鄧君

摘要：以魔術(shù)及“麥片中含鐵粉是真的嗎？”為切入口，設(shè)置真實問題情境學(xué)習(xí)鐵鹽和亞鐵鹽的性質(zhì)和它們在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，提高學(xué)生解決實際問題的能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)的真正落實。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);真實情境;鐵鹽;亞鐵鹽

文章編號：1008-0546（2021）04-0048-06 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.013

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（簡稱新課標(biāo)）指出：“重視開展素養(yǎng)為本的教學(xué)，倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動[1]。新課標(biāo)對高中化學(xué)教學(xué)提出了更高的目標(biāo)和要求，明確了學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科課程后應(yīng)達(dá)成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。為此，教師在設(shè)計和開展教學(xué)活動時，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實陌生的問題情境、設(shè)置挑戰(zhàn)性任務(wù)，運用必備知識和關(guān)鍵能力去解決實際問題，將學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)落到實處。關(guān)于“鐵鹽和亞鐵鹽”的教學(xué)設(shè)計層出不窮，文獻(xiàn)集中在離子轉(zhuǎn)化關(guān)系的教學(xué)[2-3]、高考復(fù)習(xí)的教學(xué)設(shè)計[4-5]、創(chuàng)設(shè)生活情境進(jìn)行實驗探究的設(shè)計[6-7]。但是在諸多教學(xué)設(shè)計中，教師常常直接告知靜態(tài)結(jié)論或者忽視問題情境的復(fù)雜性、應(yīng)用性，未能發(fā)展學(xué)生應(yīng)對生活實踐問題情境與學(xué)習(xí)探索問題情境的綜合素養(yǎng)。

鑒于此，筆者將以“鐵鹽和亞鐵鹽”的教學(xué)為例，結(jié)合真實問題情境，采用“體驗—探究”教學(xué)模式，試圖為構(gòu)建學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計提供參考。

一、教材分析

“鐵鹽和亞鐵鹽”選自人教版《化學(xué)1》第三章第二節(jié)“幾種重要的金屬化合物”，是在初中介紹的金屬和金屬材料的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化和提高，也是為物質(zhì)的分類、離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等理論補充感性認(rèn)識材料，更是對前面理論的應(yīng)用和升華。本節(jié)課是在真實較為復(fù)雜的情境下進(jìn)行Fe2+、Fe3+的檢驗及從氧化還原反應(yīng)的視角認(rèn)識Fe2+、Fe3+的性質(zhì)，可以使學(xué)生在探究Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化的實驗方案中，對實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析推理，得出合理結(jié)論，最終目的讓學(xué)生在面臨與化學(xué)有關(guān)的問題時，能從化學(xué)的視角做出更理智、更科學(xué)的判斷或選擇。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.通過魔術(shù)“黃酒變紅酒”和“麥片中含鐵粉是真的嗎？”實驗探究，學(xué)會Fe2+和Fe3+的檢驗方法，能根據(jù)觀察和實驗獲得的現(xiàn)象，在分析過程中培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理、科學(xué)探究的素養(yǎng)。

2.通過魔術(shù)揭秘及Fe2+和Fe3+相互轉(zhuǎn)化的實驗探究活動，對知識進(jìn)行歸納整理，建構(gòu)Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化模型，在過程中培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知和變化觀念的素養(yǎng)。

3.通過了解實際生活生產(chǎn)中Fe2+和Fe3+的應(yīng)用，體會理論知識在實際生活中的具體應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的素養(yǎng)。

三、教學(xué)策略

“體驗—探究”教學(xué)模式操作程序如下：

創(chuàng)設(shè)情境（激發(fā)體驗階段）→探究釋疑（實踐體驗階段）→實踐應(yīng)用（體驗生成階段）→評價反思（反思體驗階段）

1.創(chuàng)設(shè)情境

魔術(shù)和網(wǎng)絡(luò)新聞這些真實的問題情境，能夠拉近學(xué)生與化學(xué)知識的距離，激發(fā)學(xué)生的好奇心，成為學(xué)生思考并解決問題的驅(qū)動力。

2.探究釋疑

創(chuàng)設(shè)有思維梯度的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生進(jìn)行不斷地深度探究，將本質(zhì)性知識形成清晰的知識框架。

3.實踐應(yīng)用

緊密聯(lián)系生產(chǎn)和生活實際，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實和證據(jù)，具有獨立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神。

4.評價反思

通過自我評價可以對外在的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深刻領(lǐng)會，并使之轉(zhuǎn)化為自我可以接受的評價準(zhǔn)則，從而更好地用它來指導(dǎo)課堂教學(xué)。

四、教學(xué)流程

教學(xué)流程如圖1所示。

五、教學(xué)過程

1.情境引入——明確課堂目標(biāo)

【引入】我不是劉謙，但我也可以像劉謙一樣會變魔術(shù)，見證奇跡的時刻到了。這是一杯黃酒，另外一個是空酒杯，我將它倒進(jìn)空酒杯，一杯純正的紅葡萄酒就出現(xiàn)了。我再加入維生素C粉末，紅酒就變成蘋果汁（見圖2）。

【學(xué)生】尖叫、鼓掌

【教師】秘密就在課本中，請大家打開課本第61頁，尋找答案。

【展示】硫酸鐵等含有Fe3+的鹽溶液遇到KSCN溶液時變成紅色，我們可以利用這一反應(yīng)檢驗Fe3+的存在。

【板書】鐵鹽和亞鐵鹽

【教師】魔術(shù)的奧妙在哪里？誰能為我這個魔術(shù)來揭秘呢？

【學(xué)生】黃酒是Fe3+溶液，另一個酒杯裝有很少的KSCN溶液，看起來像空酒杯一樣，一混合紅葡萄酒就出現(xiàn)了。后來為什么變成蘋果汁就不知道了。

【教師】非常好！為什么葡萄酒會變成蘋果汁我們稍后揭秘。我們可以用KSCN溶液檢驗Fe3+，生成的硫氰化鐵是紅色的，注意不是沉淀。用K3[Fe（CN）6]溶液來檢驗Fe2+，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀。另外，還有沒有其他方法來鑒別Fe2+，F(xiàn)e3+呢？

【學(xué)生甲】觀察溶液顏色，亞鐵鹽是淺綠色的，鐵鹽是棕黃色的。

【學(xué)生乙】加入NaOH溶液，F(xiàn)e（OH）2是白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最終被氧化為紅褐色，而Fe（OH）3是紅褐色沉淀。

【教師】不錯。那我們就開啟實驗之旅吧。

設(shè)計意圖：通過魔術(shù)表演，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使樂學(xué)、善學(xué)這一核心素養(yǎng)在課堂上得以體現(xiàn)。

2.實驗探究——掌握化學(xué)原理

【實驗探究】有些商家為了將麥片中鐵含量增加，直接把鐵粉摻入麥片里。麥片中含有鐵粉是真的嗎？對人體是有益還是有害？請大家在20min內(nèi)完成活動，各小組交流討論，然后匯報成果。

（1）閱讀麥片配料表（見圖3），思考如何提取鐵粉？如何溶解鐵粉？溶液中的鐵元素是Fe2+還是Fe3+？設(shè)計實驗檢驗Fe2+，F(xiàn)e3+。

（2）通過教師引導(dǎo)設(shè)計流程圖（見圖4），完成實驗，記錄現(xiàn)象，得出結(jié)論。

實驗儀器：攪拌機、燒杯、試管、藥匙、玻璃棒、膠頭滴管、點滴板、密封袋、磁鐵

實驗試劑：麥片、稀硫酸、鐵氰化鉀溶液、硫氰化鉀溶液、氫氧化鈉溶液

實驗步驟：分別取各品牌麥片一包，加水充分溶解，倒入攪拌機攪拌約20s，將液體倒入密封袋中，用強力磁鐵放在密封袋上面，吸出黑色粉末并取出。

【實驗現(xiàn)象】如圖5所示

【板書】檢驗Fe2+，F(xiàn)e3+

【教師】時間到了，大家非常積極，配合的也很默契，每組請一位同學(xué)進(jìn)行匯報。鐵元素存在的價態(tài)有哪些？大家如何提取鐵粉？溶解過程有什么現(xiàn)象？請第1小組的成員分享你們的成果。

【成果匯報l】鐵元素有0，+2，+3價，存在形式為Fe、Fe2+、Fe3+。用磁鐵將鐵粉吸出來，然后選擇稀硫酸將其溶解，四種麥片中均有氣泡生成。

【教師】很好，請在黑板上寫出這個反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【學(xué)生板書】Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑

【教師】如何檢驗所得溶液中的Fe2+和Fe3+？請第2組同學(xué)將本組探究情況跟大家交流匯報。

【成果匯報2】結(jié)果如表1所示。

【教師】根據(jù)實驗現(xiàn)象，為什么觀察法和沉淀法并沒有達(dá)到實驗的預(yù)期現(xiàn)象？

【學(xué)生丙】可能是鐵離子濃度過小，通過肉眼無法辨別顏色。

【學(xué)生丁】可能反應(yīng)后溶液是Fe2+，F(xiàn)e3+的混合溶液，F(xiàn)e2+含量多，灰綠色沉淀掩蓋了Fe（OH）3紅褐色沉淀，不能觀察出來。

【教師】鑒別即兩種或兩種以上物質(zhì)組合，通過實驗予以區(qū)分。同學(xué)們歸納出來的是鑒別Fe2+，F(xiàn)e3+的方法。而此時我們得到的是一杯混合溶液，里面可能存在Fe2+可能存在Fe3+，要確定溶液中是否存在二者，這樣的過程稱之為檢驗。觀察法和沉淀法中兩種離子相互干擾無法檢驗出二者。那么大家覺得在這杯溶液中檢驗Fe2+，F(xiàn)e3+最好選用什么試劑？流程中試劑1，2分別是什么？

【學(xué)生戊】試劑1可用鐵氰化鉀K3[Fe（CN）6]溶液來檢驗Fe2+，試劑2可用KSCN溶液檢驗Fe3+。這兩種方法比較靈敏，不相互干擾，用量少且現(xiàn)象明顯。

【教師】請第3組同學(xué)對四種不同麥片品牌中的Fe2+、Fe3+的檢驗進(jìn)行匯報交流。

【成果匯報3】四種麥片的實驗數(shù)據(jù)（見表2）

【教師】這四種麥片中都含有Fe2+和Fe3+，分析產(chǎn)生Fe3+的原因是什么呢？

【學(xué)生】（1）麥片中加入的還原鐵不純，存在少量副產(chǎn)物。

（2）還原鐵有部分被氧化，或者生成Fe2+后被空氣氧化。

【教師】麥片中為何要添加還原鐵？

【學(xué)生】補鐵，還原鐵粉進(jìn)入胃中會轉(zhuǎn)化為Fe2+，被人體所吸收。

【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？

【學(xué)生】吸收空氣中的氧氣和水。

【教師】因此，還原鐵粉又稱為“雙吸劑”，糕點中常會放一包黑色粉末，用于食品保鮮。一般來說，F(xiàn)e2+較Fe3+有利于人體吸收。如何將Fe3+轉(zhuǎn)化為更利于人體吸收的Fe2+呢？

設(shè)計意圖：利用生活實驗探究，不僅增進(jìn)趣味性，更體現(xiàn)學(xué)以致用;既區(qū)別檢驗與鑒別的概念，又選出檢驗Fe2+，F(xiàn)e3+的最佳試劑。本主題的設(shè)計是讓學(xué)生勤于反思，通過問題解決實現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的達(dá)成。

3.實驗升華——形成知識框架

【教師】我們前面的魔術(shù)中，黃酒變紅葡萄酒，大家都明白了暗含的秘密。說明溶液中有Fe3+，我再加入維生素C粉末，紅酒就變成蘋果汁。此時，有沒有發(fā)生化學(xué)變化？溶液里還有沒有Fe3+呢？如果是化學(xué)反應(yīng)，屬于什么反應(yīng)類型？

【學(xué)生】有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。紅酒里已經(jīng)有硫氰化鉀，加入維生素C粉后，紅色褪去，說明反應(yīng)后已沒有Fe3+。鐵元素的化合價有發(fā)生改變，為氧化還原反應(yīng)。

【教師】說得很好！從化合價的變化角度看，維生素C片起什么作用？作什么劑？

【學(xué)生】加入維生素C，維C把Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，所以維C作還原劑。

【板書】Fe2+和Fe3+的轉(zhuǎn)化

【學(xué)生活動1】設(shè)計實驗將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+

試劑：Fe2（SO4）3溶液、維生素C片、銅片，KSCN溶液，K3[Fe（CN）6]溶液。

（1）從氧化還原反應(yīng)角度分析，F(xiàn)e3+能不能轉(zhuǎn)化為更利于人體吸收的Fe2+？

（2）驗證你的猜想。

【教師】請采用不同還原劑做實驗的第4組和第5組同學(xué)分別進(jìn)行匯報交流。

【成果匯報4】取一支潔凈的試管，加入少量的Fea（SO4）3溶液，加入銅片，溶液由黃色變?yōu)闇\綠色（耗時較長）。再滴入1滴K3 [Fe（CN）6]溶液，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀（輔助檢驗）。說明鐵離子轉(zhuǎn)化為亞鐵離子（見圖6）。

【成果匯報5】取一支潔凈的試管，加入少量的Fe2（SO4）3溶液，滴入幾滴KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色。加少量研磨后的維生素C粉，紅色褪去。再加入1滴K3[Fe（CN）6]溶液，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀（如圖7）。說明維生素C粉、銅片這樣的還原劑可以將Fe3+還原為Fe2+。

【教師】銅片、維生素C等還原劑能夠?qū)e3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，更有利于人體吸收。那要加入什么試劑可以將Fe2+氧化成Fe3+？

【學(xué)生】要加入氧化劑，比如高錳酸鉀、氯水、過氧化氫等。

【學(xué)生活動2】設(shè)計實驗將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+

試劑：FeSO4溶液、新制氯水、雙氧水，KSCN溶液。

【教師】請最后一組同學(xué)來分享你們的活動成果。

【成果匯報6】如表3所示

【教師】實驗操作1和2哪一種更好？為什么？

【學(xué)生己】實驗操作1更好，F(xiàn)e2+易被氧化，先加KSCN溶液，溶液無明顯現(xiàn)象，可排除原溶液中Fe3+的干擾。

【教師】請按實驗操作3的同學(xué)來分享一下實驗現(xiàn)象。

【學(xué)生庚】剛開始跟大家一樣，溶液變紅，但是，一段時間后，溶液中有較多氣泡出現(xiàn)，并放熱，隨后有紅褐色沉淀生成。

【教師】不錯，同學(xué)觀察現(xiàn)象非常仔細(xì)。有同學(xué)可以分析一下產(chǎn)生的是什么氣體？產(chǎn)生氣泡的原因是什么？生成的紅褐色沉淀是什么？產(chǎn)生沉淀的原因又是什么呢？

【學(xué)生辛】可能雙氧水加多了分解生成氧氣。根據(jù)元素守恒和特殊的顏色現(xiàn)象可以判斷出來，生成的紅褐色沉淀應(yīng)該是Fe（OH）3，原因是什么不清楚。

【教師】初中我們學(xué)過二氧化錳可以催化雙氧水分解產(chǎn)生氧氣，F(xiàn)e3+也可以。感興趣的同學(xué)可以自行設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。生成紅褐色的原因是該分解反應(yīng)放熱，促進(jìn)Fe3+的水解平衡正向移動。鹽類的水解我們稍后會學(xué)習(xí)。

【板書】如圖8所示。

設(shè)計意圖：本節(jié)課模型構(gòu)建的升華，掌握學(xué)習(xí)元素化合物的一般方法，同時拓展離子檢驗方法的思路及氧化還原理論的運用。

4.實驗應(yīng)用——體驗知識達(dá)成

【教師】實驗室如何保存FeSO4溶液？

【學(xué)生壬】可以加入少量鐵粉，防止Fe2+被氧化。

【學(xué)生癸】在配制溶液時，用的蒸餾水應(yīng)該要加熱煮沸除去溶解氧。

【學(xué)生十一】這種試劑盡量現(xiàn)用現(xiàn)配，因為容易被氧化。

【教師】大家回答的非常棒！請大家觀察這瓶FeSO4溶液的底部。

【學(xué)生】黑色粉末為鐵粉，防止溶液被氧化。

【教師】不錯，請同學(xué)們寫出該反應(yīng)的離子方程式。

【學(xué)生】Fe+2Fe3+=3Fe2+

【教師】在生活中，兒童缺鐵性貧血醫(yī)生會建議服用小兒硫酸亞鐵糖漿，在服用時與什么同服更促進(jìn)吸收？

【學(xué)生】維生素C片或富含維C的食物，維生素C可以將部分被氧化生成Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，促進(jìn)鐵吸收。

設(shè)計意圖：真實情境的引入，拓展學(xué)生的視野，身邊處處有化學(xué)，升華學(xué)生對本節(jié)課學(xué)習(xí)方法的應(yīng)用。

六、課后反思

1.創(chuàng)設(shè)情境，激活課堂教學(xué)

創(chuàng)設(shè)真實實驗情境，引導(dǎo)學(xué)生探究性學(xué)習(xí)，不僅讓學(xué)生體驗到化學(xué)學(xué)科的獨特魅力，也培養(yǎng)了學(xué)生實驗探究的思維。本節(jié)課的開始教師借助魔術(shù)表演及新聞報道的引入，激發(fā)學(xué)生的求知欲。通過閱讀麥片配料表，引導(dǎo)學(xué)生提取鐵粉，溶解鐵粉，設(shè)計實驗檢驗Fe2+，F(xiàn)e3+。最終找到在一杯Fe2+，F(xiàn)e3+都可能存在的溶液中檢驗二者的最佳試劑。以生活化的視野引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系實際生活，從生活中來，到生活中去，運用已有知識或合作探究能力來解決生活實踐中的應(yīng)用性問題。

2.尊重事實，解決實際問題

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，尊重客觀事實，用事實說話。通過“麥片中含鐵粉是真的嗎？”探究實驗，學(xué)生知道在麥片中添加鐵粉是真的，而且是有利于身體健康的。此外，既要充分利用學(xué)生的已有經(jīng)驗開展教學(xué)，又要對有些經(jīng)驗，尤其是有疑惑的內(nèi)容進(jìn)行實證，可以采用客觀事實、化學(xué)實驗等方式進(jìn)行。在將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+環(huán)節(jié)時，KSCN溶液滴加的順序不一樣，得到的現(xiàn)象一樣，其實是某種實驗操作不夠嚴(yán)謹(jǐn)，沒有排除原溶液中Fe3+的干擾。選用雙氧水做氧化劑時，由于加入雙氧水的量過多，有同學(xué)觀察到其他現(xiàn)象。教師也應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析此產(chǎn)生現(xiàn)象的原因，對實驗現(xiàn)象進(jìn)行深度挖掘。因此，筆者經(jīng)常在課堂上有意放慢教學(xué)節(jié)奏，留有足夠的時間和空間讓學(xué)生進(jìn)行探究，思考、討論，讓學(xué)生體會到解決實際問題往往具有層次性、復(fù)雜性。

3.構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)思維進(jìn)階

構(gòu)建化學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)可幫助學(xué)生理解化學(xué)，提高學(xué)習(xí)能力，提升科學(xué)素養(yǎng)。通過這節(jié)課鐵鹽和亞鐵鹽的知識學(xué)習(xí)，學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)的梳理、深化、整合，自主構(gòu)建了Fe2+與Fe3+轉(zhuǎn)化關(guān)系，思維得到了進(jìn)一步的提升。所以，教師在教學(xué)過程中不僅僅是解決探究任務(wù)的本身，同時也要不斷地聯(lián)系生活，升華內(nèi)容，特別是在探究環(huán)節(jié)結(jié)束的時候引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，使知識得以內(nèi)化，情感得以提升。

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*本文系廣州市教育科學(xué)規(guī)劃“十三五”重點課題“基于學(xué)科核心素養(yǎng)的中學(xué)課堂教學(xué)策略轉(zhuǎn)型研究”（201811552）、廣東教育學(xué)會2018年度教育科研規(guī)劃小課題“核心素養(yǎng)理念下的元素化合物知識‘體驗—探究教學(xué)模式的研究”（GDXKT16781）的階段性研究成果。