孫亞紅 熊輝 申敬紅 相紅英

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);真實(shí)情境;教、學(xué)、評一體化;深度互動;思維外顯

1設(shè)計思想

基于“深度學(xué)習(xí)”的教學(xué)改進(jìn)，不僅強(qiáng)調(diào)學(xué)生的深度思維，更強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，同時，更關(guān)注對科學(xué)本質(zhì)的研究。胡久華等將深度學(xué)習(xí)界定為：在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動，從宏微結(jié)合、變化守恒的視角，運(yùn)用證據(jù)推理與模型認(rèn)知的思維方式，解決綜合復(fù)雜問題，獲得結(jié)構(gòu)化的化學(xué)核心知識，建立運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思想解決問題的思路方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)主題、深度學(xué)習(xí)目標(biāo)、深度學(xué)習(xí)活動和持續(xù)性評價是深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計的四大要素，與《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）中強(qiáng)調(diào)的“教、學(xué)、評”一體化要求相一致。評價并反饋學(xué)生在挑戰(zhàn)性任務(wù)完成的不同階段的目標(biāo)達(dá)成情況，有利于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。本文以“補(bǔ)鐵”主題為例，展開基于“教、學(xué)、評”一體化的深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐探索。

2主題的確立

鐵及其化合物是2019年人教版高中《化學(xué)必修一》第三章內(nèi)容。學(xué)生在第二章從物質(zhì)分類的角度系統(tǒng)學(xué)習(xí)了鈉及其化合物、氯及其化合物，能夠定性認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)、變化和用途，并通過物質(zhì)的量的學(xué)習(xí)建立了宏微結(jié)合視角，初步形成從定量的角度認(rèn)識物質(zhì)及其變化的觀念，但對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識視角和研究程序還不很全面。第三章“鐵及其化合物”的學(xué)習(xí)可以發(fā)展氧化還原認(rèn)識角度，學(xué)習(xí)應(yīng)用價一類二維元素觀認(rèn)識具體物質(zhì)的性質(zhì)，學(xué)習(xí)如何探究不同物質(zhì)問的轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生多角度分析和解決實(shí)際問題的能力。為第四章“物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律”的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)中關(guān)于“鐵及其化合物”所舉的課例十分豐富。有的針對不同含鐵物質(zhì)引入多個生活情境，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但多個情境的應(yīng)用容易導(dǎo)致主線不明晰，削弱知識問的聯(lián)系;有的關(guān)注點(diǎn)較多放在物質(zhì)性質(zhì)、制備和用途上，雖然通過二維圖能將含鐵物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行整合，幫助學(xué)生建構(gòu)認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的角度，但在物質(zhì)性質(zhì)的研究思路和方法上涉及較少;另外將“教、學(xué)、評”一體化理念運(yùn)用于中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐的研究也不多見。

為將鐵及其化合物的陳述性知識教學(xué)轉(zhuǎn)化為促進(jìn)素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)，筆者確立了指向?qū)嶋H問題解決的“補(bǔ)鐵”主題。學(xué)生雖對補(bǔ)鐵及其作用或多或少有一些了解，但對補(bǔ)鐵涉及的化學(xué)概念和原理并不十分理解。該主題具有一定挑戰(zhàn)性，課堂教學(xué)正好給學(xué)生提供機(jī)會對此化學(xué)知識的產(chǎn)生和發(fā)展進(jìn)行實(shí)踐體驗(yàn)，彰顯該知識的功能價值，激發(fā)學(xué)生深度參與，符合深度學(xué)習(xí)的要求。補(bǔ)鐵主題涵蓋了氧化還原反應(yīng)核心概念，將自然界和人體中Fe（Ⅱ）與Fe（Ⅲ）的存在、性質(zhì)、Fe2與Fe3的轉(zhuǎn)化及鐵鹽與含鐵配合物的穩(wěn)定性等知識進(jìn)行結(jié)構(gòu)化整合。本課例選取五大連池補(bǔ)鐵礦泉水為情境素材貫穿課堂教學(xué)，將生活中如何科學(xué)補(bǔ)鐵作為本源性問題，引導(dǎo)學(xué)生自主生成結(jié)構(gòu)化的驅(qū)動問題。綜合物質(zhì)類別和氧化還原兩個認(rèn)識角度，對真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行理論預(yù)測、實(shí)驗(yàn)探究，從而了解鐵及其化合物的主要性質(zhì)及在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，了解通過化學(xué)反應(yīng)探索物質(zhì)性質(zhì)、實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，認(rèn)識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在人類生產(chǎn)生活中的重要價值。學(xué)習(xí)內(nèi)容隸屬課標(biāo)必修課程主題2“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”，與主題1“化學(xué)科學(xué)與實(shí)驗(yàn)探究”、主題5“化學(xué)與社會發(fā)展”也具有實(shí)質(zhì)性聯(lián)系，有利于發(fā)展學(xué)生的元素觀、轉(zhuǎn)化觀等化學(xué)觀念，提升“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“變化觀念與平衡思想”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3教學(xué)目標(biāo)與持續(xù)性評價設(shè)計

北京師范大學(xué)王磊等提出的無機(jī)化合物認(rèn)識模型要求元素化合物教學(xué)應(yīng)使學(xué)生具備以認(rèn)識物質(zhì)為基礎(chǔ)，預(yù)測、分析解釋物質(zhì)性質(zhì)，根據(jù)性質(zhì)進(jìn)一步完成實(shí)際問題解決等不同水平的能力。鄭長龍強(qiáng)調(diào)實(shí)施“教、學(xué)、評”一體化的教學(xué)應(yīng)注重評價目標(biāo)與教學(xué)目標(biāo)的一致性、評價任務(wù)與學(xué)習(xí)任務(wù)的一致性，強(qiáng)調(diào)要重視對輸出型化學(xué)評價目標(biāo)和評價任務(wù)的設(shè)計?；诖瞬⒖紝W(xué)科核心素養(yǎng)視域下的教學(xué)目標(biāo)研制，設(shè)計制定如表1所示的教學(xué)目標(biāo)及持續(xù)性評價，在教學(xué)活動中檢測學(xué)生目標(biāo)的達(dá)成情況，并不斷進(jìn)行反饋和評價。

4教學(xué)流程

教學(xué)流程見圖1。

5教學(xué)過程

5.1補(bǔ)鐵背景

[教師]PPT呈現(xiàn)人體血液紅細(xì)胞血紅蛋白中的血紅素結(jié)構(gòu)——Fe（Ⅱ）與有機(jī)大分子卟啉形成的配合物。它具有固定氧和輸送氧的功能。鐵元素攝入不足會引起缺鐵性貧血，嚴(yán)重時可致人死亡。

[資料]食物是人體鐵元素的重要來源。膳食中的鐵分為血紅素鐵和非血紅素鐵，血紅素鐵是Fe（Ⅱ）配合物，主要存在于動物血液、肝臟、紅肉及補(bǔ)鐵醬油中。非血紅素鐵多以Fec204、Fe（0H）2等形式存在于菠菜、谷物和豆類中。補(bǔ)鐵劑也分為兩類：Fe（Ⅱ）配合物形式和Fe2形式。通常配合物形式的鐵吸收率較高，其他形式的鐵需轉(zhuǎn)化為Fe2才能被吸收，吸收率較低。

5.2補(bǔ)鐵劑失效

[資料]黑龍江五大連池重碳酸低溫冷泉富含易于被人體吸收的Fe2，是天然優(yōu)質(zhì)的補(bǔ)鐵保健飲品。展示五大連池礦泉水治療缺鐵性貧血的臨床數(shù)據(jù)（見表2）。

可見礦泉療法經(jīng)濟(jì)簡便、療效高。但是，天然礦泉水在涌出地面數(shù)小時后，補(bǔ)鐵保健功能大幅度降低。

[學(xué)生]我去五大連池旅游的時候喝過，這個礦泉水甘甜可口，很多游人都在接。我專門接了一瓶，可帶回酒店后水就變渾了，還發(fā)黃，我不敢喝了（課堂上碰巧有位學(xué)生有親身經(jīng)歷，他的分享激發(fā)了全班同學(xué)的興趣，引起了熱烈討論）。

[任務(wù)]礦泉水涌出地面數(shù)小時后補(bǔ)鐵功能大幅降低的原因可能是什么？說出猜測及依據(jù)并設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

[學(xué)生]補(bǔ)鐵保健功能降低肯定是Fe2少了，+2價鐵離子處于較低價態(tài)，具有還原性，可能會被空氣中的0：氧化為Fe3?？梢酝鵉eSO4溶液中通入空氣觀察顏色變化。

持續(xù)性評價說明：對應(yīng)內(nèi)容為評價目標(biāo)1-1。該問題難度較小，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生也能流暢回答，教師肯定學(xué)生根據(jù)鐵元素化合價預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)的思路，且可利用學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)設(shè)沖突，引入Fe3的檢驗(yàn)方法。

[學(xué)生]觀察0.1 mo1/L的FeSO4溶液和Fe2（S04），溶液，均幾乎為無色。說明顏色與離子濃度有關(guān)。

[教師演示]分別滴入2滴KSCN溶液，F(xiàn)e2（S04）3溶液變紅。利用Fe3與SCN-形成紅色配合物對Fe3進(jìn)行定性與定量檢驗(yàn)。同理，可利用K3[Fe（CN）6]與Fe2生成藍(lán)色沉淀檢驗(yàn)Fe2。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]向滴有KSCN溶液的0.1 mol/L的FeSO4溶液中鼓人空氣一段時間，無明顯現(xiàn)象。

[問題]預(yù)測可以發(fā)生的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)中卻未觀察到明顯現(xiàn)象。除了預(yù)測錯誤，還可能是什么原因？

[學(xué)生]資料中是“數(shù)小時后”，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時問不夠長。

[教師]展示課前6h、12h的實(shí)驗(yàn)樣品，顏色分別為淺紅色、紅色。說明反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與時間有關(guān)。弱酸性條件下，F(xiàn)e2被02氧化的反應(yīng)比較慢。

[任務(wù)]實(shí)驗(yàn)室還有哪些物質(zhì)可使Fe2轉(zhuǎn)化為Fe3？選擇試劑設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

試劑：FeSO4溶液、FeCl3溶液、鐵粉、Kl溶液、酸性KMn04溶液、H202、銅粉、氯水、K3[Fe（CN）6]溶液、KSCN溶液

[學(xué)生]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并小組匯報：KMnO4、H202、氯水可以作氧化劑。有的小組直接往FeSO4溶液中加氧化劑，再滴KSCN溶液變紅，得出結(jié)論Fe2被氧化。別的小組質(zhì)疑：加氧化劑前原FeSO4溶液有可能就部分被氧化，且外加試劑會引起溶液體積及濃度變化。應(yīng)分別取兩份等體積的FeS04溶液，各滴人2滴KSCN溶液后，一份加氧化劑，另一份加等量水，對比觀察溶液顏色。

持續(xù)性評價說明：對應(yīng)內(nèi)容為評價目標(biāo)1-1和2-1。該問題綜合度較高，采取第一個小組匯報，第二個小組補(bǔ)充，再由第一小組對比兩種方案進(jìn)行評價的方式。學(xué)生能從元素價態(tài)角度預(yù)測KMnO4、H20、氯水具有氧化性。部分學(xué)生沒有控制變量意識，通過小組互評，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)自己方案的不嚴(yán)謹(jǐn)并進(jìn)行及時調(diào)整。教師在后續(xù)教學(xué)中需進(jìn)一步滲透控制變量思想。

[教師]肯定上述小組的評價并總結(jié)提升?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)需控制變量，可通過設(shè)置對比實(shí)驗(yàn)排除干擾?？偨Y(jié)可氧化Fe2的常見氧化劑。介紹Fe2被氧化后在水溶液中易形成紅褐色沉淀Fe（OH），解釋了上述同學(xué)帶回賓館的礦泉水變渾濁的原因。

5.3補(bǔ)鐵劑保存

[資料]因?yàn)镕e2容易被氧化，研究者嘗試在礦泉水中加入某些物質(zhì)，以穩(wěn)定其補(bǔ)鐵保健功能。表3是不同pH下在五大連池礦泉水中添加維生素c對Fe2含量的影響。

[任務(wù)]由上表可得出什么結(jié)論？猜測Fe2含量變化的可能原因。

[學(xué)生]討論后回答：加入維生素c后Fe2含量增加，且在弱酸性環(huán)境下不受pH影響?？赡苁堑V泉水中被02氧化的Fe2又被維生素c還原了?？梢匀煞莸润w積的FeCl3溶液，一份先加入維生素c固體，再加K3[Fe（cN）6]溶液，另一份滴加等量的K3[Fe（CN）6]溶液，對比觀察是否生成藍(lán)色沉淀。

持續(xù)性評價說明：對應(yīng)內(nèi)容為評價目標(biāo)1-1、2-1和2-2。問題較容易，采取先小組討論，然后小組代表發(fā)言，教師評價的方式。討論過程中多數(shù)學(xué)生思路清晰，能分析表格數(shù)據(jù)得出結(jié)論。能依據(jù)Fe2+含量增加的事實(shí)推測出維生素c具有還原性。并設(shè)計了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了控制變量思想。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]驗(yàn)證維生素c將Fe3還原為Fe2。

[任務(wù)]實(shí)驗(yàn)室還有哪些物質(zhì)可使Fe3轉(zhuǎn)化為Fe？選擇試劑設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

[學(xué)生]選Fe、cu和Kl作還原劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，均可將Fe3還原為Fe2。

持續(xù)性評價說明：對應(yīng)內(nèi)容為評價目標(biāo)1-1和2-1。在完成Fe2向Fe3轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，該任務(wù)已不再困難，采取第一個小組匯報，第二個小組評價的方式。學(xué)生能指出：Fe、cu代表金屬單質(zhì)，Kl代表低價化合物，這兩類物質(zhì)都具有還原性，并控制變量設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

[問題]實(shí)驗(yàn)室的FeSO4溶液應(yīng)如何保存？

[學(xué)生]要防止Fe2被空氣中的02氧化，可加入還原性物質(zhì)，但不能引入雜質(zhì)，可以加Fe粉。

[任務(wù)]歸納總結(jié)研究物質(zhì)性質(zhì)的一般思路（見圖2）。

5.4補(bǔ)鐵增效

[資料]研究者研究了不同pH下在礦泉水中添加檸檬酸對Fe2含量的影響，見表4。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明：添加檸檬酸后礦泉水的補(bǔ)鐵保健功能增強(qiáng)。添加檸檬酸的樣品組在光照條件下，放置300 d以上，始終為無色、透明、澄清溶液。

[任務(wù)]由表4可得出什么結(jié)論？結(jié)合資料猜測Fe2含量變化的可能原因。

[學(xué)生]討論后回答：添加檸檬酸后Fe2含量降低，猜測Fe2可能與檸檬酸生成了配合物。

持續(xù)性評價說明：對應(yīng)內(nèi)容為評價目標(biāo)2-2、3-1。該任務(wù)具有一定挑戰(zhàn)性，先小組討論，然后教師參與，關(guān)注討論過程中學(xué)生的思維表現(xiàn)、合作能力和溝通能力，給出具體的反饋信息后再請學(xué)生代表回答。事實(shí)上多數(shù)學(xué)生都能從表格數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)Fe2含量降低，但無法解釋補(bǔ)鐵功能增強(qiáng)。于是學(xué)生充滿好奇，討論十分熱烈。教師提示只有二價鐵具有補(bǔ)鐵功能后，部分學(xué)生能夠推理得出：鐵元素仍然是正二價，但不是Fe的形式。個別學(xué)生從引入環(huán)節(jié)資料中尋找到證據(jù)：配合物形式的二價鐵吸收率高，補(bǔ)鐵效果好，大膽猜測Fe2+與檸檬酸反應(yīng)生成了Fe（Ⅱ）配合物，并進(jìn)行解釋論證。學(xué)生都認(rèn)同該推測，期待教師提供證據(jù)證實(shí)。

[資料]提供理論證據(jù)：配合物檸檬酸亞鐵是易吸收的高效補(bǔ)鐵劑。

[問題]二價鐵的還原性可能與哪些因素有關(guān)？

[學(xué)生]添加檸檬酸的礦泉水光照下放置300 d仍無色、透明、澄清，表明配合物檸檬酸亞鐵比Fe2穩(wěn)定，二價鐵的還原性與其存在形式有關(guān)。

[教師]物質(zhì)的氧化還原性質(zhì)不僅與核心元素價態(tài)有關(guān)，還與物質(zhì)形態(tài)、溶液酸堿性和pH等因素有關(guān)。