基于真實情境的“價-類”思維的構(gòu)建*

熊娟

摘要：“價-類”思維可以預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)和設(shè)計物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，對于元素化合物的學(xué)習(xí)有重要作用。以“醫(yī)生給缺鐵性貧血的病人開藥”為情境，設(shè)計一系列情境問題，利用“價-類”二維圖討論鐵鹽和亞鐵鹽的化學(xué)性質(zhì)，通過實驗探究解決問題。培養(yǎng)學(xué)生利用“價-類”思維學(xué)習(xí)元素化合物知識，提高學(xué)生科學(xué)探究的學(xué)科素養(yǎng)，體會化學(xué)與生活緊密聯(lián)系，增強社會責(zé)任感。

關(guān)鍵詞：真實情境;“價-類”二維圖;實驗探究

文章編號：1008-0546（2022）03x-0050-05??? 中圖分類號：G632.41??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.012

“價-類”分別指元素價態(tài)和物質(zhì)類別。2019年人教版教材化學(xué)必修第一冊特別指出“物質(zhì)類別和元素價態(tài)，是學(xué)習(xí)元素及其化合物性質(zhì)的重要認(rèn)識視角”[1]?；谖镔|(zhì)的“價-類”思想，可以預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)和設(shè)計物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，對于元素化合物的學(xué)習(xí)有重要作用。

一、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.教學(xué)內(nèi)容

“鐵鹽和亞鐵鹽”是2019年人教版教材化學(xué)第一冊第三章“鐵金屬材料”第一節(jié)的內(nèi)容。主要內(nèi)容有：鐵鹽和亞鐵鹽的性質(zhì);鐵鹽和亞鐵鹽的轉(zhuǎn)換;鐵鹽和亞鐵鹽的檢驗及應(yīng)用;運用“價-類”思維分析和解決問題。

2.教學(xué)現(xiàn)狀分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）在必修課程內(nèi)容主題2“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”中指出“結(jié)合真實情境中的應(yīng)用實例或通過實驗探究，了解鐵及其重要化合物的主要性質(zhì)，了解它們在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用”[2]。本節(jié)內(nèi)容將知識、實驗、應(yīng)用緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知和證據(jù)推理、科學(xué)探究和創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。但在實際教學(xué)中存在3個不足：（1）實驗探究不足，不能應(yīng)開盡開。（2）通過“鐵三角”關(guān)系及化學(xué)方程式的書寫強調(diào)物質(zhì)的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化，忽視了知識在真實情境中的應(yīng)用。（3）“價-類”思維滲透不充分，忽視了元素化合物的知識素養(yǎng)化。

二、教學(xué)思想與創(chuàng)新

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

本節(jié)課的引入是學(xué)生自己主演，自己錄制的25秒情景劇。大屏幕中有熟悉的同學(xué)，再加上字幕、圖片等后期特效，同學(xué)們瞬間把注意力集中到課堂上了。提出問題：補鐵藥片是否含有亞鐵？貧血的病人是否缺維生素C？引入問題作為情境主線，推動后續(xù)的討論和探究，使堂課各個環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合。

2.實驗探究，解決問題

學(xué)生分組討論，然后進(jìn)行實驗探究，解決具體情境問題，再應(yīng)用本節(jié)課的知識檢驗生活中常見食品和藥物中的亞鐵離子，將化學(xué)知識與生活實際結(jié)合，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用性。

3.“價-類”結(jié)合，素養(yǎng)提升

在鐵鹽和亞鐵鹽任務(wù)討論探究中，構(gòu)建鐵元素的“價-類”二維圖。“價-類”二維圖和氧化還原原理結(jié)合，為實驗探究提供原理支持，建立元素化合物的證據(jù)推理核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.通過實驗探究鐵鹽和亞鐵鹽的化學(xué)性質(zhì)，體會實驗對認(rèn)識和研究物質(zhì)性質(zhì)的重要作用，形成證據(jù)意識，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。

2.掌握鐵鹽和亞鐵鹽的轉(zhuǎn)化關(guān)系、檢驗方法，將元素化合物的性質(zhì)系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。

3.逐步形成“價-類”思維，學(xué)會用“價-類”的視角認(rèn)識有變價元素物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，建立模型認(rèn)知和證據(jù)推理的素養(yǎng)，豐富研究物質(zhì)的思路和方法。

4.學(xué)會用化學(xué)方法檢驗生活中含亞鐵離子的食品和藥物，學(xué)以致用，培養(yǎng)運用知識解決問題的能力以及科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。

四、教學(xué)流程

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)課的學(xué)習(xí)過程分為四個環(huán)節(jié)：情境引入→新知學(xué)習(xí)→性質(zhì)探究→生活應(yīng)用。具體教學(xué)流程見表1。

五、教學(xué)實錄

1.創(chuàng)設(shè)情境

【情境】播放自制情境視頻。A穿著白大褂扮演醫(yī)生，B扮演病人。見圖1。

B（難受）：醫(yī)生，我最近煩躁、易怒、注意力不集中，頭發(fā)干枯脫落，請問我得了什么??？

A（自信）：你這是缺鐵性貧血。

B（開心）：我是不是應(yīng)該多吃點菠菜？

A（搖頭）：我建議你多吃點豬肝。如果很不舒服，我給你開點琥珀酸亞鐵片、維生素C，服用一周后看效果。

B（感謝）：謝謝醫(yī)生！

【學(xué)生】進(jìn)入情境，思考問題。

2.靈敏檢驗鐵離子的方法

【教師】要想解決B同學(xué)的問題，我們先要了解一些重要的知識。請同學(xué)們完成教材中的實驗3-2、實驗3-3，觀察兩個實驗現(xiàn)象，討論實驗結(jié)果。

【學(xué)生實驗】氯化鐵、氯化亞鐵溶液分別與KSCN溶液反應(yīng)，觀察實驗現(xiàn)象、討論實驗結(jié)果。

【結(jié)論】氯化鐵和硫氰化鉀溶液混合后溶液變成血紅色，見圖2、圖3。氯化亞鐵和硫氰化鉀溶液混合后無現(xiàn)象。Fe+3SCN=Fe（SCN）（血紅色）

【教師】利用溶液變成血紅色這個特別的現(xiàn)象，可以用KSCN溶液檢驗鐵離子。KSCN溶液可以非常靈敏地檢驗鐵離子。

【演示實驗】取一支潔凈的試管，滴入兩滴氯化鐵溶液，然后用蒸餾水稀釋50倍，搖勻。再滴入1mL KSCN溶液，溶液由無色變成淡血紅色。

【教師】試管中鐵離子的濃度非常小，滴入KSCN溶液后，溶液由無色變成淡血紅色。能非常靈敏地檢驗出鐵離子。

3.Fe和Fe的化學(xué)性質(zhì)

【過渡提問】補鐵需要的是亞鐵離子，可以用什么方法靈敏地檢驗出亞鐵離子呢？有了正確的方法，就可以檢驗補鐵片中是否有亞鐵離子。

【任務(wù)一】怎樣靈敏檢驗Fe？

【方法指導(dǎo)】（1）將鐵及其化合物標(biāo)在“價-類”二維圖上，見圖4，預(yù)測Fe的性質(zhì)。（2）利用靈敏檢驗Fe的方法。

【討論交流、實驗探究】根據(jù)圖中的信息討論靈敏檢驗Fe的方法。根據(jù)各組的設(shè)計、提供實驗儀器和藥品完成實驗探究。

【成果分享】分享實驗成果和結(jié)論，見圖5。

根據(jù)二維圖的信息，可以將Fe氧化成Fe，再通過檢驗Fe的存在檢驗Fe。具體實驗步驟有兩種。

方法一：取氯化亞鐵溶液，加入KSCN溶液，再加入氯水，溶液變血紅色。

方法二：取氯化亞鐵溶液，加入氯水，再加入KSCN溶液，溶液變血紅色。

【教師提問】實驗現(xiàn)象一樣，但是加試劑順序不一樣。請問哪一個小組是正確的？

【學(xué)生分析】方法一是正確的。先加氧化劑，再加KSCN溶液，可能原溶液是Fe，故不能確定原溶液中一定有Fe。

【教師追問】同學(xué)們成功完成任務(wù)一，解決了B同學(xué)的第一個問題。B同學(xué)還問到“我還缺維生素C嗎？”同學(xué)們知道維生素C的用途是什么嗎？

【學(xué)生分析】Fe有還原性，容易被氧化。維生素C還原性更強，可以做抗氧化劑，防止Fe被氧化。

【教師追問】剛才同學(xué)們做實驗的時候，有同學(xué)問我FeCl溶液底部是什么物質(zhì)？大家根據(jù)Fe的性質(zhì)可以推測出這是什么物質(zhì)嗎？有什么用途嗎？

【學(xué)生分析】Fe容易被氧化，溶液中放入Fe粉，可防止Fe被氧化。

【學(xué)生總結(jié)】Fe的化學(xué)性質(zhì)：（1）強還原性（2）弱氧化性。Fe的用途：人體補鐵劑、生產(chǎn)生活中還原劑。

【過渡提問】同學(xué)們根據(jù)“價-類”二維圖預(yù)測了Fe的化學(xué)性質(zhì)，并用實驗進(jìn)行了證明。同學(xué)們能否再根據(jù)“價-類”二維圖預(yù)測一下Fe的化學(xué)性質(zhì)，并用實驗證明你的預(yù)測是否正確。

【任務(wù)二】探究鐵離子的化學(xué)性質(zhì)。

【實驗探究】根據(jù)“價-類”二維圖，預(yù)測Fe性質(zhì);根據(jù)提供的實驗儀器和藥品設(shè)計實驗步驟，完成實驗探究。

【成果分享】根據(jù)“價-類”二維圖，F(xiàn)e有氧化性，可以被還原成Fe或Fe。

方法一：取氯化鐵溶液加入KSCN溶液，溶液變血紅色，再加入鐵粉，振蕩，血紅色褪去，溶液變淺綠色。

方法二：取氯化鐵溶液加入KSCN溶液，溶液變血紅色，再加維生素C粉末，振蕩，紅色褪去，溶液變淺綠色。

【分析總結(jié)】Fe的化學(xué)性質(zhì)：強氧化性。

【教師追問】Fe有強氧化性，那么Fe的有哪些用途呢？

【學(xué)生回答】可以制作印刷電路板。

【實驗展示】由于課堂時間不夠，化學(xué)興趣小組的同學(xué)在課余時完成了覆銅板制作“一中”的蝕刻實驗。實驗現(xiàn)象見圖6。

他們用同樣的方法又做了兩塊蝕刻覆銅板，見圖7。有興趣的同學(xué)可以課后一起完成這個實驗。

【總結(jié)提問】1、Fe、Fe、Fe三者之間可以怎樣轉(zhuǎn)化？

2、哪些方法可以鑒別Fe和Fe？

【交流總結(jié)】見圖8、表2。

4.生活中常見補鐵物質(zhì)的檢驗

【任務(wù)三】生活中有很多補鐵（Fe）的食品和藥物，如菠菜、女士補鐵奶粉、琥珀酸亞鐵片等等。我們利用本節(jié)課學(xué)到的方法，檢驗這些補鐵食品和藥物中是否真的含有Fe。

【教師】發(fā)放新鮮的菠菜、琥珀酸亞鐵片、女士補鐵奶粉。提醒學(xué)生菠菜、補鐵片分別放在研缽中研磨，奶粉放入燒杯中加水溶解后進(jìn)行檢驗實驗。

【實驗檢驗】分組對各物質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場檢驗，對比實驗現(xiàn)象。見圖9、圖10。

【交流總結(jié)】這些食品和藥物都有Fe。根據(jù)溶液變色的情況，菠菜中的含鐵量最少，琥珀酸亞鐵片中的含鐵量最多。A醫(yī)生說缺鐵性貧血吃菠菜的效果不如吃補鐵片劑是有科學(xué)道理的。很多食品和藥物都有專門的質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)對標(biāo)注的成分進(jìn)行檢驗，檢驗不合格的食品和藥物不能銷售。

【教師總結(jié)】本節(jié)課我們學(xué)會利用“價-類”二維圖預(yù)測Fe和Fe的化學(xué)性質(zhì)，并用實驗證明。學(xué)會了檢驗Fe和Fe的方法，并檢驗了生活中常見補鐵食品和藥物中是否有Fe。希望在以后其它元素化合物的學(xué)習(xí)中，同學(xué)們也能利用“價-類”二維圖的思維模式進(jìn)行分析，用求真精神進(jìn)行科學(xué)探究，用社會責(zé)任感解決生活中的問題。

【課后作業(yè)】進(jìn)一步擴(kuò)充鐵及其化合物的“價-類”二維圖，見圖11。將鐵的氧化物、氫氧化物等類別的物質(zhì)補充完整。結(jié)合化合價復(fù)習(xí)這些物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，總結(jié)不同類物質(zhì)相同價態(tài)的共同點、不同價態(tài)相同種類物質(zhì)的共同點。

六、教學(xué)反思

1.情境豐富，貫穿課堂

情境是體現(xiàn)知識的發(fā)現(xiàn)過程、應(yīng)用條件和意義價值的場景[3]。新課標(biāo)在鐵及其化合物教學(xué)內(nèi)容的“情境素材建議”特別提到：補鐵劑;實驗室中硫酸亞鐵的保存與使用;印刷電路板的制作;菠菜中鐵元素的檢測等等情境[2]。本節(jié)課從補鐵劑是否含有Fe 的情境開始，穿插Fe保存、Fe印刷電路板等情境，通過實驗檢驗菠菜、補鐵片、加鐵奶粉中含有Fe結(jié)束。在豐富的情境中，學(xué)生學(xué)會利用化學(xué)知識解決問題，體會到化學(xué)在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，增強社會責(zé)任感。

2.實驗探究，科學(xué)精神

本節(jié)課學(xué)生實驗環(huán)節(jié)豐富，完成了新教材中“實驗”“探究”“研究與實踐”。在教材的基礎(chǔ)上進(jìn)一步挖掘，設(shè)計了KSCN溶液靈敏檢驗氯化鐵溶液，檢驗補鐵片和加鐵奶粉中是否有Fe等，體現(xiàn)了課堂的廣度。實驗活動對學(xué)生實驗行為要求較高，除了觀察實驗現(xiàn)象，還要求對現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)，回答實驗有關(guān)問題，部分實驗達(dá)到了要求學(xué)生設(shè)計實驗步驟的高階行為[4]，體現(xiàn)了課堂的深度。學(xué)生通過實驗探究，進(jìn)一步掌握Fe和Fe的化學(xué)性質(zhì)，相互轉(zhuǎn)化、離子檢驗等核心知識，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新意識。

3.“價-類”思維，知識素養(yǎng)化

新課標(biāo)鐵及其化合物教學(xué)內(nèi)容的“學(xué)業(yè)要求”特別提到：能依據(jù)物質(zhì)類別和元素價態(tài)的角度列舉某種元素的典型代表物、預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)和變化并設(shè)計實驗進(jìn)行初步驗證、說明物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑等等[2]。“價-類”二維圖將物質(zhì)類別和元素價態(tài)綜合在二維坐標(biāo)圖中，有利于對物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)分析。本節(jié)課Fe和Fe的性質(zhì)預(yù)測都是通過“價-類”二維圖得出的，圖中的物質(zhì)類別和元素價態(tài)還可以拓展。學(xué)生“價-類”思維初步建立，為元素化合物的系統(tǒng)構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)，實現(xiàn)了知識素養(yǎng)化。

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