刘幸标
（华南师范大学化学学院 广东广州 510006）
摘要：高中化学学科核心素养是学生综合素质的重要体现，培养学生的化学学科核心素养是目前化学教育教学的核心任务。本课时以“铁盐与亚铁盐”教学为例，以生活中常见的“补铁剂”作为教学的情境线，依次经过情境引入－理论分析－提出假设－实验探究－得出结论的顺序重点探讨了如何在本课时的教学中发展学生“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”等化学学科核心素养。
关键词：化学学科核心素养；铁盐与亚铁盐；化学教学设计；补铁剂
《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《标准》）中提出了普通高中化学课程新的基本理念，提出要“重视开展‘素养为本’的教学，倡导基于化学学科的核心素养的评价”[1]，并详细地阐述了化学学科的五大核心素养：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、科学态度与社会责任。基于化学核心素养的教学是指教学目标的确定、教学内容的组织、教学过程的实施、教学结果的改进、教学评价的设计等一系列教学环节均以化学核心素养的发展作为衡量准则，培养学生的关键能力和必备品格[2]。
本文以人教版“铁盐和亚铁盐的检验与相互转化”课时教学为例，探讨如何在化学课堂上落实基于化学学科核心素养的教学。
一、教学设计思路
本节课时选自2019新人教版高中化学必修第一册第三章第一节《铁及其化合物》第三课时的内容，授课对象为高中高一年级学生。
本课时以Fe3+的检验以及相互转化作为教学重点，涉及变价金属的相互转化，是对氧化还原反应理论应用的巩固，也是突出学生在课堂学习过程中运用实验操作实施实验方案，并对实验现象进行分析推理，得出合理结论的科学探究过程，更是让学生体验化学知识与生命健康、生产生活和科学研究紧密联系的极好时机[3]。
张华认为，素养是人在特定情境中综合运用知识、技能和态度解决问题的高级能力与人性能力[4]。这就要求教学者必须依托真实具体的情境展开教学，才能在其中真正渗透化学学科核心素养的培养。因此本课时在设计时非常注重真实情境的创设与使用，将“补铁剂”作为主要情境线贯穿整个教学设计。
《标准》中还指出，“教师在教学中要发挥核心概念对元素化合物学习的指导作用。”对于铁盐与亚铁盐这类无机化合物的教学内容来说，其核心观念是元素观与转化观；核心概念涉及氧化还原反应、物质分类、物质类别一般性质、离子反应；认识思维包括宏微结合思维、氧化还原思维与多角度思维。因此本节课以核心观念——核心概念——认识思维体系为教学参考思路，展开基于素养为本的教学，并特别突出了“证据推理与模型认知”与“科学探究与创新意识”的培养。
二、教学背景分析
1.课标分析
《标准》中关于“常见的无机化合物及其应用”的内容要求[5]提到，“结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解钠、铁及其重要化合物的主要性质，了解它们在生产、生活中的应用。”学业要求[5]也指出，“能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验教学初步验证，并能分析、解释有关实验现象。”
基于课标中的以上要求，可以分析得出，本课时中，学生需要在教师的引导下形成如下的元素观与转化观：可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素物质间的相互转化。同时教师应该注重依托促进学生元素化合物认识方式发展的核心概念来进行教学，使学生基于这些核心概念发展氧化还原思维和宏微概括思维，结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，掌握铁盐与亚铁盐的主要性质和相互转化的条件。
2.教材分析
本课时是2019新人教版高中化学必修第一册第三章“铁 金属材料”第一节第三课时的内容。本课时的学习承接第一章和第二章的相关内容，学生不仅能初步了解铁盐与亚铁盐的主要性质与相互转化，同时可以进一步理解和运用第一章学过的氧化还原反应原理、离子反应等相关理论知识，强化认识元素及其化合物性质的视角，进一步完善元素化合物知识体系。而且，这是学生第一次学习变价金属元素盐类化合物，也是第一次系统学习副族金属元素盐类化合物。可以为第四章将要介绍的物质结构、元素周期律以及后续的硫、氮及其化合物、化学反应与能量等理论知识打下重要的基础。因此本课时在2019新人教版高中化学教材中起到了承上启下的作用。
3.学情分析
学生在日常生活中对铁及其化合物有粗略的认识，在上两节课时中也学习了铁的氧化物和氢氧化物，具备一定的实验技能和操作技能和一定的通过实验现象观察和分析问题的能力，但是还不能独立地设计和进行探究实验，证据意识和逻辑推理的能力也有待提高。学生虽然对氧化还原反应、离子反应、物质分类等核心概念和原理已有初步的认识，了解常见的氧化剂和还原剂，但是还不能将宏观概括思维和初步的氧化还原思维与对物质、反应的微观概括思维综合起来分析问题，难以同时从核心元素价态和物质类别两个角度认识元素化合物。
三、教学与评价目标
1.教学目标
（1）通过分析、设计和实施实验探究Fe2+，Fe3+的相互转化，初步形成基于物质类别与元素价态的价类二维元素观，初步建立运用氧化还原反应规律对物质性质进行假设、推理和检验的认识模型，发展学生证据推理、模型认知和科学探究的素养。
（2）通过Fe2+，Fe3+的检验及其转化关系的认识过程，能根据观察和实验获得的现象概括化学变化发生的条件、特征与规律，发展学生宏观辨识和变化观念的素养。
（3）通过了解Fe2+，Fe3+ 在生产生活中的应用，学会运用所学知识解释、解决实际问题的方法，尝试学会以化学的视角去关注生活、关注社会，发展学生科学态度与社会责任的素养。
2.评价目标
（1）通过对 Fe2+与 Fe3+转化关系的分析，诊断和发展学生研究不同价态物质转化的思路和方法的水平。
（2）通过对铁盐亚铁盐的检验、转化实验设计情况的交流和点评，诊断评价学生实验探究的水平。
（3）通过对Fe2+，Fe3+在生产、生活中应用的观察与感悟，诊断并发展学生解决实际问题的能力及其对化学价值的认识水平。
四、教学重难点
教学重点：铁盐与亚铁盐的相互转化；Fe3+的检验。
教学难点：Fe2+与Fe3+转化模型的认知与建构过程。
为突破教学重难点，所采取的教学方法有实验探究教学法、情境教学法、活动教学法、问题解决法。通过创设真实问题情境，调动学生主动探究化学奥妙的学习兴趣；通过实验探究等活动，促使学生主动地学习知识，感受学习化学的乐趣；通过问题导向，调动学生学习的积极性，充分发挥学生在教学中的主体作用。
五、教学思维导图与教学总体设计
图1 “铁盐和亚铁盐的检验与相互转化”教学思维导图
本节课时的教学设计首先联系生活实际，创设真实的问题情境，以生活中应用广泛的补铁剂为导课的切入点，引发学生的共鸣，并且从补铁的角度制造学生在认知冲突，激发学生解决实际问题的兴趣。之后，继续沿用补铁剂的情境，引出特征检验三价铁离子的方法，并迁移到结合这一特征检验方法巧妙地检验二价铁离子，可以自然过渡到三价铁与二价铁的转化，同时学生也初步完成了直接检验与间接检验模型的建构。接下来通过引导学生回忆已学知识，从宏观（物质类别）到微观（氧化还原反应本质——电子转移）的视角，逐步推进分析过程，帮助学生建构分别从物质类别与核心元素价态两个角度认识物质转化，并进而上升到运用氧化还原规律对物质性质进行分析推理的模型，从而收集理论证据，对实验探究作出合理假设。在实验证据的收集环节中，以小组合作设计实施的形式开展探究教学活动，分别从亚铁离子转化为铁离子和铁离子转化为亚铁离子两个过程出发进行教学，在实际的实验探究中培养学生的“元素观”、“转化观”与“实验观”，发展学生“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”等核心素养。通过理论证据—实验证据的证据链，可以最终得出结论。结课环节中，以思维导图和价类二维图简洁明了地对本节课的重难点内容进行总结归纳，并简要回答了开头提出的生活情境问题，也鼓励学生把本节课所学应用到解决相关的生活实际问题中去。
六、教学过程
1.创设情境 引入新课
【教师】由一张体检报告单引出“缺铁性贫血”，进而引出铁元素。接着向学生展示市面上常见的含有铁离子或亚铁离子的补铁剂与它们的说明书。
【学生】倾听教师的介绍，联系生活经验仔细观察所示案例
【教师】提出本节课的重点问题：如何检验溶液中的Fe3+与Fe2+ ？Fe3+与Fe2+组成的物质都可以起到补铁的作用。那么含有 Fe3+或Fe2+的补铁剂在化学性质上有何不同？它们之间能不能相互转化呢？如何转化？
【学生】思考教师提出的重点问题，快速进入课堂学习状态。
设计意图：联系社会生活实际创设真实的教学情境，引发学生共鸣，从补铁的角度造成了学生的认知冲突，同时提出本节课时的重点问题，在课堂教学开始时形成有效的问题驱动，可激发学生解决实际问题的兴趣。
2.联系旧知 理论分析
【教师提问】针对含有Fe3+的补铁剂，我们可以采用什么方法来检验呢？
【学生活动】思考自己现有知识中关于铁离子检验的有关内容。
【学生1】可以通过溶液颜色进行判断。
【学生2】可以加入氢氧化钠溶液观察现象的差异。
【教师】那如果溶液中存在其他离子，不能通过颜色或者加入氢氧化钠溶液来检验的时候怎么办呢？
【教师】引出铁离子的特征检验方法——使用硫氰化钾溶液进行检验。
【演示实验】教师快速演示氯化铁溶液中铁离子的特征检验方法。
设计意图：从学生已有知识出发引导学生思考，并针对学生关于三价铁检验现有知识中的不足，对比引出本节课教学中更有针对性的检验方法，可以使学生对旧方法的不足和新方法的印象更深刻，对旧的方法与新方法之间的对比有较深体会。
表1 Fe3+的检验方法
【教师提问】那检验Fe2+可以利用什么方法呢？
【学生活动】学生围绕如何检验Fe2+展开小组讨论与思考，在教师的引导下通过小组讨论提出多种方法。
【学生3】也可以利用亚铁离子的特征检验试剂检验。
【教师】这是其中一个思路。那如果要用我们刚刚学到的方法怎么办呢？
【学生4】可以将Fe2+转化为Fe3+之后再进行检验。
【教师】非常好！这说明同学们已经开始有意识地用新学的知识来解决实际问题了。
【教师梳理】通过表格对比梳理有代表性的铁盐与亚铁盐的核心元素价态、物质类别、检验方法等。
设计意图：引导学生利用新学知识初步建构离子检验模型：直接检验与间接转化检验，可以自然过渡到三
表2 铁盐与亚铁盐的知识比较
【教师引导】利用学生已有的关于物质类别与氧化还原反应原理等核心概念的基本知识，先从宏观的视角——物质类别引导学生分析铁盐与亚铁盐互相转化可能所属的反应类型：复分解反应或者氧化还原反应。
【教师引导】然后从核心元素价态切入，明确价态发生了变化，从而排除复分解反应，确定反应类型为氧化还原反应。
【学生】在教师的引导下，结合已有知识，明确认识到铁盐与亚铁盐的转化反应类型属于氧化还原反应。
【教师引导】引导学生回忆氧化还原反应发生的微观本质——电子转移，与必备条件——氧化性物质与还原性物质，帮助学生完成铁盐与亚铁盐互相转化探究过程中理论证据的分析与收集。
【学生】根据认知逻辑，一步一步地从宏观到微观层面进行分析推理，得到铁盐亚铁盐转化的理论证据——氧化还原反应过程中的电子转移。
设计意图：从学生已有的知识出发，结合从宏观到微观的视角，遵循学生认知逻辑，逐步推进分析过程，可以更好地帮助学生收集理论证据，建构分别从物质类别与核心元素价态认识物质转化，并进而上升到运用氧化还原规律对物质性质进行推理的模型，培养学生基于价类二维的元素观、转化观与模型观。也可以为下一步提出实验的猜想作铺垫。
图2 铁盐与亚铁盐相互转化的核心理论建构
3.梳理分析 提出猜想
【教师梳理】与学生一起根据理论分析部分的内容梳理总结理论证据，引导学生提出猜想假设。
【学生】在教师的引导下，提出实验猜想：铁盐与亚铁盐的相互转化发生了氧化还原反应，需要加入氧化剂或者还原剂来完成转化。
设计意图：化繁为简突出理论分析重点，直观用于提出猜想，培养学生严谨求实的科学探究精神。
4.实验探究 验证猜想
【过渡衔接】承接之前提到的检验二价铁离子的方法，首先引入Fe2+向Fe3+的转化探究单元的教学。
【教师】给予学生待选的几种常见氧化剂与检验试剂，引导学生通过小组的讨论合作完成学案中相应的实验设计探究内容，并抽取1~2个小组简要汇报实验思路。
【学生活动】根据学案的提示，各小组的成员合作讨论设计实验方案，包括实验目的、实验操作、预期实验现象等，完成之后教师抽取汇报。
【教师】简要点评、比较小组代表提出的探究实验方案后，针对其中的问题进行指导和完善。如学生方案中涉及试剂硫氰化钾的加入顺序不够恰当的问题，教师可以顺势追问：先加硫氰化钾溶液还是先加氧化剂更好？为什么？之后揭晓参考方案（以氯水为氧化剂进行实验探究），并且指导学生代表进行实验，另请若干学生尝试上台书写离子方程式。
【学生】依据教师的点评和给出的参考方案对自己设计的实验方案进行完善。并仔细观察参考实验中的现象，完成实验现象观察（收集实验证据）、现象解释、得出该实验的结论。
设计意图：通过对Fe2+与 Fe3+相互转化条件的探究方案的设计，可以很好地让学生体验从氧化还原反应角度选择合适氧化剂、还原剂的思维过程，进而更好地培养学生证据推理与模型认知的核心素养；小组合作设计实验方案充分发挥学生在实验探究学习中的主体地位；在实验探究的学习中穿插实验试剂添加顺序问题，充分认识试剂添加顺序对实验结果的影响，进一步树立严谨的科学态度。
【过渡衔接】播放视频：在生活中补铁剂与维生素C（Vc）同时服用的效果。进而引出Fe3+转化为Fe2+问题。
【教师】给予学生待选的几种常见还原剂与检验试剂，引导学生通过小组的讨论合作完成学案中相应的实验设计探究内容，并抽取1~2个小组简要汇报实验思路。
【学生活动】根据学案的提示，各小组的成员合作讨论设计实验方案，包括实验目的、实验操作、预期实验现象等，完成之后教师抽取汇报。
【教师】简要点评、比较小组代表提出的探究实验方案后，针对其中的问题进行指导和完善。之后揭晓参考方案（以维生素C溶液为还原剂进行实验探究），并且指导学生代表进行实验，另请若干学生尝试上台书写离子方程式。
【学生】依据教师的点评和给出的参考方案对自己设计的实验方案进行完善。并仔细观察参考实验中的现象，完成实验现象观察（收集实验证据）、现象解释、得出该实验的结论。
【教师梳理】以表格的形式带领学生对实验探究环节进行快速地回顾、梳理和总结。
设计意图：呼应新课导入中提到的补铁剂，解决了开头留下的一个悬念，同时也为下一步的实验探究作铺垫；在观看视频分析Vc作用原理的这一过程中，学生可以体验化学的社会价值。
表3 实验探究部分小结
5.课堂小结 归纳提炼
【课堂总结】以思维导图和价类二维图的形式对本节课的核心内容进行一个整体的梳理和总结归纳：
图3 本课时核心内容思维导图
图4 铁盐与亚铁盐的价类二维图
设计意图：思维导图可以直观清晰、简洁明了地对本节课的内容进行提炼和总结归纳，价类二维图利于学生完善理解本节课的核心模型。
6.课堂拓展 知识迁移
【作业】以前面提供的价类二维图为基础，尝试结合前几节课所学的铁单质、氧化物和氢氧化物的内容自主补充和完善铁及其化合物的价类二维图。此外，请同学们思考：如何设计简单的实验确定生活中另外一种常见的补铁剂——琥珀酸亚铁是否变质？
设计意图：学生结合前几课时的内容，完善铁及其化合物的价类二维图，可以进一步培养基于核心概念引领下的“元素观”和“模型观”；思考题重新结合补铁剂这一生活情境，倡导学生学以致用，解决生活实际问题，利于培养“科学态度与社会责任”核心素养。
七、教学设计说明
1.注重学生思维认知冲突和真实具体问题情境的创设。
制造认知冲突情境，通过引导和激发学生解决问题，能够促进学生对某个概念或者现象的深刻理解。在本节课时开始时给学生展示多种不同的补铁剂，既有亚铁离子型的也有铁离子型的，这就会给学生的认知上造成冲突和迷惑，一方面学生之前可能认为补铁中的“铁”是单质，另一方面，学生会对为什么铁离子和亚铁离子都能补铁感到疑惑。因此在之后的教学中都始终抓住了补铁剂作为贯穿整个教学设计的一条“情境暗线”实施教学。
2.“证据推理与模型认知”的培养与落实。
理论分析环节中，本节课的设计基于学生已学的知识，运用严谨的逻辑思维分别从物质类别与元素价态一步步有条理地推进引导学生化学认识模型的建构，收集理论证据；之后再施以实验证据的推理与收集，完整的理论证据——实验证据的证据链可以有效地帮助学生建构分别从物质类别与核心元素价态认识物质转化的价类二维模型，并进而上升到运用氧化还原规律对物质性质进行分析推理的模型。此外，在理论分析环节，结合三价铁离子的特征检验方法巧妙地检验二价铁离子的思维引导，也帮助学生初步建构了直接检验与间接检验的化学模型。因此通过这几个化学模型，学生的思维能力水平可以得到良好的发展。
3.教学设计结构化，整体清晰连贯。
本课时教学设计的结构化主要体现在认识思路的结构化。在理论分析环节联系旧知以后，就引导学生分别从物质类别与核心元素价态的两个视角出发，认识、分析旧知与新知之间的结构化联系，作出猜想。
在实验验证环节，对铁盐与亚铁盐的相互转化分为两个较大的探究单元：三价铁转化为二价铁与二价铁转化为三价铁。这两个探究单元都包含一个子实验，每个子实验都包含实验目的，实验操作，实验现象，现象解释和实验结论，遵循化学探究的基本环节和学生认知发展的规律，体现了认识思路的结构化。
此外本节课各有一条“明线”和一条“暗线”。明线是课堂教学的六个环节：情景导入——理论分析——实验猜想——实验探究——课堂小结——课堂拓展。暗线则是“补铁剂”这一情境载体在整个教学环节中的贯通：开头以补铁剂引入——理论分析中补铁剂中Fe3+的检验——实验探究中以补铁剂与Vc作用过渡——课堂总结重提补铁剂——课堂拓展再联系补铁剂问题。
图5 板书设计
参考文献
[1][5]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社,2018.
[2]王星乔,滕瑛巧,汪纪苗,包朝龙.基于化学核心素养的教学设计——以“铁及其化合物的应用”为例[J].化学教学,2017(05):51-55.
[3]王正兵.素养为本的化学教学与评价的设计和实施——以“补铁剂中铁的检验与转化”为例[J].化学教育(中英文),2019,40(11):29-35.
[4]张华.论核心素养的内涵[J].全球教育展望,2016,45(04):10-24.