［摘 要］現(xiàn)行化學(xué)常態(tài)課中，說實(shí)驗(yàn)、背實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)象很常見。這樣的課堂教學(xué)，缺乏知識建構(gòu)過程，缺少深度思考，課堂互動與評價(jià)缺位，與新課改的育人目標(biāo)不符。文章結(jié)合刑偵案情創(chuàng)設(shè)情境，基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，探究墨水中亞鐵離子含量的測定在辨別文書真?zhèn)畏矫娴闹匾饬x，培育學(xué)生的社會責(zé)任感和決策能力，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)從探究性學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)。

［關(guān)鍵詞］深度學(xué)習(xí)；要素；化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；亞鐵離子

［中圖分類號］ ? ?G633.8 ? ? ? ?［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2023）11-0070-03

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中指出，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力［1］。

現(xiàn)行化學(xué)常態(tài)課中，說實(shí)驗(yàn)、背實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)象很常見，即使偶有實(shí)驗(yàn)，也多以演示實(shí)驗(yàn)為主。這樣的課堂教學(xué)，缺乏知識建構(gòu)過程，缺少深度思考，課堂互動與評價(jià)缺位，與新課改的育人目標(biāo)不符。這樣的課堂教學(xué)是淺層化的［2］。

胡久華將化學(xué)學(xué)科的深度學(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［3］。 然而化學(xué)實(shí)驗(yàn)的影響因素、研究維度頗多，如何進(jìn)行探究呢？本?；瘜W(xué)課題組基于四個動態(tài)要素對化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)和過程控制進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，構(gòu)建了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式［4］。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式

如圖1所示，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的“四要素”分別是品質(zhì)點(diǎn)、探究點(diǎn)、異常點(diǎn)和生成點(diǎn)?！捌焚|(zhì)點(diǎn)”是教學(xué)育人觀，統(tǒng)攝課堂教學(xué)，應(yīng)優(yōu)先設(shè)置；“探究點(diǎn)”是實(shí)驗(yàn)教學(xué)主線，是核心要素；“異常點(diǎn)”指向化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，可根據(jù)學(xué)情進(jìn)行適切處理；“生成點(diǎn)”為教學(xué)主線服務(wù)，側(cè)重知識關(guān)聯(lián)，提升知識遷移能力。教學(xué)評價(jià)重視學(xué)生認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化、外顯化，聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)［5］。

二、基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式的“刑偵學(xué)中的‘鐵證”教學(xué)

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

“刑偵學(xué)中的‘鐵證”是人教版高中化學(xué)教材必修第一冊第三章第一節(jié)“鐵及其化合物”知識的整合運(yùn)用。通過鞣酸與硫酸亞鐵、硫酸鐵的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生通過對象變換等探究操作來研究反應(yīng)，探究墨水久置變色的原理，體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程；用溶氧傳感器測定亞鐵離子轉(zhuǎn)化成鐵離子的過程中溶解氧的濃度變化以及用分光光度法模擬測定字跡留存時(shí)間等的實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)化學(xué)與信息技術(shù)的融合，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和求實(shí)精神，提升學(xué)生的探究素養(yǎng)。同時(shí)，通過探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握從定性檢驗(yàn)到定量測定的研究元素化合物的方法，并能運(yùn)用價(jià)類二維圖模型分析設(shè)計(jì)測定墨水中鐵元素含量的實(shí)驗(yàn)方案，為后續(xù)的學(xué)習(xí)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（二）學(xué)情分析

從知識內(nèi)容角度分析，學(xué)生在第一節(jié)“鐵及其化合物”前面課時(shí)的學(xué)習(xí)中已建構(gòu)了鐵元素價(jià)類二維圖模型，對物質(zhì)分類觀和轉(zhuǎn)化觀有了一定的認(rèn)識，但對價(jià)類二維圖的運(yùn)用還不夠熟練，特別是對坐標(biāo)系的理解還不夠深入；在第一、二章學(xué)習(xí)了物質(zhì)分類、離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等理論，以及鈉、氯元素及其化合物和物質(zhì)的量的計(jì)算方法后，有了一定的問題分析能力和計(jì)算能力。從實(shí)驗(yàn)操作角度分析，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作的興趣很高，而且在學(xué)習(xí)鈉、氯元素及其化合物內(nèi)容時(shí)，做過一些實(shí)驗(yàn)，有一定的操作經(jīng)驗(yàn)和能力，但部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作還不太規(guī)范，對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析還不夠深入，不善于利用各種變換進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

（三）“四要素”設(shè)計(jì)目標(biāo)及方法分析

針對化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”，可設(shè)計(jì)如表1所示的目標(biāo)與方法。

（四）教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：情境引入

【創(chuàng)設(shè)情境】播放電視劇《案發(fā)現(xiàn)場》片段。

【品質(zhì)點(diǎn)設(shè)計(jì)】通過創(chuàng)設(shè)辦案真實(shí)情境，培育學(xué)生的社會責(zé)任感和決策能力。

【問題設(shè)計(jì)】案件中辦案人員是如何辨別遺書真?zhèn)蔚模?/p>

【互動交流】通過墨水字跡鑒定書寫時(shí)間。

評析：通過電視劇《案發(fā)現(xiàn)場》片段創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；遺書中墨水字跡的書寫時(shí)間鑒定既是案情分析線索也是課堂教學(xué)線索，讓課堂充滿活力和正能量，能很好地培育學(xué)生的社會責(zé)任感和決策能力，引導(dǎo)學(xué)生樹立公平正義的價(jià)值取向。

環(huán)節(jié)二：原因分析，實(shí)驗(yàn)探究

【問題設(shè)計(jì)】結(jié)合資料卡片，分析墨水由藍(lán)變藍(lán)黑色的主要原因。

【互動交流】鞣酸和硫酸亞鐵混合最終產(chǎn)生黑色鞣酸鐵沉淀。

【探究點(diǎn)1】 實(shí)驗(yàn)?zāi)M墨水變色過程。

向FeSO4、Fe2（SO4）3溶液中分別滴加鞣酸，現(xiàn)象如表2所示。

【異常點(diǎn)】硫酸亞鐵溶液中加鞣酸變紫黑色并緩慢加深。

【生成點(diǎn)】空氣中的氧氣將Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），鞣酸亞鐵轉(zhuǎn)化成鞣酸鐵。

【探究點(diǎn)2】用溶氧傳感器測定亞鐵離子轉(zhuǎn)化成鐵離子的過程中溶解氧的濃度變化。

評析：“探究點(diǎn)1”通過鞣酸和硫酸亞鐵、硫酸鐵的反應(yīng)，模擬探究墨水變色原因?！爱惓｜c(diǎn)”是宏觀現(xiàn)象，“生成點(diǎn)”是微觀分析，而“探究點(diǎn)2”則是實(shí)驗(yàn)論證，展現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究過程，發(fā)展了學(xué)生的結(jié)構(gòu)化思維?！吧牲c(diǎn)”和“探究點(diǎn)2”由氫氧化亞鐵在空氣中轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵的反應(yīng)原理模型遷移而來。探究活動突出了對學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察與動手操作能力的培養(yǎng)，以及對學(xué)生宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，也突出了化學(xué)與數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

環(huán)節(jié)三：原理探析，方案設(shè)計(jì)

【問題設(shè)計(jì)1】如何利用墨水變色原理確定字跡的書寫時(shí)間？

【互動交流】先測定Fe2+的量，再與標(biāo)準(zhǔn)濃度變化表對比，最終確定文件中鞣酸鐵墨水字跡的形成時(shí)間，從而判斷遺書的真?zhèn)巍?/p>

【問題設(shè)計(jì)2】 如何測定FeSO4中的Fe2+含量？請運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)模擬方案。

【互動交流】沉淀法。方案1，加堿測氫氧化亞鐵的質(zhì)量；方案2，先將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，再加堿測氫氧化鐵的質(zhì)量；方案3，先將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，加堿測氫氧化鐵的質(zhì)量，再測氫氧化鐵加熱分解后的產(chǎn)物氧化鐵的質(zhì)量（如圖2）?？紤]到測量的準(zhǔn)確性，方案3更好。

【問題設(shè)計(jì)3】1.請分析該轉(zhuǎn)化過程中每一步所需的試劑。2.請書寫該轉(zhuǎn)化過程中相關(guān)反應(yīng)的離子方程式。3.步驟②和③中的實(shí)驗(yàn)操作是什么？

【互動交流】步驟①中加過氧化氫；步驟②中加氫氧化鈉，充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥；步驟③中加熱至恒重，稱量氧化鐵質(zhì)量。寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式（略）。

【問題設(shè)計(jì)4】此沉淀法的方案能否應(yīng)用于測定墨水字跡中的Fe2+含量？

【互動交流】操作步驟較多，可能會有損失；墨水中亞鐵離子含量太少，可能測定不準(zhǔn)確。

【問題設(shè)計(jì)5】1.還有其他方案可以更準(zhǔn)確地測定Fe2+含量嗎？2.已知KMnO4是常用于測定Fe2+含量的試劑，反應(yīng)過程中被還原得到Mn2+，該方法能否用于檢測墨水字跡中的Fe2+含量？

【互動交流】墨水本身有顏色，對高錳酸鉀反應(yīng)過程中顏色變化的觀測有干擾；根據(jù)資料卡片信息可知， 藍(lán)色有機(jī)染料具有一定的還原性，可能會過多消耗高錳酸鉀，使測定不準(zhǔn)確。

評析：根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)探究得出墨水變色的原因，設(shè)計(jì)5個有層次、有關(guān)聯(lián)、有深度的驅(qū)動性關(guān)鍵問題，形成問題鏈，導(dǎo)向深度學(xué)習(xí)。問題設(shè)計(jì)1指向案情分析，揭秘遺書真?zhèn)危呛罄m(xù)問題設(shè)計(jì)的邏輯起點(diǎn)。問題設(shè)計(jì)2至問題設(shè)計(jì)5，是對測定FeSO4中的Fe2+含量模擬方案的探討，主要有沉淀法方案和氧化還原法方案。對于沉淀法方案，可從原理科學(xué)性、試劑綠色化、操作簡約性、結(jié)果準(zhǔn)確性等角度進(jìn)行評價(jià)；對于氧化還原法方案，可從原理科學(xué)性、試劑干擾性等角度進(jìn)行評價(jià)。問題設(shè)計(jì)5的探討也是后續(xù)拓展性學(xué)習(xí)的邏輯線索。整個環(huán)節(jié)的活動設(shè)計(jì)，有助于提升學(xué)生對鐵元素價(jià)類二維圖的工具性的認(rèn)識，使學(xué)生學(xué)會建構(gòu)定量測定的實(shí)驗(yàn)方法模型，即物質(zhì)性質(zhì)—轉(zhuǎn)化關(guān)系—方案設(shè)計(jì)與評價(jià)—定量測定。對不同方案的評價(jià)和分析，突出了對化學(xué)思辨能力，分析、解決復(fù)雜真實(shí)問題的能力以及化學(xué)高階思維能力的培養(yǎng)。

環(huán)節(jié)四：了解方法，模擬測定

【問題設(shè)計(jì)】基于上述實(shí)驗(yàn)方案存在的局限性，閱讀色度法相關(guān)資料，了解定量測定鐵元素的新方法。

【互動交流】1.根據(jù)溶液的吸光度與濃度成正比，可以通過測一定濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制吸光度與濃度的曲線，然后測定待測液的吸光度，從而計(jì)算出待測液的濃度。2.色度法適用于有顏色的溶液，濃度越大，顏色越深，吸光度越大。3.在Fe2+、Fe3+共存的情況下，鄰菲羅啉不受Fe3+干擾，可專一識別Fe2+。因此，可利用鄰菲羅啉在Fe2+、Fe3+共存的復(fù)雜環(huán)境中檢測Fe2+的濃度。4.用色度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

【探究點(diǎn)】分光光度法模擬測定字跡留存時(shí)間實(shí)驗(yàn)。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】處理字樣—配制標(biāo)準(zhǔn)溶液—繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線—測定樣品吸光度—對照標(biāo)準(zhǔn)曲線讀數(shù)。

【課堂總結(jié)】從價(jià)類二維圖模型、定量測定實(shí)驗(yàn)方法、育人觀念等角度總結(jié)評價(jià)，提升學(xué)生認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。

評析：用沉淀法測定存在質(zhì)量損失，不夠準(zhǔn)確，而用氧化還原法測定會有顏色和其他還原性物質(zhì)的干擾。用色度法測定較為準(zhǔn)確，從其測定原理又關(guān)聯(lián)到更準(zhǔn)確的分光光度法，提升了學(xué)生對化學(xué)與信息技術(shù)融合的認(rèn)識，拓寬了學(xué)生的科學(xué)視野。

三、教學(xué)反思

本節(jié)課按化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素”設(shè)計(jì)范式制訂教學(xué)流程和教學(xué)策略，通過分析遺書真?zhèn)蔚陌盖閯?chuàng)設(shè)教學(xué)情境，以探究墨水中亞鐵離子的含量為主線索，借助鐵元素價(jià)類二維圖模型，建構(gòu)定量測定的實(shí)驗(yàn)方法模型，提升學(xué)生的證據(jù)推理和科學(xué)探究素養(yǎng)。

本節(jié)課“探究點(diǎn)”的設(shè)計(jì)主要聚焦在墨水的變色原因上，而探究過程中出現(xiàn)的與“應(yīng)然現(xiàn)象”相沖突的“異常點(diǎn)”現(xiàn)象，催發(fā)了微觀分析的“生成點(diǎn)”，進(jìn)而進(jìn)入實(shí)驗(yàn)論證。教學(xué)過程邏輯嚴(yán)密有序，體現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究過程，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)求實(shí)精神。通過原理遷移，由色度法測定遷移到分光光度法測定，拓展了學(xué)生視野。在“原理探析，模擬方案”環(huán)節(jié)，主要是從理論上進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與評價(jià)，若能增加證實(shí)或證偽的探究性實(shí)驗(yàn)，效果會更好。

本節(jié)課“品質(zhì)點(diǎn)”的設(shè)計(jì)是為“立德樹人”的育人理念服務(wù)的。本節(jié)課引入溶氧傳感器、色度傳感器、分光光度計(jì)等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，呈現(xiàn)了科技發(fā)展新成果，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的探究精神。通過鑒定遺書真?zhèn)蔚霓k案情境，培育了學(xué)生的社會責(zé)任感和決策能力，正向引導(dǎo)學(xué)生樹立公平正義的價(jià)值取向。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ］

［1］ ?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2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ ?楊恒建，貝偉浩.深度學(xué)習(xí)視角下的高三化學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)［J］.中學(xué)教學(xué)參考，2021（32）：61-63.

［3］ ?胡久華.以深度學(xué)習(xí)促核心素養(yǎng)發(fā)展的化學(xué)教學(xué)［J］.基礎(chǔ)教育課程，2019（Z1）：70-78.

［4］ ?貝偉浩，藍(lán)仁敏，張金恒.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“四要素設(shè)計(jì)模式”研究［J］.廣西教育，2021（2）：28-30.

（責(zé)任編輯 羅 艷）