苏洁芳
茂名市第一中学
摘要：本文意图是探讨在课堂教学如何培养学生化学学科核心素养。基于“以素养为本”的以“铁盐亚铁盐”的二次构建后的教学设计为例，通过建立基于物质类别、元素价态和原子结构和真实问题情境，预测和检验物质性质的认识模型，发展物质性质和物质用途关联，通过铁和铁的化合物的相互转化，达到化学物质及其变化的社会价值的认识水平，提高解决问题的能力。通过目的、任务、活动及评价等环节，促进学生化学学科核心素养的形成。
关键词：化学学科核心素养；真实问题情境；实验探究；铁盐和亚铁盐
本文基于“铁盐和亚铁盐”教学内容，以“切开的苹果很快变棕黄色”追根溯源和“打印机墨粉的成分探究”为真实问题情境进行教学设计，以发展学生的化学学科核心素养。其素养的发展是一个自我建构、不断提升的过程，围绕化学学科核心素养发展的关键环节，引导学生积极开展建构学习、探究学习和问题解决学习，促进学生化学学习方式的转变。[1]
铁盐和亚铁盐的教学设计
（一）学习目标
1.通过类比分析归纳研究无机物性质的一般思路和方法，引导学生学会将知识结构化。
2.通过分析铁盐和亚铁盐的化合价，并根据物质类别和化合价预测铁盐和亚铁盐可能具有的性质和可能发生的变化，初步形成基于物质类别、元素价态和原子结构对物质性质进行预测和检验的认识模型，发展学生的证据推理与模型认知素养。
3.依据探究目的，设计实验方案，动手实验验证，观察分析实验现象并书写发生反应的离子方程式，发展学生的宏观辨识与微观探析、科学探究、科学态度等化学学科核心素养。
4.通过铁及其化合物的转化关系的认识，建立物质性质与物质用途的关联。
（二）基于创设真实问题情境的“铁盐与亚铁盐”教学背景分析
1.教学内容和学法分析
《普通高中化学课程标准（2017 年版）》对金属及其化合物的教学，要求结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用。建议紧密联系生产和生活实际，创设丰富多样的真实问题情境，开展实验探究活动，并建议使用“补铁剂”“实验室中硫酸亚铁的保存与使用”“打印机中墨粉中铁的氧化物（磁性性质）”等为情境素材。[1]本节课从日常生活中“切开的苹果很快变棕黄色”的真实问题情境提出一系列问题让学生思考，引导学生通过小组合作、实验探究、讨论交流等多元化方式解决问题。
2．问题设置
（1）切开的苹果很快变棕黄色，推测其变色原理。
（2）设计实验并检验苹果汁中有没有Fe2+和Fe3+，Fe3+产生的原理是什么？
（3）你认为哪些物质也可以实现Fe2+和Fe3+的相互转化？
（4）你能想到什么办法减缓苹果中Fe2+的氧化，已经氧化成Fe3+的铁元素，你有什么方案使其重新转化为Fe2+吗？
课堂设置以上一系列问题，整堂课围绕这些问题引导学生不断追问、刨根问底、不断探索、层层深入的开展多种探究性活动，把培养学生学科知识、学科思维、学科方法、学科态度、价值观等目标分解成任务活动，落实在教学实践中。从而达到解决问题的目的，最终促进学生化学学科核心素养的形成。
（三）教学过程
环节一：研究无机物性质的一般思路和方法
任务1：预测铁盐和亚铁盐的化学性质
【教师】通过基于物质类别和价态观判断Fe2+、Fe3+铁盐可能有哪些性质？
【学生】铁盐亚铁盐属于盐类应该具有盐的通性，中间价态的亚铁盐既有氧化性又有还原性，最高价态的铁盐处于最高价态只具有氧化性。1.类别——类别通性2.价态——氧化性还原性
【展示】观察硫酸亚铁、氯化亚铁和硫酸铁、氯化铁等样品让学生观察颜色和状态
活动1：尝试分类，用符号表征该类物质及预测可能有哪些性质
学习评价1：铁盐和亚铁盐的化学性质归纳
【学生】铁盐：1.具有盐的通性（类别通性） 2.化合价为+3价，处于最高价态，预测：具有氧化性。亚铁盐：1.具有盐的通性（类别通性）2.化合价为+2价，处于中间价态，预测：既有氧化性又有还原性
环节二：Fe2+和Fe3+的检验方法
1.创设情境，提出问题
问题1：切开的苹果很快变棕黄色，推测其变色原理
【展示】现场切开一个苹果和展示一块切开久置后的苹果，让学生观察颜色，往切开的苹果涂上一层维生素C粉末（留后面观察）
【教师】引导学生回顾Fe2+、Fe3+的物理性质，追根溯源
【学生】根据Fe2+、Fe3+的颜色猜测苹果变棕黄色可能含有Fe3+，从而推测新鲜苹果中应该含有Fe2+。
问题2：设计实验并检验苹果汁中有没有Fe2+、Fe3+，Fe3+产生的原理是什么？
设计意图：利用生活中常见现象“切开的苹果很快变棕黄色”创设真实情境，提出本节课的核心探究问题，目的是激发学生的学习兴趣，产生强烈的求知欲，引导学生要善于从日常生活中发现化学问题，领悟化学与生活息息相关。
2.实验探究，探索发现
设计实验检验苹果汁中有没有Fe2+、Fe3+，探究Fe3+产生的原理
实验探究1：
提供试剂：一杯新鲜苹果汁、一杯久置苹果汁，KI 溶液（具有强还原性）、淀粉溶液（提示碘单质遇淀粉变蓝）、KSCN 溶液、双氧水
【猜想与假设】由于Fe2+既有氧化性又有还原性，因此猜想会与还原剂和氧化剂反应，而Fe3+铁具有氧化性会与还原剂反应。
【实验验证】在久置苹果汁中加入KI溶液和淀粉溶液，观察颜色的变化；在新鲜苹果苹果汁加入KI 溶液和淀粉溶液，再加入双氧水，观察颜色的变化；
【观察并记录实验现象】久置苹果汁加KI 溶液和淀粉溶液后变蓝，新鲜苹果汁加KI 溶液和淀粉溶液没明显现象，再加入双氧水后变蓝。
【结论】久置苹果汁中含Fe3+，新鲜苹果汁含Fe2+。
学习评价2：用离子方程式表征过程：
2Fe3++2I-=2Fe2++I2
2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
【教师追问】如何充分证明苹果汁中含Fe2+、Fe3+，还有哪些检验方法？继续寻找证据
任务2：Fe2+和Fe3+的检验方法
实验探究2：根据你学过的性质，如何区分Fe2+和Fe3+溶液？试剂？方法？依据？提出合理猜想，并尝试通过实验验证你的猜想。
供选择的试剂：酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、KI 溶液（具有强还原性）、淀粉溶液（提示碘单质遇淀粉变蓝）
活动2：合理猜想
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【学生】实验验证后小组讨论归纳总结
【归纳与整理】Fe2+和Fe3+的检验方法：
1.观察法——Fe2+浅绿色，Fe3+棕黄色
2.沉淀法——与 NaOH溶液反应，Fe2+先产生白色絮状沉淀，然后迅速变为灰绿色，最后变为红褐色，Fe3+产生红褐色沉淀
学习评价3：用离子方程式表征过程
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
3.特征检验法——Fe3+遇KSCN溶液变鲜红色（完成实验探究3后归纳）。
【教师】（推陈出新）是否有更快捷、实验现象更明显的区分方法？
实验探究3：分别向FeCl3溶液和FeCl2溶液中滴加几滴KSCN溶液，观察现象
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通过该实验探究同学们发现可以直接用KSCN溶液检验是否生成了Fe3+，也就是Fe3+的特征检验。
设计意图：理清思路，建构思维过程“问题2”提出后通过“实验探究2”并通过方法引领，激发学生的求知欲，从而调动学生的内驱力，带着以上问题积极主动思考，学生自然而然理清出思路，使知识内容结构化。由此可帮助学生建构知识，同时学会用离子方程式表征反应过程，这样可培养学生宏观辨识与微观探析、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。
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【猜想与假设】Fe2+既有还原性（主）又有氧化性，因此会与氧化剂（如：Cl2、KMnO4、O2、H202等）反应，又会与还原剂（如Mg、Al、Zn、Fe等）反应；而Fe3+具有氧化性会与还原剂（如Fe、Cu、KI等）反应。
活动3：根据物质类别观和氧化还原观，猜测Fe2+、Fe3+可能有哪些性质，尝试写出推理过程（课前布置学生完成）。
【教师】展示同学们的方案，点评是否合理。
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【教师】根据刚才的猜想和验证，想想是否还有其它的方法？尝试通过实验验证并写出相关反应的离子方程式。
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设计意图：通过实验现象，进一步验证猜想，确认可以从氧化还原观，推测Fe2+和Fe3+的性质，掌握Fe2+和Fe3+之间的相互转化，因此培养“变化观念与平衡思想”素养。
问题4：学以致用，你能想到什么办法减缓苹果中Fe2+的氧化，已经氧化成Fe3+的铁元素，你有什么方案使其重新转化为Fe2+吗？生活中要注意哪些饮食习惯？
【教师】展示刚才涂有维生素C粉末的苹果，观察现象。
【课外查阅】了解维生素C的性质和用途。
【学生】维生素C具有还原性，是很好的抗氧化剂，能减缓苹果中Fe2+的氧化，已经氧化成Fe3+的铁元素，可以用维生素C使其重新转化为Fe2+。平时要注意营养均衡，同时多吃新鲜的水果和蔬菜，确保维生素C的摄入量。有延缓衰老作用。
设计意图：生活中随处可见化学对生产生活的帮助，产生巨大财富和社会效益，体现化学学科的核心价值，因此引导学生学好化学将会为社会创造更大的价值，发挥化学的功能与作用，培养学生“科学精神与社会责任”等化学学科核心素养。
环节四：联系日常应用，学以致用
任务4：运用已有的知识，请设计合理的方案检验墨粉中铁的氧化物的成分。
1.创设情境，提出问题
问题4：人们工作中常用的打印机、复印机使用的墨粉中含有铁的氧化物（可能是FeO、Fe2O3、Fe3O4中的一种或几种），你能确定其成分吗？
2.设计实验探究墨粉中铁的氧化物的成分
【目测】根据颜色可以判断墨粉中不可能含Fe2O3。
【提出假设】
1.可能只含FeO；2.可能只含Fe3O4；3.可能含FeO和Fe3O4的混合物。
【设计实验方案】学生分小组自主设计后，通过小组讨论确定最优方案。
【学生讨论】
方案一：取少量墨粉于试管中，加入少量稀盐酸或者稀硫酸使其溶解，然后加入几滴KSCN溶液，若无任何现象，加入双氧水后溶液变红，说明溶液中只含Fe2+，证明墨粉中只含FeO；若溶液变为红色，则说明溶液中有Fe3+，证明墨粉中含Fe3O4。
【追问】如何进一步确定墨粉中是只含Fe3O4还是含FeO和Fe3O4的混合物呢？【学生讨论】
方案二：取方案一中步骤2所得的溶液，加入酸性KMnO4溶液，如果溶液退色，结合方案一中的步骤2，可以证明含FeO和Fe3O4；如果溶液不退色，结合方案一中的步骤2，可以证明墨粉中只含Fe3O4。
【继续追问】方案二是否合理？请说出你的理由。
【刨根问底】如果方案二不合理，如何确定方案二中的步骤1是否含FeO？
【继续讨论】因为Fe3O4有磁性，所以可以用磁铁分离开Fe3O4后，剩余的粉末按方案二就合理了。
【追问】若方案一中改用稀硝酸替代稀盐酸，这样的结论是否合理，请说出你的理由。
【总结评价】这是很有挑战性的探究过程，可以训练学生的发散思维和综合推理能力，课堂上，部分学生的思路还是很清晰的，适合培养高阶思维，从而培养学生“证据推理”素养。
设计意图：高中新课程标准要求创设生活中真实的问题情境，建议利用生活中常用的打印机（或复印机）使用的墨粉中铁的氧化物（利用磁性性质）为真实情境，探究铁的氧化物的成分，结合真实问题情境，对日常常见的墨粉成分进行探究，设计实验方案，讨论分析方案是否合理并进行优化，大胆猜想，小心求证，有利于培养学生的发散思维，促进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的形成。
学习评价6：某溶液可能只含Fe2+，或只含Fe3+，或同时含有Fe2+、Fe3+请设计实验方案验证三种可能，写出简单的流程。
【教师点评归纳】
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【课后评价】
1．昨天配制的氯化亚铁溶液，变成了浅黄色，原因是（用离子方程式解释）：
（1）应该如何处理这瓶变黄的氯化亚铁溶液呢？倒掉吗？（用离子方程式解释）
（2）你能告诉老师如何配制氯化亚铁和氯化铁溶液吗
（3）若将Fe2+氧化成Fe3+，工业上通常选择双氧水而不选择氯气或者氯水，为什么？如果没有双氧水，可以考虑用什么试剂代替？
2．用 FeCl3溶液可以腐蚀铜板制印刷线路板，请解释其原因写出相关的离子方程式。
设计意图：通过以上实践应用培养学生的科学精神与社会责任。形成终身学习的意识和严谨求实的科学态度；崇尚真理；关注与化学有关的社会热点问题，认识环境保护和资源合理开发的重要性，具有可持续发展意识和绿色化学观念；深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系，赞赏化学对社会发展的重大贡献，能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响，权衡利弊，勇于承担责任，积极参与化学问题的社会决策。培养学生科学精神与社会责任化学学科核心素养。
本节课的教学设计立足于日常生活中的真实问题情境，学生熟悉而且能够感知问题情境与所学化学知识的关联，因此更有兴趣参与其中，积极探索、发现和解决问题，体验化学的学科价值从而产生强烈的求知欲。从学生的反思总结中还发现，大多数学生基本上有自己对课堂的理解和反馈，有以下清晰的思路：“真实问题情境→理论依据→预判→设计实验方案→实验验证→结论→形成规律→拓展应用”，对以后学习元素化合物有很大的帮助。要尽可能多地提供学生实践的机会，引导学生慢慢养成探究性学习和思维习惯，从而促进学生学习方式的转变。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.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].聚焦课堂.2017（5）：51.
[3]田颖，解亚丽.基于真实的教学情境落实化学学科核心素养——以“铁盐及亚铁盐”教学为例[J].教育实践与研究（B）.2020（Z1）：108-112.