中学化学教学设计与实践- 课件 4.3基于实验探究的元素化合物知识教学设

基于实验探究的元素化合物知识教学设计基于实验探究的元素化合物知识教学设计探究内容的选取探究过程的组织思维方法的外显实验手段的应用探究内容的选取探究过程的组织思维方法的外显实验手段的应用以铁及其化合物为例基于实验探究的元素化合物知识教学设计探究内容的选取

——如何提出值得探究的探究问题？探究内容的选取

——如何提出值得探究的探究问题？Step1：教材内容要素的提取与分类Step2：不同类别内容的扩充与深化Step3：教学内容素材的审定与优化Step1：提取与分类人教版初中与铁及其化合物有关实验铁与盐酸的反应铁的冶炼（一氧化碳还原氧化铁）铁钉锈蚀条件的探究Step1：提取与分类人教版高中必修阶段铁及其化合物有关的实验铁和氧气的反应铁和水蒸气的反应铁盐和亚铁盐与氢氧化钠的反应铁的氧化物、氢氧化物与酸的反应铁离子的检验铁离子和亚铁离子的转化铝盐和铁盐的净水作用铁和氯气的反应铁粉和硫单质的反应铝热反应（冶炼）Step1：提取与分类高中选修与铁及其化合物有关的实验酱油加铁（微量元素与人体健康）铁合金的物理性质金属的腐蚀（化学腐蚀和电化学腐蚀）铁的防腐蚀氢氧化镁和氯化铁溶液反应得到氢氧化铁沉淀（沉淀的相互转化）三价铁离子和硫氰根离子的配位平衡移动铁盐的水解，用作净水剂铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀铁的防腐蚀（牺牲阳极的阴极保护法、外加电流阴极保护）亚铁离子和铁氰化钾反应（亚铁离子的检验）选修1化学与生活选修4化学反应原理提示化学与技术、实验化学模块中的铁相关内容。思考：如何对这些内容进行梳理和组织，形成分类体系或者结构Step1：提取与分类单质氧化物氢氧化物盐+3+20FeFe(OH)2Fe(OH)3物质分类化合价FeOFe2O3Fe3O4Fe3+Fe2+硫氰化钾检验铁氰化钾检验Step1：提取与分类【探究问题来源1】基于教材核心实验提出探究问题Step2：扩充与深化Step2：扩充与深化【衔接语：要成长为研究型教师要善于利用文献，请晓丽做文献调研的分析】——标蓝的是提示，不需要做到ppt中，以下同。（1）利用文献物质性质研究氢氧化亚铁性质王琛.氢氧化亚铁的氧化和制取.化学教育，1982，(01):50-51.铁的性质凌云清，李清.钠和铁分别跟氯气反应.化学教育，1993，(01):39.铁的性质周勇，赵军霞.对铁与硫反应实验的探讨.化学教育，2011，02:59+63.铁的氧化物杨旭东.钝化铁的接触反应探究.化学教育，2006，10:55-56.反应原理研究六水合铁离子配位颜色包子民，王俊.六水合铁离子呈现浅紫色的理论分析和实验验证.化学教育，2012，(01):70-72.铁离子配位平衡魏锐，宋万琚，等.Fe3+在水溶液中的水解平衡和配位平衡．化学教育，2008，29(1):69-70.王秀荣，范林，魏锐.化学反应的阶段隐喻及迷思概念——以金属与铁离子溶液的反应为例.化学教育，2012，(09):69-71.铁离子配位李大塘，刘永红.铁离子在水中的颜色与其电子结构等因素的关系.化学教育，2012，(02):68+75.王继璋，李高辉，霍玉坚.探究铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的电化学行为.化学教育，2011，(07):52-53.物质的检验铁离子周改英.基于铁离子检验的教学问题探讨.化学教育，2011，(02):69-72.鞠东胜，王金龙.铁与氧气反应产物的讨论.化学教育，2013，(04):85-86.分离与纯化铁离子陈廷俊.“从印刷线路板废液中回收铜并重新得到三氯化铁溶液”实验探究教学设计与反思.化学教育，2012，(12):67-69.王红霞，屠振威.“纸层析法分离铁离子和铜离子”的教学.化学教学,2012(01):40+51.物质的制备氢氧化亚铁吴名胜,探究制备氢氧化亚铁的实验方法.化学教育,2010(09):79-81.聂素云.稳定氢氧化亚铁的制备实验改进.化学教育，2011，(11):71.胡孝武.氢氧化亚铁制备及实验现象的分段显示.化学教育，2013，(04):76+81.程伟平.氢氧化亚铁的制备实验改进.化学教育，2013，(04):75.Step2：扩充与深化【探究问题来源2】参考已有研究文献提出探究问题实验任务的类型物质性质研究反应规律研究物质的检验分离与纯化物质的制备Step2：扩充与深化（1）利用文献

（2）亲身实践策略1：留心物质的存在形态（1）观察单一物质或现象，转化成问题：硫酸亚铁溶液的保存（2）观察同类、相似物质或现象，进行比较，提出问题：氯化铁溶液的颜色，不同浓度颜色的差异-不同的黄色不同铁盐的颜色，如果配成溶液会怎样？【请读文献屏幕下方文献】策略2：关注变化中的各种现象提示：氢氧化亚铁：从描述现象到提出问题【为什么？请读文献。】铁加硫氰根加氧化剂：0.1MFeSO42mL

+0.1MKSCN5D+5%H2O25D变红色，加一滴管红色褪去（若酸化，退色更明显，或用0.01MFeSO4，氧化Fe2+所则H2O2更少）策略3：养成追问探究的意识物质性质研究反应规律研究物质的检验分离与纯化物质的制备实验任务的类型Fe3+铁离子的检验？比较1M、0.1M、0.01MFe3+，可看到颜色，单靠颜色不能确定，对特征性提出挑战加OH-，0.1M有明显沉淀，0.01MFe3+变深、仔细观察有沉淀，对灵敏度提出挑战加SCN-，5mL水，加0.01MFe3+1D（近似0.05mL），稀释了100倍，加SCN-很明显，10-4量级启示：（1）一个习惯的方法，可以追问，问个为什么，找这样操作的原因（2）要有一些量的意识，中学阶段多是定性认识，但在定量上有所感知，是非常必要的配浓度，繁琐，但半定量的操作，有一些数量级的体验就可以了，不增加教师的负担。（3）抽象、分类的意识和思维框架物质性质研究反应规律研究——？物质的检验——检验铁离子分离与纯化——去除亚铁中的三价铁物质的制备——制备氢氧化亚铁Step2：扩充与深化【探究问题来源3】通过教师的自主探究、亲身实践提出探究问题Step2：扩充与深化（1）利用文献

（2）亲身实践

（3）联系实际与铁元素相关的物质和话题自然界存在：铁矿石、生命体作为材料：冶炼、钢铁、腐蚀营养健康：人体内的铁、含铁食物、补铁剂其他功用：铁触媒、印刷电路、脱氧剂铁的性质：加盐酸，放出氢气生成的三价铁：向上述清液中加SCN-变红如果再深入探究，则从电化学的角度去分析为何加碳粉、氯化钠，以及做相应的实验。【注：直接溶解，清液加酸也可变红——酸度对显色的影响。此处向加酸后的溶液直接加SCN-，以避免牵涉水解的问题。】案例1：探究热宝的工作原理Step2：扩充与深化【探究问题来源4】结合实际问题情境提出探究问题Step3：审定与优化（1）考虑学生经验基础（2）考虑单元整体需要（3）考虑课堂实施效果Step3：审定与优化（1）考虑学生经验基础——调整探究的开放度（2）考虑单元整体需要——选取恰当的探究任务（3）考虑课堂实施效果——实验活动的优化设计（1）考虑学生经验基础——调整探究的开放度不同学段不同学生（2）考虑单元整体需要——选取恰当的探究任务不同的教材组织线索不同的教学阶段（3）考虑课堂实施效果——实验活动的优化设计实验本身实验教学活动组织提示：用一个示范性案例来综合说明这三个原则，或只说明实验本身的优化案例再议硫酸亚铁？真实素材中不同的素材不同的含铁物质所体现核心内容并不相同脱氧剂（单质）补铁剂（含量）小结：探究内容的选取Step1：提取与分类基于教材核心实验提出探究问题Step2：扩充与深化参考已有研究文献提出探究问题通过教师探究实践提出探究问题结合实际问题情境提出探究问题Step3：审定与优化考虑学生经验基础——调整探究的开放度考虑单元整体需要——选取恰当的探究任务考虑课堂实施效果——实验活动的优化设计探究过程的组织探究过程的组织科学探究要素提出问题猜想与假设制订计划进行实验收集证据解释与结论反思与评价表达与交流如何对这些要素进行取舍？如何体现化学学科的特点？如何结合具体的实验任务组织探究活动？实验任务的类型物质性质研究反应规律研究物质的检验分离与纯化物质的制备探究活动的组织方式都一样吗？案例分析：物质性质研究实验验证Vs.实验探究【提示：把思维过程加进去，找开放点】——注明“提示”的不做ppt，以下同实验验证介绍性质呈现实验得出结论实验验证介绍性质呈现实验得出结论开放点???【提示】：选取某一个或多个开放点，就可以转化为探究教学实验探究介绍性质呈现实验得出结论预测性质提出问题开放点呈现实验得出结论实验探究介绍性质呈现实验得出结论设计方案检验证明提出问题开放点得出结论介绍性质实验探究介绍性质呈现实验得出结论预测性质设计方案检验证明提出问题开放点开放点得出结论实验探究教学的模式I预测性质设计方案检验证明提出问题得出结论FeSO4预测性质设计方案检验证明提出问题得出结论Fe2+SO42-价态不变价态变化复分解反应氧化还原反应预测性质设计方案检验证明提出问题得出结论标题：预测硫酸亚铁有还原性。检验还原性的思路：选择具有氧化性的试剂进行反应。选择试剂：比如高锰酸钾等发生的反应：亚铁离子和高锰酸根发生反应预期现象：高锰酸钾褪色实验过程设计：实验实施：取少量硫酸亚铁溶液于试管中，向其中滴加几滴高锰酸钾溶液结果记录：高锰酸钾褪色预测性质设计方案检验证明提出问题得出结论结论：硫酸亚铁具有还原性预测性质设计方案检验证明提出问题得出结论提示晓丽介绍案例：硫酸亚铁。但那个案例的思路还有点不顺，预测之后接不上选试剂。实验探究介绍性质呈现实验得出结论总结抽象得出结论提出问题开放点呈现实验实验探究教学的模式II得出结论提出问题呈现实验提出猜想设计方案检验证明总结抽象硫酸亚铁在保存时瓶底会有少量的铁粉，且溶液呈现强酸性提出问题呈现实验总结抽象硫酸亚铁很活泼若变质，A：自身不稳定B：与环境中氧气反应如若变质，变质后的产物应该是三价铁离子，铁离子会和铁单质发生反应？为什么硫酸亚铁保存时加入铁粉？为什么溶液呈现强酸性？硫酸亚铁的水解问题铁与酸反应成氢气（还原氛围）提示晓丽介绍案例：硫酸亚铁的保存。点评：与模式I不同，模式I主要针对“预测性”任务（能怎么样），模式II主要针对“解释性”任务（为什么，影响因素是什么，规律是什么）实验任务的类型物质性质研究反应规律研究物质的检验分离与纯化物质的制备实验任务的类型物质性质研究反应规律研究物质的检验分离与纯化物质的制备设计方案实施方案提出问题说明成效小结：探究过程的组织探究的开放点探究过程受任务类型影响性质探究教学的两种模式提示探究的开放点（局部探究、整体探究、过程循环）探究过程受任务类型影响性质探究教学的两种模式（从预测性质入手，从实验现象入手）思维方法的外显实验任务的类型物质性质研究反应规律研究物质的检验分离与纯化物质的制备分析、解决问题的思路与方法案例1：预测和验证物质性质案例2：解释造成现象的原因案例3：分析和解决实际问题预测性质设计方案案例1：预测和验证物质性质检验证明提出问题得出结论??预测物质性质的角度基于类别基于价态基于相似物直接类比基于结构、周期律等原理基于生活经验价态和类别的可视化——二维图

（以预测Fe2+的性质为例）单质氧化物氢氧化物盐+3+20FeFe(OH)2Fe(OH)3物质分类化合价FeOFe2O3Fe3O4Fe3+Fe2+Fe2+为+2价，可升可降。若升，则表现还原性预测性质KMnO4是典型的氧化剂选择反应（1）紫色退去，（2）加SCN-检验Fe3+明确证据Fe2+：FeSO4？Fe(OH)2？FeO？KMnO4：溶液/固体？浓度？酸碱性？SCN-：KSCN溶液选取试剂思路确定思路……规划步骤方案要说明还原性，应选取氧化剂与之反应案例2：解释造成现象的原因得出结论提出问题呈现实验提出猜想设计方案检验证明总结抽象?【提示】从硫酸亚铁的保存入手（酸化、铁粉）亚铁本身的特点——体系要素分析环境的特点（空气、铁粉）——环境要素分析要素间的相互作用：二价铁易变质、二价铁可以与氧气反应，氧化产物可以与Fe反应，酸性抑制水解和营造氢气的还原环境正向验证、负向验证——控制变量（此处主要是正向验证，暴露在空气中、用Fe和Fe3+直接反应）如何使“猜想”条理有序？分析体系与环境中的要素分析要素间的相互作用控制变量、验证猜想可能存在多个要素共同影响要素关联要素分析要素确认要素综合【提示】三价铁和苯酚的显色反应苯酚FeCl3溶液变量控制无明显现象？苯酚紫色物质Fe3+H2OCl-H+FeCl3溶液Fe3+酚氧根离子配位电离平衡0.1MphOH2mL+1MFeCl32D变紫色，5D变浅——为什么变浅？分析体系、分析环境（过量的FeCl3），找要素之间的关系……取两支试管，分别加0.1MphOH2mL+1MFeCl32D变紫色（1）加硫酸，变无色（2）加氯化钠，仍然明显紫色启示：（1）联系性，与SCN-显色相类比，建立有意义链接，苯酚与Fe3+显色就不是那么复杂（2）差异性，SCN-检出限很低，且溶液受酸影响明显，从配位平衡、电离平衡的角度如何理解案例3：分析和解决实际问题问题：补铁剂中的铁补血+1MSCN-不变红——不是Fe3++H2O2也不变红——是不是有还原剂+过量的H2O2也不变红——没有过量、SCN-被氧化了、Fe3+不游离（水解）分成三份，一份加SCN-，一份加酸-变红，一份既加SCN又加酸-更红（稍后变浅）说明SCN-也被氧化了。为了更直接的说明SCN-可被氧化，可用纯试剂单做实验（酸化）。用补血+1MSCN-不变红+酸+1DH2O2就变红了，再加H2O2又退色。实验室情境：FeCl3浓度常量的、酸化的、单一的真实情境：微量的、酸碱性、其他干扰Vc直接检验：补血+0.1M铁氰化钾，变蓝补血+0.1M邻二氮菲，变橘红