基于素養為本的元素化合物復習教學重構

王方波

摘要：基于“素養為本”內涵，結合“鐵及其化合物”單元整體教學實踐，闡述了進行元素化合物知識復習時，如何編制真實情境的問題鏈，對知識進行橫延和縱聯，構建“點、線、面、體”的知識網絡，注重與理論、實驗、應用等其他知識板塊的綜合和聯系，實現培養學生綜合運用化學知識解決實際問題能力，提升化學核心素養。

關鍵詞：核心素養;鐵及其化合物;復習教學;問題鏈

文章編號：1008-0546（2021）07-0069-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.018

一、問題的提出

元素化合物知識是中學化學課程內容的基礎和骨架，也是發展學生化學核心素養的重要載體，知識點紛繁交錯，可謂是“千頭萬緒”。在素養為本教學理念的背景下，新高考明確了試題的情境要素，特別強調真實性。而目前高三元素化合物知識復習課教學普遍出現單一知識點的簡單重復和強化，過度依賴習題訓練。導致課堂教學枯燥無味，沒有形成層次合理的系統化復習。因此教學的重點要對教學內容進行重構，多層次、多角度地建構單元整體復習內容，幫助學生建構元素觀、變化觀等學科觀念，提升學生的化學思維，從而由“知識為本”的教學轉向“素養為本”的教學。

本文以學生的認識發展為目標，選取“鐵及其化合物”的單元復習教學重構實踐案例，進行單元整體教學設計并實施。

二、基于核心素養培養的復習教學重構案例設計

1.教學設計思路

針對元素化合物知識復習教學內容特點，基于學生認識發展空間，指向素養為本的鐵及其化合物的單元整體復習教學設計思路是：（1）通過實驗探究黑木耳提取液中是否含有鐵元素以及鐵元素的存在形態，初步形成個性、特性決定檢驗方法的認識模型。（2）通過定性和定量測定補鐵劑中鐵元素含量的方案設計，建立性質與測量方法的關聯。并且利用證據推理體會多因素體系中具有相同性質的物質對于定量測定的干擾。（3）通過依據實際問題，主動改進定量測定方法，體會科技的進步，方法的進步，進一步培養創新意識和科學精神。（4）歸納梳理鐵及其化合物的性質和用途，進行方法小結和提升，發展學生模型認識與遷移能力。（5）通過問題鏈進行主題式復習，緊扣二價鐵、三價鐵的性質（沉淀、氧還、絡合、水解），創設真實、綜合、連鎖式的探究情境，提升學生對實驗方案的設計、評價和優化能力，具有重要的研究價值和實踐意義。

2.教學目標定位

（1）能夠深入理解并歸納單質鐵、二價鐵和三價鐵的化合物的性質和用途，感受鐵元素在生產生活中的重要作用;（2）能通過氧化還原反應規律，構建不同價態含鐵物質之間的轉化關系網;（3）會設計實驗探究二價鐵與三價鐵的相互轉化，且能夠由此獲取信息的方法;（4）會應用基本理論來分析生產生活和深度學習中遇到的有關問題，體會用實驗解決化學問題的一般方法。

三、基于認識發展的復習教學實施與備考策略

元素化合物知識的復習要實施系統內橫延、系統間縱聯的“挖聯拓遷”，關注知識應用、分析、評價和創造等高階思維活動，注重理論與實驗相結合，建立整合的、結構化的知識，將重點知識專題化。

1.實施真實評價的情境教學，注重科學態度與社會責任的培養

知識轉化為素養的最重要途徑就是情境，真實具體的情境創設對開展“素養為本”的教學，幫助學生形成關鍵能力和必備品質提供了有力的保障。以真實問題情境為素材，引發問題，圍繞問題設計教學環節，融合自主探究、交流討論、實驗等多種學習方式，讓真實的問題情境成為教的載體、學的素材、評的依據，讓“教、學、評”一體化落地生根[1]。

（1）巧設探究情境，激發學習興趣

興趣能打開學生創造思維之門，激發求知欲，促使學生主動探索知識?；瘜W與生活密切相關，教師要善于用身邊熟悉的生活素材，讓學生解釋生活現象或通過探究解決生活問題，促進形成科學的生活觀念和生活態度。在進行“鐵及其化合物”復習時，首先展示資料卡片和缺鐵引起病變的一組圖片，從實際生活中的真實情景出發，引導學生關注身邊的化學問題，從生活走進化學，引入復習課。

[資料卡片]鐵元素是人體必需的微量元素，含二價鐵的血紅蛋白為人體組織輸送氧，缺鐵會導致血紅蛋白合成障礙而引起貧血，目前我國約2億人患有缺鐵性貧血和鐵營養不良癥。鐵的攝人主要來自于食物，含鐵量較高的有肉類、黑木耳等。缺鐵嚴重者需要及時服用補鐵劑治療，第一代補鐵劑以硫酸亞鐵為主的Blaud藥丸，第二代以有機酸亞鐵為主的補鐵劑，第三代以氨基酸亞鐵為主的補鐵劑。

上課伊始，設置一個有趣的活動場景，以激發學生的探索欲望。教師抓起一把黑木耳，鄭重地交到一位學生的手中，第一個真實的問題由此展開。

[任務驅動1]黑木耳的“鐵證”實驗。

問題1：黑木耳補鐵是真的嗎？鐵元素的存在形式有哪些？

問題2：如何證明黑木耳中含有鐵元素？

實驗探究1：取5g干燥黑木耳粉末加水浸泡12h，過濾。濾液滴入KSCN溶液和H202檢驗，未變血紅色。

問題3：在黑木耳中沒有檢測出鐵元素，分析原因。

[原因探析]濾液不含鐵離子的原因可能是：（1）黑木耳不含鐵元素;（2）黑木耳中含鐵的化合物不溶于水，鐵元素未提取到水里。

實驗探究2：取5g干燥黑木耳粉末加2mol/L酸50mL浸泡12h，過濾，濾液滴入KSCN溶液及H2O2，紅色不明顯。

問題4：如何將鐵元素提取至溶液中并檢驗之？

[實驗評析]可能是基底溶液顏色干擾。有的學生會產生聯想或教師幫助聯想遷移，海帶中含的是有機碘，那么黑木耳中也可能含復雜有機鐵，浸出量很少，因此可用灼燒成灰再浸取的方法來提取鐵。

實驗探究3：取5g干燥黑木耳粉末灼燒成灰，灰分加2mol/L鹽酸50mL浸泡，過濾，濾液滴入KSCN溶液，有明顯的血紅色，證明了鐵元素的存在。

問題5：將黑木耳進行灼燒和酸浸，分析實驗目的。

問題6：分析實驗過程中含鐵元素的物質轉化。

實驗探究4：將灰分加濃硝酸、H2O2混合溶液提取，過濾，濾液滴入KSCN溶液，相同條件下血紅色更深。

[設計意圖]通過資料卡片等情景復習舊知，幫助學生在原認知基礎上逐步建構新的認知，拓展對溶液中的Fe2+和Fe3+性質全方位的認識。通過教師實驗演示引導學生提取和檢驗黑木耳中鐵的實驗條件選擇分析，突出嚴謹求實的科學態度。

（2）精選情境素材，體現價值導向

生活中化學品隨處可見，但學生對其真實應用卻知之甚少。所以在教學中要融合學科思想，重視化學知識的真實情景和社會價值，引發學生共鳴并積極地尋求答案，讓學生頭腦里留下的不僅有表象、概念，而且有思想、情感和內心的感受，并走出原先思維的誤區，形成正確的化學觀，促進學生“知、情、意、行”的統一[2]。

[任務驅動2]探尋第一代補鐵劑硫酸亞鐵片中的“鐵”，細讀標簽。

問題1：藥片紅包衣是氧化鐵（里面是綠身體）其主要作用是什么？

問題2：為什么維生素C與本品同服有利于吸收？

問題3：本品不應與濃茶同服的原因是什么？

問題4：如何設計一個簡單的實驗證明補鐵劑“綠身體”中含亞鐵鹽？

問題5：如何驗證補鐵劑中Fe2+已經被氧化變質？

問題6：“綠身體”一旦被氧化，能將其還原回來嗎？

探究實驗1：如何設計實驗定量分析FeSO4與O2反應？

指導學生用傳感器分別測三口瓶中蒸餾水和硫酸亞鐵溶液的溶解氧，PH、氧氣的含量，進行對比分析。

探究實驗2：向盛有濃茶的一支試管中加幾滴FeCl3溶液，觀察現象;再向試管中加入適量維生素C，觀察現象。

課后拓展：工業上用FeCl3溶液蝕刻銅箔制造電路板，如何從蝕刻后的溶液中回收銅？

[設計意圖]通過真實情境對物質具體轉化過程的分析，培養學生的變化觀念，激發學生探究隱藏在現象背后的化學原理的欲望和認知內驅力。

[任務驅動3]探尋第二代補鐵劑“樸雪口服液”中的“鐵”含量。

探究實驗1：樸雪口服液中是否含二價鐵？設計實驗方案，說出設計理由及預期的實驗現象。

根據學生的互動交流，教師引導學生分析可行性后得到實驗方案，完成實驗探究，并分析產生實驗現象的原因。教師演示維生素C與高錳酸鉀溶液反應實驗，引導學生反思自己的實驗，并思考“樸雪口服液”中的Fe2+能穩定存在的原因，教師引導學生拓展思路。

探究實驗2：設計實驗比較維生素C與Fe2+的還原性強弱。

探究實驗3：“樸雪口服液”中的鐵含量合格嗎？定性檢驗Fe2+的實驗可以進行定量測定嗎？設計實驗方案，說出設計理由及預期的實驗現象。

教師提供目視比色法，從二價鐵轉化為三價鐵通過比色測量，即利用標準溶液與所做的溶液顏色來比較。

[設計意圖]借助補鐵劑“情境真實化”為主線，貫穿復習Fe2+和Fe3+的重要性質，環環相扣，層層推進。通過演繹判斷、科學探究、事實求證、證據推理等方法，培養學生的科學態度與社會責任。著力引導學生多角度、辯證地分析“樸雪口服液”中的鐵含量測定問題，從而訓練思維的靈活性與縝密性，感悟定量實驗的獨特魅力[3]。

（3）依托情境素材，構建知識網絡

高三復習教學對知識內容的呈現，要立足于知識情境化，情境生活化。通過情境素材的研究，感受鐵及其化合物知識重要性的同時，引導學生運用氧化還原和物質分類等核心概念，歸納總結出鐵及其化合物相互轉化的“鐵”氏家譜，培養學生物質轉化維度和具體轉化條件兩個角度來認識鐵及其化合物之間相互關系的化學學科思維[4]。

[任務驅動4]用圖示表示0價、+2價和+3價鐵元素之間的相互轉化關系（見圖1）。

課后拓展：已知粉筆的成分是硫酸鈣，實驗表明，白粉筆在酒精燈上灼燒無明顯顏色變化。用鑷子夾取蘸有FeCl3溶液的白粉筆在酒精燈上灼燒時，受熱部分的顏色由黃色逐漸變紅褐色、鐵銹紅色，最終變為黑色。試用鐵及其化合物知識解釋可能的原因，寫出相關的化學方程式。

[設計意圖]依據真實情境，提出問題，將真實問題轉化為化學問題，將化學問題設計成適合學生的學習任務。重整鐵及其化合物轉化關系知識網絡，突出核心概念，實現從知識到核心素養的轉化。

2.設計具有探究價值的活動，培育創新精神和實踐能力

化學實驗對于全面發展學生的化學學科核心素養有極重要的作用。復習教學時要設計有探究價值的化學實驗問題，讓學生參與討論和交流，包括對疑點、假設及論點的提出與評價，通過交流設計并優化實驗方案，發展原有的認知[5]。促進學生養成獨立思考、敢于質疑和勇于創新的精神。

（1）深度挖掘教材內容，促進自主遷移

學生構建了Fe2+和Fe3+的知識網絡后，此時應抓住學生已有相關知識的基礎，設計合理的探究實驗，做好有效遷移，提高學生的探究能力，培養學生科學思維品質。

[任務驅動5]探究有關鐵離子反應的限度。

探究實驗1：向2mL 0.1mol/L KI溶液中滴加1mL0.1mol/L的Fe（NO3）3溶液。

問題1：微粒間可能發生哪些反應？設計實驗方案，并驗證你的假設。

猜想：（1）Fe3+有氧化性，能氧化I-;（2）酸性條件NO33-能氧化I-;（3）二者都氧化I-。整理思路，討論方案并總結歸納。

[實驗評析]通過對溶液中的兩種氧化性離子與I-的競爭反應的認識，用動態的觀點觀察、分析和預測化學反應。

問題2：如何改進上述實驗，只表現Fe3+氧化I-，排除NO3-對I-的干擾？

探究實驗2：向2mL 0.1mol/L KI溶液中滴加1mL0.1mol/L FeCl3溶液，檢驗Fe2+的存在。

問題3：如何驗證充分反應后是否含有Fe3+？此實驗說明什么？

[設計意圖]培養實驗中定量反應的意識，通過檢驗鐵離子，引發認知沖突，引出鐵離子與碘離子反應的限度。通過實驗方案的設計，培養學生學會運用對比實驗、控制變量這兩種基本的實驗科學方法。理解一個化學反應的發生可能不僅僅遵循一條規律，應該學會從各種不同的角度審視我們接觸到的化學事實。

問題4：如何清洗內壁沾有銀鏡的試管？洗去試管內壁上的銀鏡我們最熟悉方法是什么？有什么弊端？

問題5：根據Fe3+性質，能否用硝酸鐵溶液或氯化鐵溶液來清洗？

問題6：相同濃度的FeCl3溶液比Fe（NO3）3溶解銀鏡的速率更快些，請對比分析，討論原因。

[設計意圖]在學生的認知中，有關離子的氧化性順序是Ag+>Fe3+>Cu2+，僅僅從氧化還原的角度分析，鐵離子不能與銀鏡反應，但通過播放視頻形象直觀的銀鏡試管溶解，再一次形成強烈的認知沖突，讓學生更深刻認識到化學反應的限度，并從化學平衡移動的角度理解可逆反應的移動方向。

（2）設置理性思維問題，實現深度學習

設計的問題要科學合理，符合學生認知，既有一定的思維深度，又有充分的拓展余地[6]。平時的練習，還需要加大對化學情境的分析和情境轉化的訓練。編制問題時，需要注重化學情境創設的有效性，結合化學原理對情境進行有效的深度設問，不要進行簡單的“穿衣戴帽”和“脫衣脫帽”。要設計具有教學意圖的結構化的教學材料以及能有序實現教學目標的教學過程，這樣學生不僅能對知識進行遷移和運用，還能實現能力的發展和積極情感的體驗。

[任務驅動6]探究過氧化氫溶液與氯化鐵溶液反應的本質。

問題1：預測向H2O2中加入FeCl3溶液有何現象？

探究實驗1：向2mL 5%的H2O2溶液中加入1mL飽和FeCl3溶液產生大量無色氣泡。

問題2：體現了FeCl3什么性質？如何設計對比實驗加以證明？

探究實驗2：向2mL 5%的H2O2溶液中加入1mL鹽酸酸化的FeCl2溶液，溶液由淺綠色變為棕黃色，且產生大量無色氣泡。

問題3：真正催化分解H2O2的一定是FeCl3溶液中的Fe3+嗎？

探究實驗3：向2mL 5%的H2O2溶液中加入少量鹽酸無氣泡產生。

課后拓展：露置在空氣中的脫氧劑溶于鹽酸后，溶液中一定有Fe3+嗎？溶液中可能發生了哪些反應？

[設計意圖]精心設計有思維深度的問題能激發學生積極思考，提升學生思維，完善學生的認知結構，幫助學生突破個體經驗的狹隘，發展證據推理、科學探究和創新意識素養。

3.搭建整體思維問題鏈，促進化學知識和認知思路結構化

元素化合物的復習教學要有整體思維路徑，在延展中提升認知水平，幫助學生在解決問題的過程中，將割裂的、碎片化的知識轉變為系統的、彼此關聯的結構化知識，構建“點、線、面、體”的知識網絡，形成緊密的知識體系。要從發展和關聯的視角，精心設計有效問題鏈驅動課堂，以發揮學生的主動性，真正實現學科內主干內容之間的融會貫通，促進學習方式的轉變，凸顯化學學科核心素養。

[任務驅動7]探討Fe2+和Fe3+的水解平衡問題。

問題1：為什么含氯化銨的焊藥可以消除鋼鐵焊接處的鐵銹？

問題2：自來水廠同時使用氯氣和綠礬進行消毒凈水的原理是什么？

[設計意圖]在知識遷移的同時進行情境遷移，再一次變換視角，整合水解平衡等知識，突出概念與理論的完美融合。

問題3：如何用實驗證明FeCl3發生了水解反應？如何用FeCl3和FeSO4固體配制溶液？

問題4：將FeCl3·6H2O溶于水，溶液的溫度降低，能否證明FeCl3水解是吸熱反應，簡述理由。

問題5：為何Fe3+只存在pH<3的溶液中？如何除去CuCl2酸性溶液中的FeCl3？

問題6：直接蒸干FeCl3溶液和硫酸鐵溶液得到什么物質？再灼燒得到什么物質？如何由FeCl3溶液得到無水FeCl3？

問題7：Fe3+與CO32-或S2-在溶液中能否共存？簡述原因。

[學生活動]學生回答，教師點評，小組補充、修正，最后歸納小結。

[設計意圖]通過分析討論具有層次性、系統性、相互獨立卻又相互關聯的系列問題鏈，引導學生思維從發散到歸納再到演繹，以鏈狀結構環環相扣，體現問題間的能級增益和學科思維的推進深化[7]。達到舉一反三靈活應用目的，發展學生“變化觀念與平衡思想”素養。

以上有關鐵及其化合物性質的課堂問題，幫助學生理解氧化還原反應、水解平衡和溶解過程的能量變化，認識結晶過程、離子反應中競爭性和有序性。將專題知識進行整體架構，實現相關化學原理知識的結構化，學生的認知思維更高，專題內容學得更深。

4.重視知識的應用性教學，培養分析和解決問題的能力

元素化合物的考查試題大多引用工業生產、生活實際中的化學事實創設問題情境，提供的化學情境不一定是學生學過的，有些是學生完全陌生的。因此要注重聯系生產生活和精選典型高考試題，引導學生善于利用和挖掘有效信息，用具體化的“元素觀”讓學生學會用類比的學習方法來進行整合。面對陌生物質，能夠主動基于類別和價態思考問題，靈活運用所學知識去分析和解決實際問題，提高復習效率，以達到新課程標準高考化學的評價目標。

[任務驅動8]完成沉鐵（FeCO3）生產情景的討論。實驗室由煉鋼污泥（簡稱鐵泥，主要成份為鐵的氧化物）制備軟磁性材料α-Fe2O3。其主要實驗流程如下[Fe（OH）2開始沉淀的pH=6.5]：

設計以提純后的FeSO4溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液為原料，制備FeCO3的實驗方案。[江蘇2020年高考19題（4）]

問題1：溶液酸堿性能否影響Fe2+的還原性？

問題2：從二價鐵及其化合物性質角度分析制備純凈的FeCO3要防止產生哪些雜質？

問題3：將FeSO4溶液和氨水-NH4HCO3混合溶液混合時應如何操作？

學生通過分析條件對物質轉化的影響，以及亞鐵離子與Fe（OH）2還原性的強弱比較，構建出酸堿性對目標產物的影響，需防止Fe2+的氧化和水解，即控制pH不形成Fe（OH）2沉淀，繼而得出合理的結論。

[設計意圖]以真實化工生產中問題（包括高考真題節選典型案例在內的真實性化學問題）整合知識技能和思想方法的應用開展復習，同時受到綠色化學理念的熏陶與教育。引導學生運用已有知識分析并解決問題，加深對已有知識的理解和掌握，并把知識系統化、條理化、綜合化。

四、結語

元素化合物知識的單元與模塊復習，應圍繞化學核心知識和觀念的結構化來進行，注意選材選題的情境要求，要能體現化學特色和學科思想。復習要立足教材，通過問題鏈或構建認識模型等策略，夯實雙基，落實主干知識，及時歸納總結，加強知識的應用訓練，深度挖掘雙基知識在真實情境的應用價值。同時要注意明晰知識結構流程和主線，構建知識架構，實踐科學探究，落實過程方法，發展化學學科核心素養。

參考文獻

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[3][5]李宏春.核心素養觀照下的化學實驗復習教學研究——以“無機化合物的制備”復習課為例[J].化學教與學，2017（11）：54-57

[4]虞琦，倪娟.基于學科觀念培養的高三一輪復習課堂教學——以“鐵及其化合物”為例[J].中學化學教學參考，2013（8）：27-28

[7]胡先錦，胡天保.基于發展學科核心素養的高中化學教學實踐與思考[J].中學化學教學參考，2016（4）：4-7