基于化学核心素养的教学设计-铁及其化合物

基于化学核心素养的教学设计—铁及其化合物一、教学设计理念与背景化学核心素养是学生在化学学习过程中逐步形成的关键能力、必备品格和价值观念，是化学学科育人价值的集中体现。“铁及其化合物”作为高中化学的核心内容之一，其知识体系蕴含着丰富的素养培养价值。本教学设计旨在超越传统知识传授的局限，以铁及其化合物的性质和转化为载体，将宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识以及科学态度与社会责任等核心素养的培养融入教学全过程，引导学生在主动探究中构建知识网络，发展思维能力，形成正确的化学学科观念。二、教学内容分析“铁及其化合物”这一单元内容，承接着氧化还原反应、离子反应等基本概念，是元素化合物知识体系中的重要组成部分。从内容上看，它包括铁的单质、铁的氧化物、铁的氢氧化物以及铁盐和亚铁盐等。这些物质之间存在着广泛而重要的转化关系，特别是Fe²⁺与Fe³⁺之间的氧化还原转化，是理解氧化还原反应实质、掌握物质检验和分离提纯方法的绝佳素材。同时，铁元素在生产生活中的广泛应用（如铁的冶炼、铁合金、补铁剂等）也为培养学生的社会责任感和科学态度提供了丰富的情境。因此，本单元的教学不仅要让学生掌握具体的化学知识，更要引导学生学会运用化学视角分析和解决实际问题。三、学情分析在进行本单元学习之前，学生已经具备了以下基础：对常见金属的物理性质和化学性质有初步认识；理解了氧化还原反应的基本概念，能够判断氧化剂和还原剂；掌握了离子反应的实质和离子方程式的书写；具备一定的实验基本操作技能和观察、分析实验现象的能力。然而，学生对于元素化合物知识的系统性掌握尚有不足，对物质间转化的条件和规律理解不够深入，运用所学知识解决复杂问题的能力有待提升。特别是在“证据推理”和“模型认知”方面，需要教师通过精心设计的探究活动加以引导和培养。四、教学目标（一）核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：能通过观察铁及其化合物的颜色、状态等宏观现象，辨识不同含铁物质；初步从铁元素的化合价变化和微粒间相互作用的微观层面，探析物质的性质差异和转化本质。2.变化观念与平衡思想：认识铁及其化合物之间的转化是有条件的，能从氧化还原的角度分析Fe²⁺与Fe³⁺的相互转化，并初步形成控制反应条件实现物质转化的意识。3.证据推理与模型认知：能基于实验现象和已有知识，对铁及其化合物的性质进行合理推测和论证；初步构建铁及其化合物（单质、氧化物、氢氧化物、盐）之间转化关系的认知模型。4.科学探究与创新意识：通过设计和完成Fe²⁺、Fe³⁺的检验及相互转化的探究实验，体验科学探究的过程，培养提出问题、设计方案、动手操作、分析结论的能力，并鼓励在实验设计中体现创新性。5.科学态度与社会责任：了解铁及其化合物在生产生活中的应用，认识化学学科的价值；通过对铁的锈蚀与防护、补铁剂等问题的探讨，培养严谨求实的科学态度和关注社会、服务生活的意识。（二）知识与技能目标1.了解铁的物理性质，掌握铁与非金属单质、酸、某些盐溶液的反应。2.认识铁的氧化物（FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄）的主要性质和用途。3.理解铁的氢氧化物（Fe(OH)₂、Fe(OH)₃）的制备方法和化学性质，特别是Fe(OH)₂的还原性。4.掌握Fe³⁺的氧化性、Fe²⁺的还原性以及Fe²⁺、Fe³⁺的检验方法，理解Fe²⁺与Fe³⁺相互转化的条件。5.初步学会设计简单的实验方案，并能对实验现象进行观察、记录和分析。（三）过程与方法目标1.通过对铁及其化合物性质的探究，学习运用分类、比较、归纳等方法整理元素化合物知识。2.在实验探究活动中，体验“提出假设—设计实验—验证假设—得出结论”的科学研究过程。3.通过小组讨论和合作学习，提高交流协作能力和分析解决问题的能力。五、教学重难点教学重点：Fe(OH)₂的制备和性质；Fe²⁺与Fe³⁺的相互转化及检验。教学难点：Fe²⁺与Fe³⁺相互转化的条件控制；构建铁及其化合物间转化关系的认知模型。六、教学方法与教学准备（一）教学方法情境激学法、问题驱动法、实验探究法、小组合作法、多媒体辅助教学法。（二）教学准备1.教师准备：制作PPT课件（包含图片、视频、问题情境等）；准备实验仪器和药品：试管、烧杯、胶头滴管、酒精灯、铁架台、石棉网、砂纸、铁丝、铁粉、FeO、Fe₂O₃、稀盐酸、稀硫酸、NaOH溶液、KSCN溶液、氯水、双氧水、维生素C片、酸性KMnO₄溶液、锌粒等。2.学生准备：预习教材相关内容；回顾氧化还原反应、离子反应等相关知识；准备笔记本和笔。七、教学过程（一）创设情境，导入新课（约5分钟）教师活动：展示几幅图片或一段短视频：（1）日常生活中的铁制品（铁锅、铁钉、铁丝）；（2）磁铁矿、赤铁矿；（3）某种补铁口服液的标签；（4）钢铁的锈蚀。提问：“同学们，这些图片或视频中都涉及到了同一种元素，是什么元素？你对铁及其化合物有哪些了解？它们为什么会有如此不同的性质和用途呢？”学生活动：观看图片/视频，思考并回答问题，初步列举已知的铁及其化合物。设计意图：通过真实、贴近生活的情境，激发学生的学习兴趣和探究欲望，自然导入本课主题，并初步渗透“科学态度与社会责任”的核心素养。（二）新课讲授与探究活动第一部分：铁的单质（约10分钟）教师活动：引导学生回顾初中所学铁的物理性质（颜色、状态、延展性、导电性、导热性、磁性等）。展示一段光亮的铁丝和铁粉，让学生观察。提问：“根据铁的原子结构示意图（展示），预测铁可能具有哪些化学性质？”引导学生从金属的通性和氧化还原的角度进行分析。学生活动：思考并回答铁的物理性质；根据原子结构（最外层2个电子）预测铁易失去电子，具有还原性，能与非金属单质、酸、某些盐溶液反应。教师活动：组织学生回忆并书写铁与O₂、Cl₂、S、稀盐酸、CuSO₄溶液反应的化学方程式（或离子方程式），强调反应条件和产物的差异，特别是与强氧化剂（如Cl₂）和弱氧化剂（如S、H⁺、Cu²⁺）反应时，铁元素化合价的变化。学生活动：书写化学方程式，讨论反应中Fe的化合价变化，理解其还原性的表现。设计意图：通过回顾旧知，引导学生运用已有知识预测物质性质，培养“证据推理”能力，巩固氧化还原反应的知识。第二部分：铁的氧化物与氢氧化物（约20分钟）教师活动：展示FeO（黑色粉末）、Fe₂O₃（红棕色粉末，俗称铁红）、Fe₃O₄（黑色晶体，俗称磁性氧化铁）的样品或图片。引导学生从颜色、状态、铁元素化合价等方面列表比较它们的物理性质和化学性质（如与酸的反应）。学生活动：观察样品，阅读教材，小组讨论并完成比较表格。教师活动：重点介绍Fe₂O₃作为红色颜料和冶炼铁的原料，Fe₃O₄的磁性。过渡：“通过氧化物可以制得相应的氢氧化物，那么如何制备Fe(OH)₂和Fe(OH)₃呢？”探究实验1：Fe(OH)₂和Fe(OH)₃的制备教师活动：提供药品：FeCl₃溶液、FeSO₄溶液、NaOH溶液。提问：“请设计实验方案制备Fe(OH)₃和Fe(OH)₂。”强调实验操作规范。在学生进行Fe(OH)₂制备时，引导学生观察实验现象，并思考：“为什么生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色？如何才能较长时间观察到白色的Fe(OH)₂沉淀？”学生活动：小组讨论设计实验方案，分组进行实验操作。观察到Fe(OH)₃为红褐色沉淀；Fe(OH)₂初始为白色絮状沉淀，迅速变灰绿，最后变红褐色。思考教师提出的问题，尝试分析原因（Fe(OH)₂被空气中的O₂氧化），并思考改进措施（如：将NaOH溶液煮沸除氧、在FeSO₄溶液表面加一层植物油隔绝空气、用长滴管将NaOH溶液伸入FeSO₄溶液液面下滴加等）。教师活动：组织学生汇报实验现象和改进方案，评价并演示（或指导学生演示）一种可行的改进方案。书写Fe(OH)₂被氧化的化学方程式。学生活动：记录实验现象，书写化学方程式：4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃。设计意图：通过实验探究，培养学生的“科学探究与创新意识”。Fe(OH)₂制备的“异常”现象能激发学生的好奇心和探究欲，引导学生思考反应条件对产物的影响，培养“变化观念”。第三部分：铁盐与亚铁盐（约25分钟）教师活动：展示FeCl₃溶液（棕黄色）和FeCl₂溶液（浅绿色）。提问：“如何鉴别这两种溶液？除了观察颜色，还有其他方法吗？”探究实验2：Fe³⁺和Fe²⁺的检验教师活动：提供KSCN溶液、酸性KMnO₄溶液、氯水等试剂。引导学生设计实验方案。学生活动：小组讨论，提出假设（如：Fe³⁺遇KSCN溶液变红，Fe²⁺不变色；Fe²⁺能使酸性KMnO₄溶液褪色，Fe³⁺不能）。动手实验，记录现象：Fe³⁺+3SCN⁻=Fe(SCN)₃（血红色）；Fe²⁺与KSCN无明显现象，滴加氯水后变红；Fe²⁺能使酸性KMnO₄溶液紫色褪去。教师活动：总结Fe³⁺和Fe²⁺的常用检验方法，强调KSCN溶液的特异性。过渡：“从Fe²⁺能被氯水氧化为Fe³⁺，Fe³⁺是否也能转化为Fe²⁺呢？”探究实验3：Fe²⁺与Fe³⁺的相互转化教师活动：提出问题：“（1）如何实现Fe²⁺→Fe³⁺？需要加入什么性质的物质（氧化剂/还原剂）？请举例，并设计实验验证。（2）如何实现Fe³⁺→Fe²⁺？需要加入什么性质的物质（氧化剂/还原剂）？请举例，并设计实验验证。”提供可能的试剂：FeCl₂溶液、FeCl₃溶液、KSCN溶液、氯水、双氧水、锌粒、铜片、维生素C片等。学生活动：小组讨论，根据Fe元素的化合价（Fe²⁺处于中间价态，既有氧化性又有还原性；Fe³⁺处于高价态，具有氧化性），提出假设：Fe²⁺→Fe³⁺需加氧化剂（如氯水、双氧水）；Fe³⁺→Fe²⁺需加还原剂（如锌粒、铜片、维生素C）。设计具体的实验方案（如：在FeCl₂溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加氯水，溶液变红，证明Fe²⁺被氧化为Fe³⁺）。分组进行实验，观察现象，记录结论。教师活动：巡视指导，引导学生规范操作，正确观察和记录。组织学生交流实验结果，书写相关离子方程式。例如：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl⁻2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺学生活动：汇报实验现象和结论，书写离子方程式，理解Fe²⁺与Fe³⁺转化的条件和实质。设计意图：通过系列探究实验，让学生体验“提出问题—猜想假设—设计方案—实验验证—得出结论”的科学探究过程，强化“证据推理与模型认知”。学生自主选择试剂进行实验，培养其“科学探究与创新意识”。第四部分：构建“铁及其化合物转化”的认知模型（约10分钟）教师活动：引导学生梳理本节课学习的铁及其化合物的主要性质和转化关系。提问：“以铁元素的化合价为线索，你能画出铁及其化合物之间的转化关系图吗？”学生活动：小组合作，尝试绘制以Fe（0价）、Fe²⁺（+2价）、Fe³⁺（+3价）为核心的“铁三角”转化关系图，并标明转化所需的氧化剂或还原剂。教师活动：展示学生绘制的转化图，进行点评和完善，形成清晰的知识网络。强调转化的条件和方向。设计意图：帮助学生构建“铁及其化合物转化”的认知模型，将零散的知识系统化、结构化，培养“模型认知”的核心素养。（三）课堂小结与拓展延伸（约5分钟）教师活动：“通过本节课的学习，你有哪些收获？（从知识、方法、素养等方面）”引导学生总结。拓展提问：“1.实验室配制FeSO₄溶液时，为防止Fe²⁺被氧化，通常会加入什么物质？为什么？2.家里的铁锅用后若不及时洗净擦干，会生锈，铁锈的主要成分是什么？如何防止铁生锈？3.市售补铁剂中常含有Fe²⁺，如何检验？为什么有些补铁剂会建议与维生素C同服？”学生活动：思考并回答拓展问题，将课堂知识与生活实际联系起来。设计意图：巩固所学知识，培养学生运用化学知识解决实际问题的能力，深化“科学态度与社会责任”。（四）作业布置（约2分钟）1.完成教材课后习题中与本节内容相关的部分。2.查阅资料，撰写一篇关于“铁元素与人体健康”的小短文（____字）。3.思考：如何设计实验证明某未知溶液中同时含有Fe²⁺和Fe³⁺？设计意图：巩固知识，拓展视野，进一步激发探究兴趣。八、板书设计基于化学核心素养的教学设计—铁及其化合物一、铁的单质物理性质：银白色金属，导电导热，有延展性，能被磁铁吸引化学性质（还原性）：与非金属：3Fe+2O₂==Fe₃O₄（点燃）；2Fe+3Cl₂==2FeCl₃（点燃）；Fe+S==FeS（加热）与酸：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑与盐：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu二、铁的氧化物化学式FeOFe₂O₃Fe₃O₄:-----:--------:----------:------------颜色黑色粉末红棕色粉末黑色晶体价态+2+3+2，+3与酸FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂OFe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂OFe₃O₄+