張連花，王應(yīng)紅，張海連※

（樂山師范學(xué)院 a.教師教育學(xué)院；b.新能源材料與化學(xué)學(xué)院，四川 樂山 614000）

0 引言

最新頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020 年修訂）》有14 處提出“基于真實情境”進(jìn)行教學(xué)，可以看出：在課程內(nèi)容、實施建議、命題建議等多處都提到了“真實情境”的教學(xué)要求，即要求學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)不僅是停留在化學(xué)知識點的理解，還要會運(yùn)用化學(xué)知識解決身邊的問題或解釋身邊的化學(xué)現(xiàn)象。其中對金屬及其化合物的學(xué)習(xí)，就明確提出結(jié)合真實情境中的應(yīng)用實例或通過實驗探究，了解鈉、鐵及其重要化合物的主要性質(zhì)，了解這些物質(zhì)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用[1]。《標(biāo)準(zhǔn)》在關(guān)于教學(xué)評價建議時也提到：應(yīng)注意設(shè)計真實情境下不同復(fù)雜和陌生程度的問題解決活動，引導(dǎo)學(xué)生多樣化方式解決問題[1]?？梢?，真實情境的創(chuàng)設(shè)可通過多種形式和途徑實現(xiàn)，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

課程標(biāo)準(zhǔn)為課題組選擇“檢驗食品中的鐵元素”作為基于真實情境的教學(xué)設(shè)計探討提供了初步的理論依據(jù)；同時查閱文獻(xiàn)，學(xué)界對鐵及其化合物的教學(xué)設(shè)計較多，引入真實情境的教學(xué)設(shè)計較少，且停留在設(shè)想層面的較多，較少從實證的角度來探討食品中的鐵元素，在這樣的背景下，通過不同種類的食物中鐵元素檢驗的實驗，確定了黑木耳作為最終教學(xué)素材，從證據(jù)推理的角度反復(fù)論證了食物中鐵元素檢驗實驗和教學(xué)相融合的可行性，此課題也獲得了四川省師范技能大賽的一等獎，故該課題的真實情境教學(xué)值得探討。

1 理解真實情境

化學(xué)來源于生活，一直以來學(xué)者們都倡導(dǎo)創(chuàng)設(shè)真實情境應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)課堂，它的知識形成特點是以化學(xué)實驗為基礎(chǔ)再經(jīng)過科學(xué)研究形成化學(xué)概念。本課題圍繞“真實情境”教學(xué)展開，則必須深入理解真實情境的內(nèi)涵，通過查閱文獻(xiàn)，以及新高考形勢下的命題趨勢來看，筆者對真實情境的理解如下。

1.1 “真”實情境的理論及實現(xiàn)路徑

化學(xué)是與生活聯(lián)系十分緊密的一門學(xué)科，情境創(chuàng)設(shè)十分重要?！罢鎸嵡榫场钡摹罢鎸崱?，即與客觀事實符合，不假[2]，而情境創(chuàng)設(shè)的程度也影響著學(xué)生的思維水平，華東師范大學(xué)楊玉琴提到情境教學(xué)的效果分為四個層次：

圖1 情景教學(xué)的效果四層次

筆者在整理資料和各類公開課視頻的過程中也發(fā)現(xiàn)：一堂頂級好課，基本符合第四層次的情境教學(xué)水平，通常具備“全情境”的特點。王磊認(rèn)為情境素材的選擇要兼顧其真實性、適切性和包容性[3]。即真實的、符合教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成、包含能深入挖掘的化學(xué)知識，具有一定的深度。

通過閱讀文獻(xiàn)，結(jié)合筆者的理解，基于真實情境教學(xué)的實現(xiàn)路徑大致如下：

圖2 真實情境教學(xué)的實現(xiàn)路徑

本課遵循這一基本原則，選擇了黑木耳作為本節(jié)課的主要情境素材，以其為載體深入挖掘本節(jié)課的化學(xué)問題，以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

1.2 “真”必有真情實感

基于真實情境的教學(xué)目的之一是學(xué)生從與化學(xué)相關(guān)的不同生活情境素材中能體會化學(xué)知識、科技、工農(nóng)業(yè)對人類生產(chǎn)生活的重大意義，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)情感，體現(xiàn)情境素材的科學(xué)育人價值[4]。從人本主義的角度來看，首先要讓學(xué)生從情感上認(rèn)可化學(xué)，明白學(xué)習(xí)化學(xué)對生活的幫助和意義，這樣能大大提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)的持久性。本課題“檢驗食品中的鐵元素”蘊(yùn)藏著科學(xué)態(tài)度的情感態(tài)度價值觀的培養(yǎng)契機(jī)，在體驗探究的過程中體會化學(xué)的魅力。

1.3 考查內(nèi)容更強(qiáng)調(diào)“真”實問題的解決

高考化學(xué)命題在近幾年已呈現(xiàn)真實情境化的趨勢，將考題蘊(yùn)含在生產(chǎn)生活中，以實現(xiàn)對學(xué)生核心素養(yǎng)的全面考查[5]。從近年的命題趨勢和評價要求來看，命題的方向以解決實際的化學(xué)問題為主，將中學(xué)化學(xué)知識蘊(yùn)含其中，往往需要靈活的思辨能力；更加反映了教學(xué)過程中真實情境的引入的迫切性。

基于以上可知，“真實情境”的創(chuàng)設(shè)為學(xué)習(xí)化學(xué)知識的主要載體，相應(yīng)的情境素材使用也要遵循“從教學(xué)目標(biāo)→情境素材→（核心問題）→教學(xué)活動（情境）”的邏輯關(guān)系[3]。將核心知識按照一定的邏輯順序圍繞真實情境展開，旨在探討如何運(yùn)用真實情境進(jìn)行教學(xué)，以及思考這一過程中的問題解決方式。

2 “檢驗食品中的鐵元素”教學(xué)探討及設(shè)計

2.1 教材與學(xué)生情況分析

“檢驗食品中的鐵元素”選自最新人教版高中化學(xué)必修一第三章第一節(jié)“鐵及其化合物”。教材開展了“研究與實踐”活動——檢驗食品中的鐵元素。

本著“利用教材、挖掘教材”的原理，本研究對本小節(jié)作了適度處理：

一是用酸浸法獲得不同食物的提取液進(jìn)行檢驗，但發(fā)現(xiàn)酸浸之后濃度極低效果不理想，加之不同食物本身含有色素如菠菜汁的深綠色、豬肝血的紅色會干擾觀察；進(jìn)而選擇用馬弗爐燒制不同食物得到食物灰燼，再酸浸，經(jīng)過對比，在嘗試了菠菜、雞蛋、豬肝血和黑木耳后，以實驗現(xiàn)象最顯著為原則，最終選擇了黑木耳提取液為實驗對象。這和教材上和其他文獻(xiàn)選擇菠菜作為研究對象的建議是不同的，具有更合理的實證意義。

二是統(tǒng)籌安排“鐵及其化合物”，分為2 課時：第一課時學(xué)習(xí)鐵單質(zhì)、氧化物、氫氧化物、鐵鹽和亞鐵鹽，并介紹了Fe3+的檢驗；第二課時檢驗生活中的鐵元素進(jìn)而總結(jié)Fe3+和Fe2+之間的轉(zhuǎn)化，即將所學(xué)化學(xué)知識用于解決實際問題。本課題主要討論第二課時的基于真實情境的教學(xué)。

三是在黑木耳提取液中加入氫氧化鈉之后，重復(fù)實驗表明，木耳提取溶液會產(chǎn)生較多的白色沉淀。由此引發(fā)疑問：這些白色沉淀是什么？是否會引起高一學(xué)生對實驗結(jié)論的誤判——可能是Fe(OH)2？老師抓住契機(jī)產(chǎn)生問題沖突培養(yǎng)學(xué)生的思維能力：白色沉淀一定是Fe(OH)2嗎？同時為什么提取液中直接加入KSCN 顯示較淡的紅色而不是血紅色？如果有Fe3+，為什么加入NaOH時無紅褐色的Fe(OH)3沉淀呢？這些問題引發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，在解決問題的過程中將學(xué)生的思維活動外顯，從而實現(xiàn)學(xué)有所思，學(xué)有所獲。再通過一系列的探究活動，將知識上升到思維層面，認(rèn)識鐵及其化合物的本質(zhì)問題。

高一學(xué)生對于本節(jié)課的學(xué)習(xí)有了一定的知識基礎(chǔ)和方法；具有一定的實驗操作、觀察分析和表達(dá)交流的能力，但在嚴(yán)密性、完整性及邏輯推理等方面尚存在欠缺。

2.2 教學(xué)目標(biāo)

基于以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為本的教學(xué)理念，最終確定本課時的教學(xué)目標(biāo)如下：

（a）通過補(bǔ)鐵劑的真實案例引出生活中鐵元素的檢驗，通過真實體驗定性檢驗?zāi)径械蔫F元素的過程，提高解決問題的能力以及對化學(xué)價值的認(rèn)同；

（b）通過對木耳中鐵元素檢驗的現(xiàn)象的分析，發(fā)展從物質(zhì)類別和元素價態(tài)兩個視角認(rèn)識物質(zhì)間轉(zhuǎn)化關(guān)系認(rèn)識的水平。

2.3 教學(xué)重難點

重點：體驗Fe3+的檢驗過程，形成鐵元素相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；難點：理解鐵元素檢驗的證據(jù)推理過程。

2.4 教學(xué)流程

本課題基于真實情境教學(xué)和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為評價導(dǎo)向，設(shè)置教學(xué)流程見圖3：

圖3 基于真實情境的《檢驗鐵元素》的流程

2.5 教學(xué)過程

真實情境一：通過藥品補(bǔ)鐵劑引入新課生活中的補(bǔ)鐵劑。

【教師】展示補(bǔ)鐵劑說明書，引發(fā)學(xué)生思考以下問題：

【問題組1】

（a）為什么補(bǔ)鐵劑不能與濃茶同服？

（b）為什么和Vc一起服用更加有利于吸收？

【學(xué)生】操作1：茶水與硫酸亞鐵粉末混合，仔細(xì)觀察，硫酸亞鐵粉末與濃茶混合迅速變?yōu)樗{(lán)色不透明的墨水狀物質(zhì)，顯然生成了人體難以吸收的物質(zhì)。

【教師】簡述實驗原理，F(xiàn)e2+和茶葉中的鞣酸發(fā)生了反應(yīng)，生成鞣酸亞鐵（可溶于水），然后鞣酸亞鐵迅速在空氣中被氧化為鞣酸鐵（不溶于水的墨水色物質(zhì)）。

【學(xué)生】操作2：向藍(lán)色墨水物質(zhì)加入Vc，仔細(xì)觀察，藍(lán)色墨水物質(zhì)逐漸恢復(fù)為茶水顏色，思考原理。

【教師】引導(dǎo)學(xué)生理解：服用補(bǔ)鐵劑時的注意事項。

【教師】那么生活中有沒有天然補(bǔ)鐵劑呢？

【學(xué)生】舉例：菠菜、黑木耳、蛋黃、動物內(nèi)臟等。

設(shè)計意圖：通過對服用補(bǔ)鐵劑的注意事項展開茶水實驗，激發(fā)學(xué)生興趣，強(qiáng)調(diào)化學(xué)轉(zhuǎn)化觀念，在設(shè)計鑒定實驗中產(chǎn)生認(rèn)知沖突，使學(xué)生更深入的進(jìn)行學(xué)習(xí)和思考。

真實情境二：化身檢測員，檢測木耳中的鐵元素。

活動一：提出假設(shè)，設(shè)計實驗。

【教師】展示圖片，介紹黑木耳制備提取液的步驟，展示準(zhǔn)備好的黑木耳提取液，明確任務(wù)，提問學(xué)生：

圖4 黑木耳提取液制備過程

【問題組2】

（a）如何鑒定無色黑木耳提取液中是否存在鐵元素？

（b）如果存在鐵元素又是以什么形式存在的呢？

【學(xué)生】積極討論，木耳中可能含有Fe2+與Fe3+。通過討論學(xué)生大致能形成以下方案：

方案一：向木耳提取液中滴加NaOH 溶液，觀察是否有紅褐色的Fe(OH)3或白色的Fe(OH)2沉淀產(chǎn)生，已驗證是否有Fe2+或Fe3+。

方案二：向木耳提取液中滴加KSCN 溶液，觀察溶液是否變?yōu)檠t色，以檢驗是否有Fe3+。

設(shè)計意圖：由于菠菜汁的深綠色會干擾觀察，在嘗試了菠菜、雞蛋和黑木耳后，以實驗現(xiàn)象最顯著為原則，我們選擇了黑木耳提取液為實驗對象，通過學(xué)生自主討論設(shè)計定性檢驗鐵元素的實驗，圍繞基于真實情境解決實際問題。

活動二：親手操作 驗證猜想。

【探究】分組實驗，分析結(jié)論，通過探究實驗，發(fā)現(xiàn)以下化學(xué)現(xiàn)象：

現(xiàn)象一：向木耳提取液中加入NaOH 溶液，有白色沉淀產(chǎn)生；

現(xiàn)象二：向木耳提取液中滴加KSCN 溶液，溶液變?yōu)榈t色；

【教師】展示實驗現(xiàn)象，分組思考以下問題：

【問題組3】

（a）得到了什么樣的實驗現(xiàn)象？

（b）根據(jù)實驗現(xiàn)象得出什么樣的結(jié)論？

【學(xué)生】思考問題，分別得出結(jié)論：

設(shè)計意圖：通過實驗現(xiàn)象，在初步得出結(jié)論的過程中，發(fā)現(xiàn)結(jié)論矛盾之處——白色沉淀一定是Fe2+嗎？為什么KSCN 檢驗出來有Fe3+，而加入NaOH 時無紅褐色沉淀產(chǎn)生？引發(fā)新的教學(xué)契機(jī)，為后續(xù)深入思考奠定基礎(chǔ)。

表1 黑木耳提檢驗實驗

活動三：深入思考 引發(fā)沖突。

【教師】通過同學(xué)們得出的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)了矛盾之處，追問：

【問題組4】

（a）通過“滴加KSCN溶液，溶液變?yōu)榈t色”這一現(xiàn)象可以肯定：提取液中存在Fe3+，但白色沉淀里并沒有出現(xiàn)紅褐色的沉淀？

（b）白色沉淀里面是否一定存在Fe2+？加入KSCN 后溶液的淡紅色說明什么問題？

【學(xué)生】積極討論，思考回答，得出以下結(jié)論：

（a）Fe3+含量極低，NaOH 溶液無法檢測出來，只有靈敏度高的KSCN 能檢測出含量極低的Fe3+，所以加入KSCN 后溶液呈現(xiàn)淡紅色；

（b）白色沉淀可能是Ca(OH)2或Mg(OH)2，不確定是否為Fe(OH)2，故Fe2+的檢驗還有待進(jìn)一步探討。

設(shè)計意圖：提高解決實際問題的能力，加深對化學(xué)價值的認(rèn)同感。教師在實施此教學(xué)片斷時，也可以對學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)水平和思維嚴(yán)謹(jǐn)性進(jìn)行評價。

【問題組5】

（a）如果要檢驗是否存在Fe2+，應(yīng)該選用什么試劑？

（b）在提取液的制備過程中，是否可能已經(jīng)發(fā)生了Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)化，在制備提取液的過程中應(yīng)注意什么問題？

【拓展】簡單介紹K3[Fe(CN)6] 的是檢驗Fe2+的特征試劑：若溶液中含F(xiàn)e2+，則溶液與K3[Fe(CN)6]溶液會生成具有藍(lán)色的鐵氰化亞鐵沉淀。

【教師】現(xiàn)場展示加入K3[Fe(CN)6]的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)溶液變?yōu)榈{(lán)綠色，說明提取液中Fe2+含量極低或已經(jīng)發(fā)生了Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)化。分析原因：Fe2+含量也極低，或Fe2+在灰化過程中或?qū)嶒炦^程中被氧化了。

【學(xué)生】積極討論，得出觀點：要想檢驗出明顯的Fe2+的特征現(xiàn)象，需注意以下兩點：

灰化過程必須無氧化環(huán)境，可在氮氣流中灰化；

木耳的灰化質(zhì)量可以適當(dāng)增多，或鹽酸浸出液的量適當(dāng)減少或適當(dāng)增加鹽酸的濃度——以增加木耳提取液的濃度；

設(shè)計意圖：深入探討Fe2+檢驗的科學(xué)方法，同時進(jìn)一步體會Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化原理，為鐵三角轉(zhuǎn)化圖和價類二維圖的制備引發(fā)契機(jī)。

活動四：強(qiáng)化轉(zhuǎn)化 認(rèn)識本質(zhì)。

【學(xué)生】分組總結(jié)并制作Fe、Fe2+、Fe3+三者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖和鐵的價類二維圖。形成鐵三角之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

【展示】學(xué)生自己制作的鐵三角轉(zhuǎn)化圖和價類二維圖。

圖5 鐵的價類二維圖示例

【問題組6】

（a）常見的氧化劑，還原劑有哪些呢？

（b）物質(zhì)之間互相轉(zhuǎn)化的核心思想本質(zhì)是什么？

【討論】

【學(xué)生】（a）總結(jié)常見的氧化劑、還原劑。

（b）物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化內(nèi)在因素是物質(zhì)本身的性質(zhì)決定的，內(nèi)在因素我們較難改變，主要從外在條件思考如何完成物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化：可以從氧化還原反應(yīng)、非氧化還原反應(yīng)兩個角度來思考，對于需要氧化還原反應(yīng)達(dá)到相互轉(zhuǎn)化的物質(zhì)，則需要選擇合適的氧化劑、還原劑以及適宜的外部條件；對于非氧化還原反應(yīng)達(dá)到相互轉(zhuǎn)化的物質(zhì)，則重在外部條件的探討。本節(jié)內(nèi)容恰好提供了物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化的學(xué)習(xí)范式。

設(shè)問小結(jié)

【教師】通過本節(jié)課的探究，學(xué)生是否有所感悟？

【學(xué)生】組內(nèi)討論，交流感悟。

【結(jié)課】化學(xué)知識的形成不是簡單的探究活動形成的，而是科學(xué)家們經(jīng)過長期的大量的實驗論證而得出的結(jié)論，科學(xué)研究不能被表面現(xiàn)象所迷惑；化學(xué)研究一定是基于解決真實化學(xué)問題而產(chǎn)生的，基于真實情境的學(xué)習(xí)也非常重要。

3 基于真實情境的教學(xué)反思

本設(shè)計的打磨對象為化學(xué)師范生，試講授課對象為不同理科生，在打磨過程主要取得的成效有：

（a）從師范生角度看，基于真實情境的教學(xué)設(shè)計較大的增強(qiáng)了教學(xué)設(shè)計素養(yǎng)。在此思想指導(dǎo)下，開闊了師范生教學(xué)設(shè)計思維，為教學(xué)設(shè)計的書寫提供模板，有助于他們建立核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計體系。

（b）從聽課的學(xué)生角度看，基于真實情境的教學(xué)設(shè)計能較好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，建立良好的知識應(yīng)用觀。結(jié)合身邊常見的食物入手拉近了學(xué)生與化學(xué)知識的距離，并能用科學(xué)探究的方法學(xué)習(xí)化學(xué)知識。

（c）從核心素養(yǎng)的培養(yǎng)來看，本課題較強(qiáng)的體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)的建構(gòu)?；诳陀^實驗現(xiàn)象實現(xiàn)證據(jù)推理的過程，再建立價類二維圖的元素化合物的模型認(rèn)知。

存在的問題主要有：教學(xué)設(shè)計實證過程較長，需要教師有較強(qiáng)的耐心做完相關(guān)實驗；本教學(xué)設(shè)計經(jīng)反復(fù)打磨而成，其中的實驗也是經(jīng)過實踐論證的而設(shè)計，由于課時有限，主要定性研究食品中有無鐵元素，可以延伸至課外組織實踐活動，深入探討食品中的鐵元素的定量研究，提升學(xué)生的實踐能力和思維能力；該設(shè)計為中學(xué)課堂而設(shè)，但缺乏真實一線實踐資料，在此也值得繼續(xù)探討設(shè)計的合理性，且可從知識和能力兩方面出發(fā)做相應(yīng)的教學(xué)評價。

筆者深刻體會到：化學(xué)教學(xué)活動的展開絕對不是純粹的知識呈現(xiàn)，化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科，新課程標(biāo)準(zhǔn)提出“基于真實情境”的教學(xué)具有深刻的指導(dǎo)意義，但要注意情境的選擇不能停留于表面，要具有深入的挖掘意義，將真實情境融入教學(xué)活動的設(shè)計中，對教師的要求較高，要求教師平時善于觀察和積累素材，同時結(jié)合實驗進(jìn)行課堂教學(xué)效果更好；體現(xiàn)了新課程理念下學(xué)為所用的的最終目標(biāo)，是培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)的良好載體。