氧化;反之，則沒有被氧化。

[學生活動]學生在PPT信息提示下開展實驗：分別取2-3 mL（2滴管）FeC12、FeC13、補鐵劑溶液，各加入2-3滴KSCN溶液，觀察并記錄實驗現象。

[學生匯報]生1：向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，溶液不變紅色;向FeCl3溶液中加入KSCN溶液，溶液變紅色;向補補鐵劑溶液中加入KSCN溶液，溶液不變紅色，說明補鐵劑溶液中不含Fe3+，進而證明Fe2+未被氧化。

生2：向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，溶液顯示微微的紅色。

[激疑點評]哪位學生描述的更加客觀呢？（有的學生再仔細觀察實驗試管中的溶液，有的學生則陷入沉思。）其實，兩種情況都是有可能的，我們要充分尊重事實。試劑是前一天配制的，結果說明了Fe2+是很容易被氧化的。

設計意圖：讓學生通過具體實驗操作體驗Fe3+檢驗的特征反應，并用以檢驗補鐵劑中有無Fe3+，進一步鍛煉學生的實驗操作技能，培養(yǎng)其合作意識和嚴謹求實的科學態(tài)度。

[方案評價]生1：氫氧化物沉淀法現象明顯，操作簡單，但檢驗容易受到其他離子的干擾，有一定局限性。

生2：KSCN法用于檢驗Fe3+存在靈敏度高，結果可靠，但只能檢驗Fe3+，不能檢驗Fe2+的存在。（教師追問：真的不能嗎？）

生3：可將其轉化為Fe3+來檢驗。

[點評]非常好，說明同學們已開始有意識地利用價類二維圖來進行思考問題了。

設計意圖：通過交流、展示、互動，對氫氧化物沉淀法和KSCN法的優(yōu)缺點進行分析評價，從轉化觀的角度思考Fe2+的檢驗方法，讓學生初步樹立對實驗方案進行反思評價和拓展的意識，為下一環(huán)節(jié)探究Fe2+與Fe3+相互轉化的條件做好鋪墊。

任務3：探究Fe2+與Fe3+相互轉化的條件

[過渡]哪些物質能夠實現價類二維圖中Fe2+到Fe3+的轉化，哪些又能實現Fe3+到Fe2+的轉化？這些轉化條件對我們保存補鐵劑有什么啟示？請利用手頭提供的試劑，設計適當的方案進行探究。

[學生活動]學生思考后展示：

生1：我想，現有的試劑中氯水和雙氧水可將Fe2+氧化成Fe3+，因此向FeCl2溶液中加入氯水或雙氧水，再加入KSCN溶液，若溶液變紅，則可證明前面猜想成立。（教師追問：這樣的方案在本實驗中沒什么問題，若某亞鐵鹽溶液中原本混有Fe3+，你又如何說明Fe3+是原本有的還是氧化生成的呢？）

生2：可以向溶液中先加入KSCN溶液，看溶液是否變紅，若溶液不變紅，再加入氯水或雙氧水后變紅，說明溶液中含有Fe2+。

生3：先加入KSCN溶液，再加氧化劑，若開始即變紅，加入氧化劑后紅色明顯加深，說明溶液中既有Fe3+又有Fe2+。

生4：向FeCl3溶液中加入KSCN溶液，再加入鐵粉，若紅色褪去，證明鐵粉能將Fe3+還原成Fe2+。（教師追問：現有試劑中，還有沒有其他的具備這一功能？）

生5：維生素C好像也能將能將Fe3+還原成Fe2+。

設計意圖：通過對Fe2+與Fe3+相互轉化條件的探究方案的設計，讓學生體驗從氧化還原反應角度選擇合適氧化劑、還原劑的思維過程，充分認識試劑添加順序對實驗結果的影響，進一步樹立嚴謹的科學態(tài)度。

[PPT展示]教師對學生的方案進行點評完善后投影：

提出問題：哪些物質能將Fe2+氧化成Fe3+？哪些物質能將Fe3+還原成Fe2+？

作出假設：Cl2等物質能將Fe2+氧化成Fe3+;還原鐵粉、維生素C等能將Fe3+還原成Fe2+。

設計方案：向FeCl2溶液中加入KSCN溶液，再滴入3-5滴氯水（或雙氧水），如果加入氯水后溶液變成紅色，說明氯水能夠將Fe2+氧化成Fe3+;向上述溶液及任務2中加入了KSCN的FeCl3溶液中分別加入一粒維生素C片和少量鐵粉，如果溶液紅色褪去，則說明維生素C片和鐵粉能夠將Fe3+還原成Fe2+。

[學生活動]學生在PPT信息提示下開展探究實驗，教師提醒學生同時取任務2中加入了KSCN的補鐵劑溶液進行實驗。

[學生匯報]生1：取FeCl2溶液兩份，各加入幾滴KSCN溶液，溶液不變紅，再分別加入氯水和雙氧水，溶液均變紅，說明氯水和雙氧水均能將Fe2+氧化成Fe3+;向上述溶液及加入了KSCN的FeCl3溶液中分別加入一粒維生素C片和少量鐵粉，溶液紅色均褪去，說明維生素C、鐵粉均能將Fe3+還原成Fe2+。（教師追問：加入了KSCN的補鐵劑溶液中加入氯水或雙氧水，情況又是怎樣的？）

生2：補鐵劑溶液中先滴加KSCN再滴加氯水，觀察到溶液瞬間變紅又立即褪色。（教師追問：這可能是什么原因呢？）

生3：補鐵劑中可能含有其他還原性物質。

[展示點評]教師展示說明書中藥劑主要成分：硫酸亞鐵、維生素C和葡萄糖，鼓勵學生在實驗和推理的基礎上敢于質疑、勇于創(chuàng)新，勇攀科學高峰。

[學生板演]兩名學生分別板演FeCl2溶液與氯水、FeCl3溶液與鐵粉反應的離子方程式，其他同學在筆記本上書寫，書寫完畢，教師點評并提示學有余力的同學課下嘗試書寫FeCl2溶液與雙氧水反應的離子方程式。

[拓展]除了02、C12、H202外，還有Br2、濃H2S04、HN03、KMn04等能將Fe2+氧化成Fe3+;除了Fe、維生素C外，還有Cu、S02、I-、S032-等能將Fe3+還原成Fe2+。

設計意圖：進一步培養(yǎng)學生的實驗操作技能和科學探究水平，體會嚴肅認真的態(tài)度對于科學探究的重要性，養(yǎng)成敢于質疑、勇于創(chuàng)新的精神。

任務4：討論防止補鐵劑變質的措施

[設問]根據前面的探究和討論，我們知道Fe2+很容易被空氣中的氧氣所氧化，那么采取怎樣的措施才能防止Fe2+被氧化呢？首先思考我們配制的亞鐵鹽溶液，是如何防止其被氧化的。

[學生回答]生：加入鐵粉，（教師追問：它是怎樣發(fā)揮作用的？）因為它能將氧化生成的Fe3+還原成Fe2+。

[追問]我們常用到的補鐵劑呢？

[學生回答]生1：作密封處理。

生2：加入還原性物質，如維生素C。

[PPT展示]教師點評后展示補鐵劑防變質的措施：密封、加入維生素C等還原性物質，干燥處保存（防潮）。

[點評]教師同時展示幾種補鐵劑說明書，指出幾乎所有的補鐵劑藥品說明書都有這樣一句話：維生素C與本品同服，有利于本品吸收。由此，我想到了黃金搭檔的一句經典廣告詞，維C和鐵搭檔，有助提高抵抗力，看來是有科學道理的。

設計意圖：讓學生充分認識化學對于改善人類生活和促進社會進步發(fā)展所作出的重大貢獻，引導其樹立應有的社會責任和使命擔當。

[小結]生1：通過學習，掌握了Fe2+、Fe3+的檢驗及相互轉化條件。

生2：我們了解到了Fe2+不僅具有氧化性又具有還原性。

生3：知道了Fe3+與KSCN反應的特性。（師：學習元素化合物不僅要明通性，還要識共性，更要抓特性。）

生4：學科思想和方法上，加深了對氧化還原觀的認識，了解了價類二維模型。（師：價類二維模型的建立，使我們對元素化合物的認識從具體物質層面提升到了核心元素層面[6]。）

教師：本節(jié)課，我們通過對補鐵劑成分及保存措施的探究，利用科學探究的方法，本著科學嚴謹的態(tài)度，搜集了一系列證據并進行了邏輯推理，驗證了假設和猜想，在此過程中，同學們敢于質疑，勇于創(chuàng)新，得到了意想不到的收獲和發(fā)現，充分展示了新時代青少年的責任擔當。希望同學們在以后的學習中能夠腳踏實地、勤學苦練，掌握過硬本領，為更加滿足人民日益增長的美好生活需要，早日實現中華民族偉大復興的中國夢作出應有的貢獻。

[PPT展示]小結過程中，播放幻燈片（如圖3所示）。

設計意圖：引導學生梳理本節(jié)課的知識內容，加深對價類二維認知模型的認識，體會其中滲透的學科核心素養(yǎng)與觀點，增強學好化學、造福人類的決心與信心。

[課后思考]

（1）設計制備純凈Fe（OH）2的實驗方案。

（2）依據價類二維圖設計制備FeS04補鐵劑的途徑。

設計意圖：通過設計制備純凈Fe（OH）2的實驗方案，增強學生利用已有知識解決實際問題的能力;通過設計制備FeSO4補鐵劑的途徑，將補鐵劑的素材引向課后，持續(xù)激發(fā)學生進行深入探究的不竭動力，提高運用價類二維認知模型預測物質間相互轉化的能力。

六、教學反思

本節(jié)課以價類二維認知模型的建構引入，從補鐵劑中鐵元素價態(tài)的檢驗、Fe3+的鑒定，補鐵劑的保存措施等方面展開，讓學生借助模型大但猜想和假設，設計探究方案開展實驗探究。在學習過程中學生始終保持濃厚的參與興趣，收獲知識，鍛煉技能，展示思維，掌握方法，體驗了化學與生活、生產的密切聯(lián)系，認識了化學對社會發(fā)展的重大貢獻，大大強化了社會責任意識。本節(jié)課從不同的角度落實了新課標“證據推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”等素養(yǎng)要求，為開展基于學科核心素養(yǎng)的教學進行了積極、有益的嘗試，進一步堅定了筆者立足學科特點，打造生機、魅力課堂的決心。

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）[M].北京：人民教育出版社，2018：68-77

[2]人民教育出版社課程教材研究所化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書化學必修1教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2007：36

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：16

[4] 白建娥，何彩霞，論促進學生“元素觀”發(fā)展的鐵及其化合物的教學[J].中學化學教學參考，2014（10）：5-6

[5] 中華人民共和國教育部普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：93

[6] 白建娥，何彩霞，論促進學生“元素觀”發(fā)展的鐵及其化合物的教學[J].中學化學教學參考，2014（10）：1