基于真实的问题情境落实化学学科核心素养-以“铁盐及亚铁盐”教学为例

基于真实的问题情境，落实化学学科核心素养——以“铁盐及亚铁盐”教学为例摘要以手绘丹霞山和脱氧剂中铁元素的回收为切入口，创设真实的问题情境，学习Fe2+和Fe3+的鉴别及相互转化，开展小组合作探究实验活动，培养学生的“宏观辨识与微观探究”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理及模型认知”、“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”化学学科核心素养。关键词核心素养真实情境铁盐与亚铁盐实验探究1问题的提出《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出：“重视开展素养为本的教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动[1]。”《中国高考评价体系说明》指出，情境是高考评价体系中的考察载体[2]。鉴于此，教师在开展教学活动时，应结合知识和学情为学生创设真实的问题情境，设计系列学习任务，学生习得必备知识的同时并培养其解决问题的能力，发展学生的化学学科核心素养。2“铁盐和亚铁盐”教学设计2.1基于真实情境的“铁盐和亚铁盐”教学背景分析2.1．1教学内容分析。本节课内容是离子反应及氧化还原反应知识应用于金属元素和化合物的体现，Fe2+和Fe3+的鉴别和相互转化是本节内容的重点和难点。教学实施中要让学生能够较好地利用教材提供的知识分析和解决问题，在处理Fe2+和Fe3+的相互转化须充分利用价态变化选用合适的氧化剂或者还原剂，突破本节课的教学难点。本节课内容对于元素观、微粒观、变化观、分类观、实验观等化学学科观念的培养和落实化学学科素养具有重要意义。2.1．2学生情况分析。通过前两章内容学习，学生已具备一定的实验动手能力。通过上一节课的学习，学生已掌握了铁有关的氧化物和对应碱的性质学习，并体验过相关的实验探究活动，认识了铁是一种变价金属，为Fe2+和Fe3+的鉴别及相互转化的学习打下了一定的基础。2.1．3存在的困难：①氧化还原反应的原理应用还不够熟练，遇到Fe2+和Fe3+相互转化时选用氧化剂还是还原剂时教师须加以引导。②从生活情境中提取化学问题的演练有待熟悉并适应；③书写氧化还原反应型的离子方程式存在一定的困难。2．2教学目标设计结合教学内容要求，为了学科核心素养的发展，本节课的教学目标设计如图1所示。图12.3教学重难点教学重难点。重点：Fe2+和Fe3+的鉴别方法；Fe2+和Fe3+的相互转化难点：Fe2+和Fe3+的相互转化3教学过程设计3.1教学基本流程（见图2）图23.2教学过程环节一：手绘丹霞山，引出新知：Fe2+和Fe3+的检验方法【引入】同学们，古人以“色如渥丹，灿若明霞”形容广东韶关的丹霞山，今天我们也可以将雪山变丹霞，请同学们用笔蘸稀FeCl3溶液画一画，学生实验效果如图（图3）图3【教师】太棒了，为什么FeCl3溶液蘸在雪山上能变丹霞呢？请大家翻开教材第69页，寻找答案为魔术揭秘。【学生甲】秘密在这张纸上，一定涂有与FeCl3溶液显色的物质，KSCN。【教师】为这位同学快速获取有效信息点赞，事实上是不是呢？请大家动手做做看，取两只试管分别加入5mLFeCl3溶液、FeCl2溶液，加入几滴KSCN溶液，观察现象。【学生乙】将KSCN溶液滴入FeCl3溶液中，出现红色，而FeCl2溶液无明显现象【教师】请同学们回忆前面所学，还有其他方法鉴别Fe2+和Fe3+吗？【学生丙】观察法：Fe2+溶液为浅绿色，Fe3+溶液为棕黄色；加碱法：加入氢氧化钠溶液，Fe2+溶液生成白色—灰绿—红褐色沉淀，Fe3+溶液变成红褐色沉淀【板书】表1Fe2+和Fe3+的鉴别方法Fe2+Fe3+观察法浅绿色棕黄色加碱法白色——灰绿——红褐色沉淀红褐色沉淀KSCN法无现象红色【设计意图与素养体现】通过手绘丹霞山的活动场景，并让学生寻找教材知识揭秘，让学生在快乐中学习Fe3+的检验方法，教师鼓励学生通过进一步的实验验证，透过实验现象揭示本质，旨在培养学生宏观辨识与微观探究的化学核心素养。环节二：脱氧剂的回收利用，引出新知：Fe2+和Fe3+的相互转化【引入】同学们，平时有没有留意食品包装里的脱氧剂呀？主要成分是什么？平时你怎么处理它？【学生】脱氧剂通常是铁粉，平时只能丢弃了。【教师】同学们，小包脱氧剂不起眼，但现在我给大家展示一组硫酸亚铁和硫酸铁的应用和在市面上的价格，或许大家不以为然了。【ppt显示资料】硫酸亚铁：用于肥料、聚合催化剂、照相制版等硫酸铁：用于净水、聚合催化剂等【教师】今天我们既要做生产员又要做质检员，怎么将废弃的脱氧剂变成有价值的商品并且验证我们生产的产品是不是合格。首先，我们要将其进行前处理，现在请小组合作交流，怎么处理？【小组】废弃脱氧剂含有铁及其铁的氧化物，首先加酸溶解，不溶于酸的物质我们将其过滤即可。由于最后需要的是硫酸根，我们组讨论的结果是选用硫酸。【教师】下列我以工业流程图的形式给大家展示小组讨论的结果(见图4)，要顺利完成这个任务，我们必须解决两个问题：一是将Fe2+转化为Fe3+，二是将Fe3+转化为Fe2+。图4任务一：小组分工合作，选出生产员和质检员，将Fe2+转化为Fe3+，并检验。【实验探究1】设计Fe2+转化为Fe3+的实验方案试剂：FeSO4溶液、KSCN溶液氯水、KMnO4(H+)、H2O2溶液【组长】方案：取一洁净试管，加入少量FeSO4溶液，滴入1滴KSCN溶液，溶液无明显现象，再滴入几滴H2O2溶液，溶液变为红色，说明用H2O2溶液可以实现Fe2+到Fe3+的转化（氧化剂由学生自主选择，注意使用KMnO4(H+)溶液时，不需要使用指示剂）【教师】指示剂KSCN溶液为什么要在加入氧化剂之前加，可以对调吗？为什么？【学生】Fe2+易被氧气氧化，所以验证时应先加KSCN溶液排除原溶液中Fe3+的干扰。【实验验证】学生小组实验验证（图5）图5左为Fe2+溶液加入H2O2溶液后现象图6Fe3+溶液加入铜片后现象【教师】从实际生产来看，若想回收Fe2(SO4)3溶液，请结合离子方程式分析，哪种氧化剂最好？【学生】最佳方案是H2O2溶液，相比另两种氧化剂，产物是水，不引入杂质。【拓展延伸】从上述实验，Fe2+还有其他检验方法吗？【学生】方法1：同样可以采用加KSCN溶液的方法：先加入KSCN溶液，无明显现象，再加入氯水，出现红色，即可证明。方法2：酸性高锰酸钾溶液，褪色，证明Fe2+的存在（适用于Fe3+和Fe2+共存时）方法3：铁氰化钾溶液，蓝色沉淀任务二：小组分工合作，选出生产员和质检员，将Fe3+转化为Fe2+，并检验。【实验探究2】设计Fe3+转化为Fe2+的实验方案试剂：Fe2(SO4)3溶液、KSCN溶液、铁粉、铜片、淀粉-KI试纸【组长】方案：取一洁净试管，加入少量Fe2(SO4)3溶液，滴入1滴KSCN溶液，溶液变红，再加入铁粉，溶液变浅或消失，说明用铁粉可以实现Fe2+到Fe3+的转化（还原剂自主选择）【实验验证】学生小组实验验证（图6）【教师】从实际生产来看，若想回收FeSO4溶液，请结合离子反应方程式分析，哪种还原剂最好？【学生】最佳方案是铁粉，产物是Fe2+，相比另两种还原剂，不引入杂质。【板书】Fe2+和Fe3+的转化(图7)图7【设计意图与素养体现】通过创设“废弃的脱氧剂该怎么处理”的情境，引发学生思考如何利用氧化还原反应解决实际问题，培养学生科学态度与社会责任；关于拓展Fe2+的两步检验方法，培养学生“证据推理和模型认知”的学科核心素养；学生在回收硫酸亚铁和硫酸铁中涉及分离、转化、检验等实验中感受宏观物质与微观粒子之间的联系，形成学生的变化观念，树立绿色化学的意识；在合作探究实验中渗透科学探究及创新的观念。环节三建构价类图，将所学知识结构化【学生】整合板书，建构价类图（图8）图8【设计意图】通过构建价类图，从元素化合价和物质类别两种视觉说明物质转化路径，聚焦元素观，将学生对元素化合物认识方式的发展外显，提升学生对元素观内涵的进一步理解，同时引导学生认同、理解和欣赏化学学科的价值。【教师】经过大家齐心协力，我们已经成功完成了这个任务，同学们能够利用转化的思想对脱氧剂中的铁元素进行回收利用，并学会了如何解检验Fe2+和Fe3+的存在，为我们的成果鼓掌。4基于真实的问题情境的“铁盐和亚铁盐”的教学反思与实施建议核心素养是当今教育研究的热点之一，“如何把化学学科核心素养落实到教学中”是每个教育工作者应关注的问题，情境的选择与创设是开展素养为本教学的重中之重。本节课的学习的重点是Fe2+和Fe3+的检验方法和相互转化。笔者在教学中创设了雪山变丹霞的活动情景，激发学生对Fe3+的检验的学习兴趣；创设脱氧剂中铁元素的回收如何回收，激励学生扮演生产员和质检员的角色，顺利将Fe2+和Fe3+的相互转化知识渗透于方案的设计和实验探究中。与纯粹展现知识对比，学生的吸收效果是截然不同的。作为教师，我们要不断学习，研读新教材，并且做生活中的有心人，寻找更多有效的化学情境，激发学生学习兴趣，比如雪山变丹霞的灵感是源于新教材《必修2》P62图3-2丹霞地貌图片，而脱氧剂铁元素的回收的设计灵感是源于月饼盒中的脱氧剂。在课堂中，我们更要善于寻找时机渗透化学学科核心素养，如脱氧剂铁元素的回收环节中关于Fe2+和Fe3+的相互转化，教师需要善于引导学生思考从氧化还原反应的角度选出合理的试剂，利用化学原理解决问题并渗透变化的观念；教师在激励学生扮演生产员和质检员的角色，并最终选择最佳试剂，让学生树立环保意识并渗透了实验探究的科学态度和社会责任感。因此，本节课的设计，通过情境活动，搭建知识与学科核心素养之间的桥梁，及时抓住时机，渗透化学学科观念，在帮助学生完成知识体系同时，让学生形成看待问题的化学视觉，发展化学学科核心素养。参考文献：[1]《普通高中化学课