核心素養(yǎng)視角下，深度學(xué)習(xí)理念應(yīng)該貫穿課堂教學(xué)的始終，應(yīng)以關(guān)注學(xué)生對知識的深入理解與應(yīng)用為主要目標(biāo)，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度參與、深度思考、深度理解。本文以“鐵及其化合物的性質(zhì)”這一課為例仔細(xì)探究如何實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。理論課上，學(xué)生已經(jīng)從物質(zhì)類別及元素價態(tài)兩個視角認(rèn)識到物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，學(xué)習(xí)了鐵及其化合物的化學(xué)性質(zhì)。然而，本節(jié)課主要基于富有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生主動探索，然后讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象觀察的過程中理解鐵的化學(xué)性質(zhì)及其化合物在不同條件下的變化規(guī)律，學(xué)會鐵離子的檢驗(yàn)方法，繼而深入分析反應(yīng)條件對產(chǎn)物的影響，把握氧化還原等化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)含有不同價態(tài)同種元素的物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化，旨在培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，達(dá)成深度學(xué)習(xí)目標(biāo)。

一、根據(jù)理論課程學(xué)習(xí)，設(shè)計實(shí)驗(yàn)任務(wù)

學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了鐵的物理性質(zhì)以及鐵在氧氣中燃燒、鐵與CuSO4溶液反應(yīng)、鐵及其化合物性質(zhì)（鐵的氧化物、氫氧化物、鐵鹽和亞鐵鹽性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化）等知識，高中階段的化學(xué)知識學(xué)習(xí)更是分模塊、分階段、分年級進(jìn)行的。對高一有關(guān)這部分的教學(xué)，教師要求學(xué)生通過觀察“鐵及其化合物性質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)，把握實(shí)驗(yàn)發(fā)生的不同限制條件，進(jìn)一步借助科學(xué)手段記錄實(shí)驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)，從個別事實(shí)出發(fā)，歸納出關(guān)于鐵的一般性的規(guī)律，即從具體的實(shí)例中提煉出普遍性的結(jié)論。具體來說，設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案（如圖1所示）讓學(xué)生借助實(shí)驗(yàn)展開探究，包括補(bǔ)鐵劑、印刷電路板制作、菠菜中鐵元素的檢驗(yàn)，能從化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的角度分析實(shí)驗(yàn)的影響效果，能從催化劑反應(yīng)歷程角度發(fā)掘?qū)嶒?yàn)的速率作用，能從鹽類水解的角度完善溶液酸堿度的調(diào)控效應(yīng)。

為降低化學(xué)學(xué)習(xí)中化學(xué)物質(zhì)種類多、性質(zhì)各異的知識學(xué)習(xí)難度，我們可以結(jié)合學(xué)生進(jìn)入高中學(xué)習(xí)金屬及化合物以來的學(xué)習(xí)情況和知識結(jié)構(gòu)化理解應(yīng)用程度，立足“鐵及其化合物的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)活動采取結(jié)構(gòu)化教學(xué)策略（如表1所示），為學(xué)生詮釋“鐵（Fe）是一種具有多種化合價的過渡金屬。它的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，能夠與多種元素形成化合物”。

對于金屬鐵的“價－類”二維認(rèn)識，學(xué)生需要先理解鐵的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而學(xué)習(xí)鐵元素在不同化合物中所呈現(xiàn)的氧化態(tài)或化合價。鐵主要有兩種穩(wěn)定的氧化態(tài)，即+2價（亞鐵，F(xiàn)e2+）和+3價（鐵，F(xiàn)e3+），兩種價態(tài)的鐵化合物在性質(zhì)上具有顯著差異?；瘜W(xué)性質(zhì)的差異在于不同的化學(xué)環(huán)境中，鐵的不同價態(tài)的穩(wěn)定性不同，如在強(qiáng)還原環(huán)境中，鐵更傾向于保持+2價態(tài)，在氧化環(huán)境中，+3價態(tài)更穩(wěn)定，而表現(xiàn)不同的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)性，F(xiàn)e2+通常作為還原劑，而Fe3+常作為氧化劑。教師在教學(xué)中需要注意引入化學(xué)新概念，因?yàn)殍F的不同價態(tài)可以形成不同類型的配合物，如Fe2+通常形成［Fe（H2O）6］2+這樣的水合離子，而Fe3+則可以形成［FeF6］3-這樣的配陰離子，這涉及價態(tài)與配位化學(xué)的知識。因?yàn)榭荚囍幸话銜龅脚浜衔锏膶?dǎo)入，所以教師應(yīng)首先引導(dǎo)學(xué)生克服面對新知的畏難心理。

然而鐵的價態(tài)可以在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生變化，亞鐵鹽（Fe2+）可以被氧化成鐵鹽（Fe3+），即4FeSO4+O2+ 2H2SO4→2Fe2（SO4）3+2H2O，通常鐵的不同價態(tài)可以通過特定的顏色被直接觀察到，這一物理差異在于亞鐵鹽一般呈現(xiàn)淺綠色，鐵鹽則呈現(xiàn)黃色或棕色。鐵的價態(tài)還會影響鐵的化合物的磁性，如四氧化三鐵（Fe3O4）是一種混合價態(tài)的化合物，具有磁性，正是因?yàn)樗蠪e2+和Fe3+。在進(jìn)行化學(xué)分析時，確定鐵的價態(tài)非常重要，我們可以通過多種方法實(shí)現(xiàn)，如光譜分析、滴定法、電化學(xué)方法等，目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要學(xué)生通過滴定法確定溶液中鐵離子的存在。

二、基于“價－類”二維認(rèn)識深化理論，開展實(shí)驗(yàn)探究

我們在開展這一階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，需要組織學(xué)生定性分析鐵及其化合物在不同條件下的變化規(guī)律，學(xué)會鐵離子的檢驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)操作，演繹推理歸納出的一般性原則，以推導(dǎo)特定情況下的結(jié)論。在有關(guān)鐵的理論基礎(chǔ)深化上，“鐵及其化合物”的體系化實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)過程旨在建構(gòu)有關(guān)鐵的轉(zhuǎn)化關(guān)系的知識系統(tǒng)。除此之外，教學(xué)中不單單要求學(xué)生對“鐵”的性質(zhì)進(jìn)行學(xué)習(xí)，我們還需拓展至整個元素周期表中橫行、豎列及金屬與非金屬等的條件歸類分析的教學(xué)延伸工作，為學(xué)生的整體思維架構(gòu)奠定教學(xué)基礎(chǔ)，幫助學(xué)生形成知識間相互聯(lián)系、相互作用的自覺意識，通過“價－類”二維的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，將“鐵”及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系內(nèi)化為自己的學(xué)科觀念（如表2所示），以便掌握學(xué)習(xí)元素化合物知識的一般方法，更加有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索。

“轉(zhuǎn)化觀”強(qiáng)調(diào)了物質(zhì)變化的動態(tài)過程，是化學(xué)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過理解鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化過程，我們可以更好地控制化學(xué)反應(yīng)。具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們依據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律和離子反應(yīng)規(guī)律指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀角度觀察鐵、鐵鹽、亞鐵鹽的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合理論合理分析并解釋，從微觀角度思考鐵及其化合物化學(xué)性質(zhì)的異同點(diǎn)，體會微觀粒子的變化對宏觀物質(zhì)性質(zhì)的影響，為后面元素化合物的系統(tǒng)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中我們要確保所有試劑都是新鮮的，并正確標(biāo)記，對于氧化還原反應(yīng)，控制pH值、溫度、攪拌速度等條件，實(shí)驗(yàn)中觀察并記錄物質(zhì)的顏色變化、沉淀形成、氣體產(chǎn)生等跡象，并形成完整的實(shí)驗(yàn)報告。鐵在氧化還原反應(yīng)中會改變氧化態(tài)，通常從0價變?yōu)?2價或+3價，或從兩種氧化態(tài)變回0價，鐵的腐蝕過程是其在潮濕環(huán)境中與氧氣和水反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為鐵銹（主要成分為Fe2O3·nH2O），發(fā)生反應(yīng)一：4Fe+3O2+6H2O→4Fe（OH）3，繼而發(fā)生反應(yīng)二：2Fe（OH）3→Fe2O3·3H2O+3H2O，而鐵可以與其他元素或化合物反應(yīng)，形成新的鐵化合物（合成反應(yīng)），如鐵與硫反應(yīng)生成硫化鐵（FeS），反應(yīng)為Fe+S→FeS；在工業(yè)過程中，鐵礦石通過高爐冶煉轉(zhuǎn)化為鐵水，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為各種鋼鐵產(chǎn)品（化學(xué)合成），即Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2，生活中有關(guān)化學(xué)知識的實(shí)用方面均可以在教學(xué)中適當(dāng)拓展。離子反應(yīng)中鐵離子可以與其他離子交換配位體或電荷，形成新的化合物，如與配體（水分子、氨分子、氰化物離子等）形成配位化合物，F(xiàn)e3++6H2O→［Fe（H2O）6］3+，還可以與某些陰離子反應(yīng)形成不溶性的沉淀物，如鐵（III）離子與硫氰酸根離子反應(yīng)生成血紅色的［Fe（SCN）］2+配合物，鐵離子還可以與酸或堿反應(yīng)，改變?nèi)芤旱膒H值。

硫氰酸鉀檢驗(yàn)鐵離子，向溶液中加入幾滴硫氰酸鉀（KSCN）溶液，如果溶液中沒有Fe3+存在，加入KSCN后不會出現(xiàn)顏色的變化，為將Fe2+氧化成Fe3+，可以加入氧化劑，如氯水（Cl2水）或過氧化氫（H2O2），若溶液中有Fe2+存在，加入氧化劑后，再加入KSCN，溶液會變成血紅色（［Fe（SCN）］2+配合物，F(xiàn)e3+的特征反應(yīng)）表明有Fe3+的生成（或在單獨(dú)檢驗(yàn)三價鐵時用氨水（NH4OH）檢驗(yàn)，F(xiàn)e3+與氨水反應(yīng)，初步形成紅棕色的Fe（OH）3沉淀，過量氨水可使沉淀溶解，形成深藍(lán)色的［Fe（NH3）6］3+配合物），即先前存在Fe2+，也可以向溶液中加入苯酚，酸性條件下，F(xiàn)e2+與苯酚反應(yīng)生成紫色的配合物。需要注意的是，其他離子（如Cu2+、Ni2+等）可能會產(chǎn)生類似的顏色反應(yīng)，因此，我們進(jìn)行鐵離子檢驗(yàn)時需要排除其他可能干擾離子，而為確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，我們可以引導(dǎo)學(xué)生使用標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)。如這一階段菠菜中鐵元素檢驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用操作，基于以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，我們可以通過講解鐵在菠菜等植物性食物中的存在形式，以及鐵對植物生長的重要性，并介紹以上化學(xué)方法檢驗(yàn)菠菜中的鐵含量的操作流程，以問題導(dǎo)向教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生提出問題，并提取菠菜中的鐵元素開展拓展實(shí)驗(yàn)和探究活動，給學(xué)生提供自主講解鐵離子與硫氰酸鉀反應(yīng)的化學(xué)原理的機(jī)會，增強(qiáng)化學(xué)學(xué)習(xí)的實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、深入分析反應(yīng)條件影響，把握化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)

通過以上邏輯推理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，我們需拓展反應(yīng)條件對鐵的相關(guān)產(chǎn)物的影響，幫助學(xué)生進(jìn)一步把握氧化還原等化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)含有不同價態(tài)的鐵元素的物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化，完善從物質(zhì)類別、核心元素的價態(tài)兩個角度認(rèn)識“鐵及其化合物”化學(xué)性質(zhì)的模型，掌握邏輯推理方法，拓展量化應(yīng)用分析，并在小組合作課堂活動中鍛煉自身的表達(dá)交流和合作能力，從實(shí)驗(yàn)中感知化學(xué)學(xué)習(xí)的魅力，提高化學(xué)學(xué)習(xí)熱情，豐富研究物質(zhì)的思路與方法（如表3所示）。我們可以讓學(xué)生閱讀硫酸亞鐵藥片說明書，以此培養(yǎng)學(xué)生獲取信息與初步加工信息的能力，便于其從實(shí)際條件出發(fā)，解決生產(chǎn)生活中的簡單問題，進(jìn)一步感受化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系以及化學(xué)對人類做出的貢獻(xiàn)。

對于“鐵及其化合物”中氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)的理解，我們可以設(shè)計一系列問題，如“為什么鐵在不同條件下會形成不同價態(tài)的化合物”，以激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲。以鐵與氧氣反應(yīng)生成氧化鐵的簡單燃燒實(shí)驗(yàn)，我們需在回顧前置概念之外引導(dǎo)學(xué)生觀察鐵的顏色變化，記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并理解反應(yīng)的條件限制和產(chǎn)物的性質(zhì)，運(yùn)用科學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即鐵與氧氣或水的反應(yīng)速率受多種因素影響，如溫度、氧氣濃度、水的pH值、鐵的表面積等。潮濕環(huán)境中，水膜促進(jìn)氧氣的溶解和鐵的腐蝕，鐵的氧化速率加快，因此教學(xué)可延伸至鐵離子在水中會發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化物沉淀，反應(yīng)速率受離子濃度、溫度和pH值的影響，如Fe3+在水中會迅速水解，形成Fe（OH）3沉淀，反應(yīng)速率隨pH值升高而增加，提出新知鐵及其化合物可以作為催化劑，加速合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率。其中我們可以深入挖掘增加影響條件的作用與效果，如溫度升高通常會增加反應(yīng)速率，是因?yàn)榉肿舆\(yùn)動加快，碰撞頻率增加；反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度變化也會影響反應(yīng)速率和化學(xué)平衡；催化劑只是加速達(dá)到平衡速率，不改變反應(yīng)平衡的位置。同時，我們可以在鐵與水蒸氣實(shí)驗(yàn)操作中引導(dǎo)學(xué)生精確測量反應(yīng)前后鐵的質(zhì)量變化，驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律，由此驗(yàn)證化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，深層次把控氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的定量關(guān)系。

深度學(xué)習(xí)策略的實(shí)施要求實(shí)驗(yàn)活動設(shè)計與深度學(xué)習(xí)目標(biāo)融合。在“鐵及其化合物的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中，我們采用小組合作的方式，讓學(xué)生在整個必要課堂環(huán)節(jié)相互討論、合作解決問題，而學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能與科學(xué)探究能力的培養(yǎng)是深度學(xué)習(xí)策略實(shí)施的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)中，我們要求學(xué)生規(guī)范操作并準(zhǔn)確稱量實(shí)驗(yàn)初始和實(shí)驗(yàn)完結(jié)時鐵的反應(yīng)固體質(zhì)量；引導(dǎo)學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案并探究鐵的不同化合物在特定條件下的穩(wěn)定性，自主展開實(shí)驗(yàn)以收集和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；提出“處理與鐵相關(guān)的環(huán)境問題”“生物體中的鐵的作用”“藥物中硫酸亞鐵藥片的效果”等問題，讓學(xué)生學(xué)會如何從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中提取信息，如水中的鐵離子可以通過沉淀反應(yīng)轉(zhuǎn)化為不溶性的鐵化合物。鐵參與血紅蛋白的合成等多種生物化學(xué)反應(yīng)，有利于生命體氧氣運(yùn)輸和細(xì)胞呼吸，其形態(tài)在這個過程中會發(fā)生轉(zhuǎn)化；硫酸亞鐵、葡萄糖酸亞鐵等以自身化學(xué)性質(zhì)和吸收方式常作為補(bǔ)鐵劑在胃酸的溶解作用中完成轉(zhuǎn)化過程，這一過程通常包含鐵被氧化成鐵離子，即4Fe+3O2→2Fe2O3，鐵離子被還原成鐵原子或亞鐵離子，即Fe3++e-→Fe2+，發(fā)生配位反應(yīng)形成配合物，即Fe3++6H2O→［Fe（H2O）6］3+（可逆反應(yīng)）。在胃酸中，鐵離子被還原成亞鐵離子，即并與胃酸中的氫離子形成可溶性配合物，便于人體吸收，即Fe3++3H+=Fe2++3H2O。

鐵的氧化還原反應(yīng)在電路板制作的電鍍過程中同樣發(fā)揮重要作用，能夠使用鐵鹽溶液進(jìn)行電路板的化學(xué)腐蝕，形成電路圖案，其中鐵可能會作為雜質(zhì)存在于銅的表面或銅板中，在酸性條件下，鐵可能會發(fā)生腐蝕反應(yīng)，生成鐵離子，即Fe+2HCl→FeCl2+H2，鐵還可能會在某些條件下被氧化成鐵離子，尤其是在含氧環(huán)境中，4Fe+3O2→2Fe2O3，而電鍍過程中，如果鐵離子被還原，可能會影響銅的電鍍質(zhì)量，F(xiàn)e3++e-→Fe2+，在某些化學(xué)清洗或水處理過程中，鐵離子可能會與陰離子反應(yīng)生成沉淀，這可能會影響清潔效果或水質(zhì)，F(xiàn)e3++3OH-→Fe（OH）3，正是因?yàn)椤拌F及其化合物”的一系列相關(guān)反應(yīng)，工廠在制作電路板（PCB）的過程中常常會遇到電鍍質(zhì)量下降、腐蝕和沉淀等問題，因此在生產(chǎn)過程中，工廠通常會采取措施去除或控制鐵的含量，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。我們在科學(xué)理論教學(xué)的同時，可以結(jié)合實(shí)際生活實(shí)際提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法解決簡單的實(shí)際問題，而這種以數(shù)據(jù)和案例為基礎(chǔ)的分析模型，能夠有效提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，大幅推進(jìn)深度學(xué)習(xí)過程。

四、總結(jié)

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，深度學(xué)習(xí)的推進(jìn)需要教師精心設(shè)計層次問題導(dǎo)向、小組合作、實(shí)驗(yàn)探究、數(shù)據(jù)驅(qū)動等實(shí)驗(yàn)活動，使教學(xué)工作與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)緊密對接，從記憶、理解到應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造，逐步提升學(xué)生的思維層次，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，促進(jìn)學(xué)生間的知識共享和深度學(xué)習(xí)，并在不斷反思和教學(xué)評估實(shí)踐中及時調(diào)整教學(xué)策略。

（作者單位：1.寶雞市隴縣第二高級中學(xué)；2.寶雞市隴縣中學(xué)）

編輯：陳鮮艷