［摘 要］現(xiàn)行化學(xué)常態(tài)課中，說實(shí)驗(yàn)、背實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)象很常見。這樣的課堂教學(xué)，缺乏知識(shí)建構(gòu)過程，缺少深度思考，課堂互動(dòng)與評(píng)價(jià)缺位，與新課改的育人目標(biāo)不符。文章結(jié)合刑偵案情創(chuàng)設(shè)情境，基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，探究墨水中亞鐵離子含量的測(cè)定在辨別文書真?zhèn)畏矫娴闹匾饬x，培育學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和決策能力，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)從探究性學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)。

［關(guān)鍵詞］深度學(xué)習(xí)；要素；化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；亞鐵離子

［中圖分類號(hào)］ ? ?G633.8 ? ? ? ?［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號(hào)］ ? ?1674-6058（2023）11-0070-03

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中指出，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力［1］。

現(xiàn)行化學(xué)常態(tài)課中，說實(shí)驗(yàn)、背實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)象很常見，即使偶有實(shí)驗(yàn)，也多以演示實(shí)驗(yàn)為主。這樣的課堂教學(xué)，缺乏知識(shí)建構(gòu)過程，缺少深度思考，課堂互動(dòng)與評(píng)價(jià)缺位，與新課改的育人目標(biāo)不符。這樣的課堂教學(xué)是淺層化的［2］。

胡久華將化學(xué)學(xué)科的深度學(xué)習(xí)界定為：在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)［3］。 然而化學(xué)實(shí)驗(yàn)的影響因素、研究維度頗多，如何進(jìn)行探究呢？本校化學(xué)課題組基于四個(gè)動(dòng)態(tài)要素對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)和過程控制進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，構(gòu)建了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式［4］。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式

如圖1所示，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的“四要素”分別是品質(zhì)點(diǎn)、探究點(diǎn)、異常點(diǎn)和生成點(diǎn)?！捌焚|(zhì)點(diǎn)”是教學(xué)育人觀，統(tǒng)攝課堂教學(xué)，應(yīng)優(yōu)先設(shè)置；“探究點(diǎn)”是實(shí)驗(yàn)教學(xué)主線，是核心要素；“異常點(diǎn)”指向化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，可根據(jù)學(xué)情進(jìn)行適切處理；“生成點(diǎn)”為教學(xué)主線服務(wù)，側(cè)重知識(shí)關(guān)聯(lián)，提升知識(shí)遷移能力。教學(xué)評(píng)價(jià)重視學(xué)生認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化、外顯化，聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)［5］。

二、基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式的“刑偵學(xué)中的‘鐵證”教學(xué)

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

“刑偵學(xué)中的‘鐵證”是人教版高中化學(xué)教材必修第一冊(cè)第三章第一節(jié)“鐵及其化合物”知識(shí)的整合運(yùn)用。通過鞣酸與硫酸亞鐵、硫酸鐵的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生通過對(duì)象變換等探究操作來研究反應(yīng)，探究墨水久置變色的原理，體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程；用溶氧傳感器測(cè)定亞鐵離子轉(zhuǎn)化成鐵離子的過程中溶解氧的濃度變化以及用分光光度法模擬測(cè)定字跡留存時(shí)間等的實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)化學(xué)與信息技術(shù)的融合，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和求實(shí)精神，提升學(xué)生的探究素養(yǎng)。同時(shí)，通過探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握從定性檢驗(yàn)到定量測(cè)定的研究元素化合物的方法，并能運(yùn)用價(jià)類二維圖模型分析設(shè)計(jì)測(cè)定墨水中鐵元素含量的實(shí)驗(yàn)方案，為后續(xù)的學(xué)習(xí)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（二）學(xué)情分析

從知識(shí)內(nèi)容角度分析，學(xué)生在第一節(jié)“鐵及其化合物”前面課時(shí)的學(xué)習(xí)中已建構(gòu)了鐵元素價(jià)類二維圖模型，對(duì)物質(zhì)分類觀和轉(zhuǎn)化觀有了一定的認(rèn)識(shí)，但對(duì)價(jià)類二維圖的運(yùn)用還不夠熟練，特別是對(duì)坐標(biāo)系的理解還不夠深入；在第一、二章學(xué)習(xí)了物質(zhì)分類、離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等理論，以及鈉、氯元素及其化合物和物質(zhì)的量的計(jì)算方法后，有了一定的問題分析能力和計(jì)算能力。從實(shí)驗(yàn)操作角度分析，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的興趣很高，而且在學(xué)習(xí)鈉、氯元素及其化合物內(nèi)容時(shí)，做過一些實(shí)驗(yàn)，有一定的操作經(jīng)驗(yàn)和能力，但部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作還不太規(guī)范，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析還不夠深入，不善于利用各種變換進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

（三）“四要素”設(shè)計(jì)目標(biāo)及方法分析

針對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”，可設(shè)計(jì)如表1所示的目標(biāo)與方法。

（四）教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：情境引入

【創(chuàng)設(shè)情境】播放電視劇《案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)》片段。

【品質(zhì)點(diǎn)設(shè)計(jì)】通過創(chuàng)設(shè)辦案真實(shí)情境，培育學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和決策能力。

【問題設(shè)計(jì)】案件中辦案人員是如何辨別遺書真?zhèn)蔚模?/p>

【互動(dòng)交流】通過墨水字跡鑒定書寫時(shí)間。

評(píng)析：通過電視劇《案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)》片段創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；遺書中墨水字跡的書寫時(shí)間鑒定既是案情分析線索也是課堂教學(xué)線索，讓課堂充滿活力和正能量，能很好地培育學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和決策能力，引導(dǎo)學(xué)生樹立公平正義的價(jià)值取向。

環(huán)節(jié)二：原因分析，實(shí)驗(yàn)探究

【問題設(shè)計(jì)】結(jié)合資料卡片，分析墨水由藍(lán)變藍(lán)黑色的主要原因。

【互動(dòng)交流】鞣酸和硫酸亞鐵混合最終產(chǎn)生黑色鞣酸鐵沉淀。

【探究點(diǎn)1】 實(shí)驗(yàn)?zāi)M墨水變色過程。

向FeSO4、Fe2（SO4）3溶液中分別滴加鞣酸，現(xiàn)象如表2所示。

【異常點(diǎn)】硫酸亞鐵溶液中加鞣酸變紫黑色并緩慢加深。

【生成點(diǎn)】空氣中的氧氣將Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），鞣酸亞鐵轉(zhuǎn)化成鞣酸鐵。

【探究點(diǎn)2】用溶氧傳感器測(cè)定亞鐵離子轉(zhuǎn)化成鐵離子的過程中溶解氧的濃度變化。

評(píng)析：“探究點(diǎn)1”通過鞣酸和硫酸亞鐵、硫酸鐵的反應(yīng)，模擬探究墨水變色原因。“異常點(diǎn)”是宏觀現(xiàn)象，“生成點(diǎn)”是微觀分析，而“探究點(diǎn)2”則是實(shí)驗(yàn)論證，展現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究過程，發(fā)展了學(xué)生的結(jié)構(gòu)化思維?！吧牲c(diǎn)”和“探究點(diǎn)2”由氫氧化亞鐵在空氣中轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵的反應(yīng)原理模型遷移而來。探究活動(dòng)突出了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察與動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)，以及對(duì)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，也突出了化學(xué)與數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

環(huán)節(jié)三：原理探析，方案設(shè)計(jì)

【問題設(shè)計(jì)1】如何利用墨水變色原理確定字跡的書寫時(shí)間？

【互動(dòng)交流】先測(cè)定Fe2+的量，再與標(biāo)準(zhǔn)濃度變化表對(duì)比，最終確定文件中鞣酸鐵墨水字跡的形成時(shí)間，從而判斷遺書的真?zhèn)巍?/p>

【問題設(shè)計(jì)2】 如何測(cè)定FeSO4中的Fe2+含量？請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)模擬方案。

【互動(dòng)交流】沉淀法。方案1，加堿測(cè)氫氧化亞鐵的質(zhì)量；方案2，先將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，再加堿測(cè)氫氧化鐵的質(zhì)量；方案3，先將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，加堿測(cè)氫氧化鐵的質(zhì)量，再測(cè)氫氧化鐵加熱分解后的產(chǎn)物氧化鐵的質(zhì)量（如圖2）。考慮到測(cè)量的準(zhǔn)確性，方案3更好。

【問題設(shè)計(jì)3】1.請(qǐng)分析該轉(zhuǎn)化過程中每一步所需的試劑。2.請(qǐng)書寫該轉(zhuǎn)化過程中相關(guān)反應(yīng)的離子方程式。3.步驟②和③中的實(shí)驗(yàn)操作是什么？

【互動(dòng)交流】步驟①中加過氧化氫；步驟②中加氫氧化鈉，充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥；步驟③中加熱至恒重，稱量氧化鐵質(zhì)量。寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式（略）。

【問題設(shè)計(jì)4】此沉淀法的方案能否應(yīng)用于測(cè)定墨水字跡中的Fe2+含量？

【互動(dòng)交流】操作步驟較多，可能會(huì)有損失；墨水中亞鐵離子含量太少，可能測(cè)定不準(zhǔn)確。

【問題設(shè)計(jì)5】1.還有其他方案可以更準(zhǔn)確地測(cè)定Fe2+含量嗎？2.已知KMnO4是常用于測(cè)定Fe2+含量的試劑，反應(yīng)過程中被還原得到Mn2+，該方法能否用于檢測(cè)墨水字跡中的Fe2+含量？

【互動(dòng)交流】墨水本身有顏色，對(duì)高錳酸鉀反應(yīng)過程中顏色變化的觀測(cè)有干擾；根據(jù)資料卡片信息可知， 藍(lán)色有機(jī)染料具有一定的還原性，可能會(huì)過多消耗高錳酸鉀，使測(cè)定不準(zhǔn)確。

評(píng)析：根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)探究得出墨水變色的原因，設(shè)計(jì)5個(gè)有層次、有關(guān)聯(lián)、有深度的驅(qū)動(dòng)性關(guān)鍵問題，形成問題鏈，導(dǎo)向深度學(xué)習(xí)。問題設(shè)計(jì)1指向案情分析，揭秘遺書真?zhèn)危呛罄m(xù)問題設(shè)計(jì)的邏輯起點(diǎn)。問題設(shè)計(jì)2至問題設(shè)計(jì)5，是對(duì)測(cè)定FeSO4中的Fe2+含量模擬方案的探討，主要有沉淀法方案和氧化還原法方案。對(duì)于沉淀法方案，可從原理科學(xué)性、試劑綠色化、操作簡(jiǎn)約性、結(jié)果準(zhǔn)確性等角度進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)于氧化還原法方案，可從原理科學(xué)性、試劑干擾性等角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。問題設(shè)計(jì)5的探討也是后續(xù)拓展性學(xué)習(xí)的邏輯線索。整個(gè)環(huán)節(jié)的活動(dòng)設(shè)計(jì)，有助于提升學(xué)生對(duì)鐵元素價(jià)類二維圖的工具性的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生學(xué)會(huì)建構(gòu)定量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法模型，即物質(zhì)性質(zhì)—轉(zhuǎn)化關(guān)系—方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)—定量測(cè)定。對(duì)不同方案的評(píng)價(jià)和分析，突出了對(duì)化學(xué)思辨能力，分析、解決復(fù)雜真實(shí)問題的能力以及化學(xué)高階思維能力的培養(yǎng)。

環(huán)節(jié)四：了解方法，模擬測(cè)定

【問題設(shè)計(jì)】基于上述實(shí)驗(yàn)方案存在的局限性，閱讀色度法相關(guān)資料，了解定量測(cè)定鐵元素的新方法。

【互動(dòng)交流】1.根據(jù)溶液的吸光度與濃度成正比，可以通過測(cè)一定濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制吸光度與濃度的曲線，然后測(cè)定待測(cè)液的吸光度，從而計(jì)算出待測(cè)液的濃度。2.色度法適用于有顏色的溶液，濃度越大，顏色越深，吸光度越大。3.在Fe2+、Fe3+共存的情況下，鄰菲羅啉不受Fe3+干擾，可專一識(shí)別Fe2+。因此，可利用鄰菲羅啉在Fe2+、Fe3+共存的復(fù)雜環(huán)境中檢測(cè)Fe2+的濃度。4.用色度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

【探究點(diǎn)】分光光度法模擬測(cè)定字跡留存時(shí)間實(shí)驗(yàn)。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】處理字樣—配制標(biāo)準(zhǔn)溶液—繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線—測(cè)定樣品吸光度—對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線讀數(shù)。

【課堂總結(jié)】從價(jià)類二維圖模型、定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)方法、育人觀念等角度總結(jié)評(píng)價(jià)，提升學(xué)生認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。

評(píng)析：用沉淀法測(cè)定存在質(zhì)量損失，不夠準(zhǔn)確，而用氧化還原法測(cè)定會(huì)有顏色和其他還原性物質(zhì)的干擾。用色度法測(cè)定較為準(zhǔn)確，從其測(cè)定原理又關(guān)聯(lián)到更準(zhǔn)確的分光光度法，提升了學(xué)生對(duì)化學(xué)與信息技術(shù)融合的認(rèn)識(shí)，拓寬了學(xué)生的科學(xué)視野。

三、教學(xué)反思

本節(jié)課按化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式制訂教學(xué)流程和教學(xué)策略，通過分析遺書真?zhèn)蔚陌盖閯?chuàng)設(shè)教學(xué)情境，以探究墨水中亞鐵離子的含量為主線索，借助鐵元素價(jià)類二維圖模型，建構(gòu)定量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法模型，提升學(xué)生的證據(jù)推理和科學(xué)探究素養(yǎng)。

本節(jié)課“探究點(diǎn)”的設(shè)計(jì)主要聚焦在墨水的變色原因上，而探究過程中出現(xiàn)的與“應(yīng)然現(xiàn)象”相沖突的“異常點(diǎn)”現(xiàn)象，催發(fā)了微觀分析的“生成點(diǎn)”，進(jìn)而進(jìn)入實(shí)驗(yàn)論證。教學(xué)過程邏輯嚴(yán)密有序，體現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究過程，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)求實(shí)精神。通過原理遷移，由色度法測(cè)定遷移到分光光度法測(cè)定，拓展了學(xué)生視野。在“原理探析，模擬方案”環(huán)節(jié)，主要是從理論上進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，若能增加證實(shí)或證偽的探究性實(shí)驗(yàn)，效果會(huì)更好。

本節(jié)課“品質(zhì)點(diǎn)”的設(shè)計(jì)是為“立德樹人”的育人理念服務(wù)的。本節(jié)課引入溶氧傳感器、色度傳感器、分光光度計(jì)等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，呈現(xiàn)了科技發(fā)展新成果，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的探究精神。通過鑒定遺書真?zhèn)蔚霓k案情境，培育了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和決策能力，正向引導(dǎo)學(xué)生樹立公平正義的價(jià)值取向。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ］

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

［2］ ?楊恒建，貝偉浩.深度學(xué)習(xí)視角下的高三化學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)［J］.中學(xué)教學(xué)參考，2021（32）：61-63.

［3］ ?胡久華.以深度學(xué)習(xí)促核心素養(yǎng)發(fā)展的化學(xué)教學(xué)［J］.基礎(chǔ)教育課程，2019（Z1）：70-78.

［4］ ?貝偉浩，藍(lán)仁敏，張金恒.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素設(shè)計(jì)模式”研究［J］.廣西教育，2021（2）：28-30.

（責(zé)任編輯 羅 艷）