曹晶晶 張彩玲

（1.南京市金陵中學(xué)仙林分校中學(xué)部 江蘇 南京 210046；2.南京市棲霞區(qū)教師發(fā)展中心 江蘇 南京 210046）

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出：義務(wù)教育階段化學(xué)課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)包括化學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。課程理念中要求重視開展核心素養(yǎng)導(dǎo)向的化學(xué)教學(xué)，注重啟發(fā)式、互動式、探究式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，開展以化學(xué)實驗為主的多樣化探究活動，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境。課程目標(biāo)中核心素養(yǎng)內(nèi)涵的科學(xué)思維主要包括：在解決化學(xué)問題中所運用的比較、分類、分析、綜合、歸納等科學(xué)方法，基于實驗事實進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測物質(zhì)及其變化的思維能力，在解決與化學(xué)相關(guān)的真實問題中形成的質(zhì)疑能力、批判能力和創(chuàng)新意識。［1］

“鐵的冶煉”一課題貼近生產(chǎn)，筆者通過精心設(shè)計驅(qū)動性問題讓學(xué)生認(rèn)識實驗室模擬煉鐵和工業(yè)煉鐵的過程，并以驅(qū)動性問題貫穿整個教學(xué)過程，在分析和解決問題的過程中獲得知識和技能，逐漸培育科學(xué)思維。

“鐵的冶煉”這一課的知識網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，教學(xué)流程如圖2所示。

圖1 知識網(wǎng)絡(luò)

圖2 教學(xué)流程

一、教學(xué)目標(biāo)

1.知道一些常見金屬礦物（鐵礦、鋁礦等）的主要化學(xué)成分。

2.知道從鐵礦石中將鐵還原出來的方法，了解實驗室將氧化鐵還原成鐵的原理。

3.通過對實驗室將氧化鐵轉(zhuǎn)化成鐵原理的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)研究化學(xué)物質(zhì)和創(chuàng)造化學(xué)物質(zhì)的好奇心和探究欲望。

二、教學(xué)過程：

1.問題情境，設(shè)疑導(dǎo)入

南京博物院是我國四大博物館之一，里面豐富的文物展示了中國古代南方精神文化和物質(zhì)文化的多樣性。從古代到現(xiàn)代，金屬制品已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于我們生活和生產(chǎn)的方方面面（展示生活和生產(chǎn)中常見的金屬制品的圖片）。通過問題引入新課（見表1）。

表1 來自生產(chǎn)中的驅(qū)動性問題

設(shè)計意圖：利用身邊真實的素材，形成驅(qū)動性問題。設(shè)計驅(qū)動性問題時，需要考慮驅(qū)動性問題與課堂教學(xué)的結(jié)合，進(jìn)行驅(qū)動性問題的教學(xué)化設(shè)計，使驅(qū)動性問題更好地應(yīng)用于課堂教學(xué)實踐。［2］在上課開始時創(chuàng)設(shè)問題情境，使學(xué)生能對所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生疑問和思考，使他們進(jìn)入良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

【過渡】工業(yè)上從含有金屬元素并有開采價值的礦石中提煉金屬，大自然向人類提供了豐富的金屬礦物資源，人類每年從礦產(chǎn)中提取數(shù)億噸金屬用于生產(chǎn)領(lǐng)域，其中，提取量最大的是鐵，今天我們一起來學(xué)習(xí)鐵的冶煉。

2.設(shè)計問題鏈，引發(fā)深度思維

【活動探究一】實驗室模擬煉鐵。

通過問題鏈讓學(xué)生思考實驗室煉鐵的還原劑，確定反應(yīng)物及反應(yīng)條件（見表2）。

表2 來自探究實驗的驅(qū)動性問題

設(shè)計意圖：煉鐵的原理是較為復(fù)雜問題，教師在教學(xué)中把這個復(fù)雜問題拆分成有內(nèi)在聯(lián)系的3個小問題，從鐵礦石—氧化鐵—鐵，通過一個個節(jié)點問題的解決，最終引導(dǎo)學(xué)生得出煉鐵的原理：用一氧化碳還原氧化鐵，這樣的問題鏈，降低了學(xué)生的思維難度，有助于使學(xué)生循序漸進(jìn)地解決問題。

通過問題鏈引導(dǎo)學(xué)生確定反應(yīng)原理，選擇合適的實驗裝置，并組裝出合適的實驗裝置（見表3）。

表3 來自探究實驗的驅(qū)動性問題

設(shè)計意圖：學(xué)生已有認(rèn)識是碳還原氧化銅的裝置，在碳還原氧化銅的實驗裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)來設(shè)計一氧化碳還原氧化鐵的裝置。通過一氧化碳的性質(zhì)推測尾氣處理的裝置。實驗室模擬煉鐵是一個較為復(fù)雜的過程，通過一系列“子問題”的解決，完成問題的求解過程。［3］

【演示實驗】將課本中的實驗改為微型實驗。

【實驗現(xiàn)象】固體由紅棕色變成黑色，澄清石灰水變渾濁。

圖3 一氧化碳還原氧化鐵微型實驗

【討論】石灰水變渾濁說明有二氧化碳生成，如何證明黑色的粉末中有鐵生成？

【學(xué)生】用磁鐵吸引。

教師請學(xué)生上臺用磁鐵吸引右管中的生成物。

【教師】這個方法只能說明生成了有磁性的物質(zhì)，可能是Fe，也可能是Fe3O4。更進(jìn)一步的實驗說明確實有鐵生成。

【得出結(jié)論】一氧化碳與氧化鐵在高溫條件下反應(yīng)，生成鐵和二氧化碳。

通過驅(qū)動性問題，認(rèn)識從實驗室煉鐵到工業(yè)煉鐵；認(rèn)識從古至今煉鐵的演變（見表4）。

表4 來自古代生產(chǎn)的驅(qū)動性問題

設(shè)計意圖：春秋晚期煉鐵土窯中鋪一層鐵礦石再鋪一層木炭，是為了在反應(yīng)中增大反應(yīng)物的接觸面積從而使反應(yīng)更加充分。通過鐵的冶煉的原理，將實驗室模擬煉鐵自然過渡到工業(yè)煉鐵。能夠使課堂的結(jié)構(gòu)性、整體性和統(tǒng)一性更強(qiáng)。

【活動探究二】工業(yè)煉鐵。

通過三個問題認(rèn)識工業(yè)煉鐵的過程。讓學(xué)生帶著問題看視頻（見表5）。

表5 來自工業(yè)生產(chǎn)的驅(qū)動性問題

設(shè)計意圖：在工業(yè)煉鐵中需要學(xué)生掌握高爐煉鐵的原理，因為煉鐵的原料中有焦炭，一部分同學(xué)會誤以為工業(yè)煉鐵的還原劑是碳，其實在高爐煉鐵的過程中焦炭的作用是提供熱量和提供還原劑一氧化碳。最終得出工業(yè)煉鐵的原理是：在高溫下，利用一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。

3.聯(lián)系生產(chǎn)、學(xué)以致用

在實際生產(chǎn)中所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)，在計算用量或產(chǎn)量時應(yīng)考慮到雜質(zhì)的問題。

【例題】我國遼寧鞍山鋼鐵廠用1000噸含80%氧化鐵的赤鐵礦石煉鐵，所得到的生鐵中最多含鐵的質(zhì)量是多少?理論上可以煉出含鐵96%的生鐵的質(zhì)量是多少？

設(shè)計意圖：討論這一類計算題的解法時，需要學(xué)生清楚高爐煉鐵的原理，要把含雜質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)量換算成純凈物的質(zhì)量才能利用化學(xué)方程式進(jìn)行計算，或者根據(jù)鐵元素的守恒關(guān)系求含鐵量。

【結(jié)束語】從礦石到鐵的過程，凝結(jié)了從古至今勞動人民的智慧，從礦石到鐵到再到制造各種金屬材料，化學(xué)知識在社會發(fā)展的過程中起到了非常重要的作用。金屬材料的廣泛使用，不僅改善了人們的生活，更促進(jìn)了社會的發(fā)展，是社會進(jìn)步的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代文明的脊梁（展示古今煉鐵的兩幅圖片和中國高鐵、神舟五號的圖片）。

三、教學(xué)反思

1.讓學(xué)生形成物質(zhì)可以分為不同類別和化學(xué)變化可以實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的觀念

用博物館中金屬文物的保存情況讓學(xué)生回憶金屬的化學(xué)性質(zhì)，從而讓學(xué)生知道金屬在自然界中有不同的存在形式。讓學(xué)生知道可以通過化學(xué)變化實現(xiàn)從氧化鐵到鐵的轉(zhuǎn)化。

2.讓學(xué)生形成科學(xué)的思維，在解決化學(xué)問題中運用比較、分析、綜合、歸納等科學(xué)方法

筆者設(shè)計了三個驅(qū)動性問題鏈。問題鏈一從氧化鐵到鐵的轉(zhuǎn)化，大部分學(xué)生能夠通過之前學(xué)習(xí)的碳和一氧化碳具有還原性，想到用這兩種物質(zhì)作為還原劑。學(xué)生對整個學(xué)習(xí)過程很感興趣或者比較感興趣，證明了驅(qū)動性問題鏈一具有一定的激發(fā)作用。

問題鏈二中的“實驗中有哪些注意事項？”問題比較難，需要學(xué)生仔細(xì)思考和討論才能回答。這個問題的驅(qū)動性不強(qiáng)，導(dǎo)致整個驅(qū)動性問題鏈難度增大，給學(xué)生造成了困擾。教學(xué)過程中需要教師幫助學(xué)生共同討論，適當(dāng)給出提示才能較好地解決這一問題。

問題鏈三的設(shè)計取得的教學(xué)實踐結(jié)果良好。學(xué)生經(jīng)過仔細(xì)思考和討論后可以回答出來。問題鏈的每一個問題都是針對上一個問題的結(jié)論所提出的新的問題，對于促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識發(fā)展具有激發(fā)和促進(jìn)作用。

本節(jié)課問題鏈的設(shè)計包括兩個方面，一是教師在課堂中按照內(nèi)在的邏輯關(guān)系形成有邏輯順序的問題鏈，如：活動探究一“實驗室模擬煉鐵的實驗裝置的選擇”；活動探究二“從工業(yè)煉鐵的設(shè)備到原料到產(chǎn)品的討論”。問題鏈?zhǔn)拐n堂的結(jié)構(gòu)性、整體性和統(tǒng)一性更強(qiáng)。二是教師將實驗室模擬煉鐵這樣一個較為復(fù)雜的實驗探究問題拆分成有內(nèi)在聯(lián)系的問題鏈，通過鏈條中一個個節(jié)點問題的解決，最終實現(xiàn)復(fù)雜問題的解決。這樣的問題鏈，給學(xué)生的思維過程搭建了腳手架，降低了學(xué)生的思維難度，有助于使學(xué)生循序漸進(jìn)地解決問題，得到了較好的教學(xué)效果。［3］