馮瑩 丁弘正 李佳

摘要：以鐵制品的生產(chǎn)為境脈，串聯(lián)起鐵的存在形態(tài)、冶煉、性質(zhì)與應(yīng)用，從真實情境中找尋課程思政與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的契合點。基于鐵和水蒸氣的實驗探究，開展安全教育，并培養(yǎng)證據(jù)推理的學(xué)科核心素養(yǎng);從鐵的生銹、防護(hù)等問題的討論中，發(fā)展學(xué)生模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)，落實節(jié)約資源的生態(tài)文明教育;從巨大的鋼鐵產(chǎn)量和鋼鐵的廣泛應(yīng)用出發(fā)，鼓勵學(xué)生敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新，升華科技強國的愛國主義精神。以情境為依托，借助于多種教學(xué)方法，將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與課程思政理念相融合，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科與課程思政同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。關(guān)鍵詞：課程思政;學(xué)科核心素養(yǎng);鐵的單質(zhì)

文章編號：1008-0546（2021）09-0051-04

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.013

思想政治教育與學(xué)科教學(xué)的融合、滲透是中小學(xué)堅持五育并舉，落實立德樹人根本任務(wù)，培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時代新人的重要途徑[1]。在化學(xué)教學(xué)中探索課程思政，也將有助于學(xué)生進(jìn)一步發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。人類在四千五百多年前就開始使用鐵器。鐵是目前產(chǎn)量最大、使用最廣泛的金屬，鐵對于促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展、改善人類生活發(fā)揮了巨大的作用。新人教版必修第一冊第三章第一節(jié)鐵及其化合物是聯(lián)系生活、面向社會的教學(xué)內(nèi)容，不僅承載著化學(xué)知識、核心素養(yǎng)，也是踐行課程思政的重要載體。

一、學(xué)情分析

高一學(xué)生在學(xué)習(xí)“鐵金屬材料”這一章前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了物質(zhì)分類和轉(zhuǎn)化，以及重要的理論知識——氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)，初步掌握利用類別和價態(tài)分析物質(zhì)性質(zhì)的方法。通過對Na、Cl這兩種元素的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，以及對物質(zhì)的量為核心的定量認(rèn)識，逐步形成了“宏觀辨識與微觀探析”的素養(yǎng)[2]。雖然學(xué)生已經(jīng)具備了一定的能力去研究一些熟悉的元素及其化合物，但是面對變價金屬鐵，涉及物質(zhì)種類多、知識零散，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中常常會有知識不系統(tǒng)，物質(zhì)性質(zhì)繁多、零亂的感受，且學(xué)生辯證、全面思考和總結(jié)能力依然欠缺，以及對實驗的探究和思考依然浮于表層而不深入，學(xué)生習(xí)慣于被動接受式學(xué)習(xí)方式，并不能主動參與到知識的自主獲得與建構(gòu)過程中來。同時，面對鐵在日常生活中廣泛的應(yīng)用，學(xué)生欠缺從應(yīng)用深入到物質(zhì)的性質(zhì)，從表觀深入到本質(zhì)的能力，理論與實踐的聯(lián)系能力略顯不足。

二、教學(xué)與評價目標(biāo)

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過越王勾踐劍為青銅器而非鐵器，初步了解鐵元素在自然界中的存在形態(tài)，認(rèn)識其冶煉工藝和改進(jìn)技術(shù)，體會化學(xué)與生產(chǎn)、生活實際的聯(lián)系;

（2）從我國古代到現(xiàn)代對鐵的運用，挖掘鐵具有的性質(zhì)，感受鐵元素在科技發(fā)展進(jìn)程中的貢獻(xiàn)，增強文化自信;

（3）通過實驗觀察進(jìn)一步認(rèn)識鐵的化學(xué)性質(zhì)，基于實驗事實寫出鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式，并用于解釋生產(chǎn)中簡單的化學(xué)問題，培養(yǎng)安全意識;

（4）通過小組討論鐵和各類氧化劑的反應(yīng)，初步建立鐵和氧化劑的反應(yīng)模型。

2.評價目標(biāo)

（1）通過對鐵和水蒸氣反應(yīng)的實驗探究，診斷并發(fā)展學(xué)生的實驗觀察和證據(jù)推理能力;

（2）通過鐵與各類氧化劑轉(zhuǎn)化關(guān)系的討論和歸納，診斷并發(fā)展學(xué)生對變價金屬轉(zhuǎn)化的認(rèn)識水平;

（3）通過鐵可以被氧化，但又可以利用它被氧化服務(wù)于生活的雙面討論，診斷并發(fā)展學(xué)生對化學(xué)價值的認(rèn)識水平。

三、教學(xué)設(shè)計思路

教學(xué)設(shè)計思路（見表1）。

四、主要教學(xué)過程

環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

[教師引入]諸暨歷史悠久，人文薈萃，是越國故地、西施故里，相傳吳越之爭中，越王勾踐曾在諸暨勾乘山休養(yǎng)生息、圖謀復(fù)國。說到越王勾踐，大家可能都會想到被譽為天下第一劍的越王勾踐劍。大家知道它是什么材質(zhì)嗎？

[學(xué)生回答]青銅劍。

[教師追問]為什么越王勾踐不用鐵來鑄造他的兵器？

[學(xué)生討論]鐵在自然界中主要以+2和+3價化合物的形態(tài)存在，只有極少數(shù)以單質(zhì)形態(tài)存在……。

[教師展示]各類鐵礦石圖片：隕鐵、赤鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦……。

[教師追問]既然鐵在自然界中主要以化合態(tài)存在，且鐵元素在自然界中含量僅次于氧、硅和鋁，居第四位，那么為什么不用鐵礦石進(jìn)行冶煉呢？

[學(xué)生猜想]可能受當(dāng)時的冶煉技術(shù)所限。

[教師展示]追尋鐵礦石冶煉鐵的歷史：春秋戰(zhàn)國——宋代——現(xiàn)代。

[教師提問]雖然鐵的冶煉技術(shù)不斷更新，但是所涉及的反應(yīng)原理基本一致，請書寫冶煉相關(guān)方程式。

設(shè)計意圖：結(jié)合學(xué)生熟悉的鄉(xiāng)土文化創(chuàng)設(shè)情境，增加學(xué)生親切感，拉近師生間的距離，有利于學(xué)生盡快進(jìn)入良好學(xué)習(xí)狀態(tài)。同時，從越王勾踐這一中華傳統(tǒng)文化出發(fā)，過渡到化學(xué)學(xué)科知識，引導(dǎo)學(xué)生透過外在現(xiàn)象，分析內(nèi)在本質(zhì)，于歷史淵源與證據(jù)推理中增強文化自覺、文化自信。

環(huán)節(jié)2：分析推理，實驗驗證

[教師展示]冶煉得到的鐵水，需要注入模具中，鋼鐵廠總會在醒目的位置貼出安全告示：熾熱的鐵水或鋼水注入模具之前，模具必須進(jìn)行充分的干燥處理，不得留有水。

[小組討論]（1）從理論上看，鐵是否具備與水反應(yīng)的可能性？（2）鐵能和什么狀態(tài)的水反應(yīng)？（3）除了氫氣，猜測一下還有什么產(chǎn)物？

[實驗演示]鐵和水蒸氣的改進(jìn)實驗：在一支大試管中加入一顆已浸泡的水寶寶，同時塞上一團(tuán)濕棉花，加入還原鐵粉，先進(jìn)行預(yù)熱，然后兩只酒精燈分別對水寶寶、還原鐵粉進(jìn)行加熱，將產(chǎn)生的氣體通人肥皂液中，然后用燃著的火柴靠近肥皂液。

[教師提問]你觀察到了什么實驗現(xiàn)象？

[學(xué)生觀察]產(chǎn)生了黑色的固體，聽到了爆鳴聲。

[教師提問]這說明鐵確實可以和水蒸氣反應(yīng)，生成了氫氣，那么這個黑色的固體可能是什么呢？有哪些可能性呢？

[生生討論]小組討論黑色固體的各種可能性。

[教師展示]資料卡：FeO、Fe2O3、Fe3O4、Fe（OH）2、Fe（OH）3的顏色、磁性、穩(wěn)定性。

[教師追問]結(jié)合實驗現(xiàn)象和資料卡，你認(rèn)為這個黑色固體是什么？是否可以進(jìn)行實驗驗證呢？

[教師引導(dǎo)]四氧化三鐵被稱為磁鐵礦，可以吸引鐵粉，我們來試試。

[任務(wù)布置]結(jié)合探究結(jié)果，請寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式，并用雙線橋表示電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。

設(shè)計意圖：順勢承接鐵的冶煉，利用鋼鐵廠安全生產(chǎn)提示引出本節(jié)課的重難點——鐵和水蒸氣的反應(yīng)，類比鈉和水的反應(yīng)，預(yù)測可能的產(chǎn)物，通過實驗操作和部分產(chǎn)物的檢驗，初步構(gòu)建反應(yīng)方程式，通過實驗現(xiàn)象的觀察，預(yù)測全部產(chǎn)物。借助于鐵和水蒸氣反應(yīng)的探究，建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，從而建立認(rèn)知模型，揭示本質(zhì)。以直觀實驗增強學(xué)生對安全生產(chǎn)的認(rèn)識，掌握化學(xué)知識增強社會責(zé)任感。

環(huán)節(jié)3：尋找實例，體現(xiàn)性質(zhì)

[過渡、展示]冶煉得到的鐵，注入模具后，還需反復(fù)捶打，投屏展示打鐵的圖片。

[教師提問]（1）反復(fù)捶打鐵器，體現(xiàn)了鐵的什么性質(zhì)？（2）在生活中還能尋找到哪些體現(xiàn)鐵的各類物理性質(zhì)的應(yīng)用？

[學(xué)生回答]：反復(fù)捶打，體現(xiàn)了鐵的延展性。平時，我們使用鐵鍋燒水煮菜，體現(xiàn)了鐵的導(dǎo)熱性，鐵還可以制成導(dǎo)線，體現(xiàn)了導(dǎo)電性。

[教師提問]大家有沒有留意過油罐車尾部會拖著一條鐵鏈，這是為什么呢？

[生生討論]油在運輸?shù)臅r候，會與桶壁摩擦起電，這一條鐵鏈?zhǔn)菫榱藢a(chǎn)生的電荷及時轉(zhuǎn)移到大地，這樣就不會產(chǎn)生爆炸了。

設(shè)計意圖：通過問題的引導(dǎo)，以生活化的感性認(rèn)知豐富學(xué)生對鐵的物理性質(zhì)的理性認(rèn)知，形成性質(zhì)決定用途，用途體現(xiàn)性質(zhì)的觀念，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)，掌握用聯(lián)系觀連接生活實例與物質(zhì)性質(zhì)。

環(huán)節(jié)4：構(gòu)建模型，深化認(rèn)知

[教師提問]千錘百煉后的鐵在日常生活中有非常廣泛的應(yīng)用，而在應(yīng)用中我們最擔(dān)心鐵生銹。鐵生銹其實質(zhì)是鐵被氧化劑氧化，生成了鐵銹。那么鐵還可以與哪些常見的氧化劑反應(yīng)呢？

[學(xué)生回答]氯氣、硫、氧氣、稀硫酸、硫酸銅……

[教師追問]鐵與氯氣、鐵與硫反應(yīng)，產(chǎn)物分別是什么？

[學(xué)生回答]分別生成了氯化鐵和硫化亞鐵。

[教師追問]同樣的還原劑，為什么產(chǎn)物中鐵的價態(tài)不同？

[生生討論]這與氧化劑氧化性的強弱有關(guān)，氯氣氧化性強，將鐵氧化為+3價，而硫氧化性弱，只能將鐵氧化為+2價。

[教師評價、追問]非常好。那么哪些氧化劑能將鐵氧化為+3價，哪些氧化劑只能將鐵氧化為+2價呢？

[學(xué)生歸納]強氧化劑氯氣、溴單質(zhì)、硝酸能將鐵氧化為+3價，而硫、碘單質(zhì)、稀硫酸、硫酸銅等弱氧化劑只能將鐵氧化為+2價。

[教師提問]鐵與氧氣反應(yīng)，如果是在空氣中慢慢生銹，將會生成鐵銹Fe2O3·nH2O，而如果在純氧中燃燒，火星四射，生成Fe3O4，這又說明了什么？

[學(xué)生討論]鐵與同一氧化劑反應(yīng)，反應(yīng)條件不同，氧化產(chǎn)物也不同。

[教師總結(jié)]同一還原劑與氧化劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)時，氧化劑的強弱和反應(yīng)條件都會影響產(chǎn)物。

[教師任務(wù)設(shè)計]鐵器那么容易生銹，造成了大量的資源浪費，那么該如何預(yù)防其生銹呢？請大家提出寶貴的意見。

[小組匯報]方法一：金屬表面覆蓋保護(hù)層：涂油漆、鍍不活潑金屬等;方法二：改變金屬組成或結(jié)構(gòu)：添加其他元素形成耐蝕合金;方法三：金屬表面生成一層致密的氧化膜……。

[教師提問]鐵易被氧化，但不是一味地預(yù)防，有時候我們恰恰需要利用鐵被氧化的性質(zhì)，請同學(xué)們尋找一下生活中的實例？

[學(xué)生回答]月餅等食品中會放脫氧劑，脫氧劑的主要成分是還原鐵粉。還有暖寶寶中也含有鐵粉，鐵被氧化放出熱量，供暖。

[教師評價]所以我們需要全面且辯證地看到物質(zhì)的性質(zhì)。

設(shè)計意圖：從鐵易生銹引出所學(xué)的各類氧化劑，歸納總結(jié)鐵與氧化劑反應(yīng)的模型;與此同時，引導(dǎo)學(xué)生多重視角、辯證地看待事物，使得學(xué)生站在更高角度，更全面認(rèn)識事物;鐵易生銹勢必造成資源的巨大損失，引導(dǎo)學(xué)生樹立節(jié)約資源的可持續(xù)發(fā)展意識，增強社會責(zé)任感，能運用所學(xué)知識，為資源的節(jié)約和社會的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量，潛移默化中融合課程思政理念開展生態(tài)文明教育。

環(huán)節(jié)5：聯(lián)系實際，科技創(chuàng)新

[教師展示]播放世界各國鋼鐵產(chǎn)量動態(tài)排行榜的視頻。

[教師提問]如此巨大的鋼鐵產(chǎn)量，究竟用到了哪些領(lǐng)域呢？

[師生互補交流]鋼鐵在現(xiàn)代國防科技（東風(fēng)-17彈道導(dǎo)彈、中國第一艘國產(chǎn)航空母艦——山東艦）、基礎(chǔ)建設(shè)（高鐵、港珠澳大橋）等的應(yīng)用，感受鐵元素在科技發(fā)展進(jìn)程中的貢獻(xiàn)。

設(shè)計意圖：從巨大的鋼鐵產(chǎn)量出發(fā)，給學(xué)生造成強烈的視覺沖擊，增加學(xué)生內(nèi)心的自豪感;巨大的鋼鐵產(chǎn)量不僅為人們的生活提供便利，也助推社會發(fā)展、國家繁榮、民族復(fù)興;通過鐵在國防科技、基礎(chǔ)建設(shè)上的廣泛引用，感受科技的力量，增強文化自信，潛移默化中進(jìn)行愛國主義教育。

五、教學(xué)效果及反思

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計打破教材的安排體系，以鐵制品的生產(chǎn)為境脈，串聯(lián)起鐵的存在形態(tài)、冶煉、鐵與水蒸氣的反應(yīng)、鐵的物理性質(zhì)、鐵的化學(xué)性質(zhì)等知識。實驗探究亮點突出，不僅改進(jìn)了實驗，通過加熱水寶寶持續(xù)提供水蒸氣，反應(yīng)時間縮短且現(xiàn)象明顯實驗成功率高，問題設(shè)置層層遞進(jìn)，從基于經(jīng)驗事實預(yù)測到實驗現(xiàn)象觀察、資料卡知識學(xué)習(xí)，排除各項干擾，發(fā)展了學(xué)生從孤立水平到系統(tǒng)水平的學(xué)習(xí)能力。鐵與各類氧化劑的作用，從初建模型到實驗對比，進(jìn)一步完善模型，發(fā)展了學(xué)生模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。本節(jié)課始終以學(xué)生為主體，生生討論、師生間深入追問，將內(nèi)隱的思維過程外顯且提煉出來。學(xué)生課堂參與度高，踴躍發(fā)言且正確率較高，課后的訪談中同學(xué)們說：“想不到小時候玩的水寶寶竟然可以持續(xù)提供水蒸氣，使得實驗非常成功，看來生活中的點點滴滴都需要積累，這樣才能在關(guān)鍵點上發(fā)揮作用”“中國巨大的鋼鐵產(chǎn)量讓我們自豪，鋼鐵不僅為我們生活提高便利，也在助推社會的發(fā)展、國家的繁榮、民族的復(fù)興，我們一定好好學(xué)習(xí)化學(xué)，將來為祖國的發(fā)展做貢獻(xiàn)……”等等。以鐵的單質(zhì)創(chuàng)設(shè)的情境，將安全生產(chǎn)的科學(xué)態(tài)度、節(jié)約資源的社會責(zé)任、科技強國的愛國主義教育與化學(xué)核心素養(yǎng)融合升華，該公開課在紹興市優(yōu)質(zhì)課評比中獲得了專家及一線教師的好評，并榮獲一等獎。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《中小學(xué)德育工作指南》的通知[EB/OL].2017-8-22

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3-4