基于真实情境的高一化学元素教学实践

胡慧

摘要：本节课以山西吉县脱贫攻坚过程中出现的苹果缺铁症为真实情境，通过扶贫过程中遇到的真实问题引出+2价铁与+3价铁之间的转化。学生阅读各种资料，提取信息，提出猜测，通过实验获取证据，验证猜测，得出结论，完成简单的科学探究过程。在这个过程中不仅学习到学科知识，更认识到化学知识可以为国家扶贫事业做出贡献，享受学习化学知识带来的成就感。

关键词：真实情境；铁的化合物；转化

文章编号：1008-0546（2021）12-0050-03中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.012

一、问题的提出

教育部制定的《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下称新课标）大力倡导主题引领课程内容，使课程内容情境化，促进化学学科核心素养的落实，并且在课程内容中提供了丰富的“情境材料建议”供一线教师使用。作为一线教师，不仅要紧跟新课程的倡导，使用情境，也有教研责任，开发新的主题情境，让学生在真实情境中学习，学有所用，享受知识带来的成就感。查找知网上关于铁及其化合物的教学设计，已经有很多主题情境，比如打印机墨粉、补铁剂、检验菠菜中的铁元素等等[1-3]。但和植物缺铁症相关的主题较少，同时，结合2020年中国全面完成脱贫工作，使得本节主题更显得有实际意义。因此，本文以山西吉县脱贫攻坚过程中遇到的缺铁症为真实情境，引導学生从化学氧化还原反应原理思考植物缺铁原因和解决办法。

二、教学目标

参考新课标对本节内容的要求：“结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其重要化合物的主要性质”，结合本节课的对教材和学情的分析，将本节课教学目标确定为以下内容：

1.通过提取铁矿石的各种信息，初步认识到+2价铁容易转化为+3价铁，并且能够用语言表达思维过程；

2.通过碱性土壤中铁元素发生的变化，推测出+2价铁容易被氧气氧化为+3价铁，并设计实验验证猜测；

3.通过动手实验其他常见氧化剂与亚铁离子的反应，得出+2价铁容易被氧化剂氧化为+3价铁，体会氧化还原反应原理；

4.通过解决配制硫酸亚铁溶液过程中遇到的易被氧化的困难，指导学生应用氧化还原反应原理找出解决方法；

5.通过山西吉县种苹果脱贫的主题情境，学生感受到化学知识的力量，享受学习带来的成就感，感悟“为中国崛起而学习”的责任感。

三、教学过程

【环节一】感知铁元素的存在

引入：铁在人们生产生活中应用广泛，自然界中铁是什么存在形式，储量如何？

学生回答。

资料：给出赤铁矿、磁铁矿和菱铁矿和主要成分、储量、铁元素化合价等信息，并备注“纯磁铁矿极少，地表磁铁矿易转化为赤铁矿”和“菱铁矿常常与页岩、粘土或煤在一起发现”两个信息。

教师：同学们看了资料中的信息，有什么想法？

学生1：铁元素在不同的矿石中化合价不一样。

学生2：赤铁矿储量最多。

学生3：地表磁铁矿中的+2价铁易转化为+3价。

学生4：菱铁矿的环境一般缺氧，说明+2价铁可能易被氧气氧化成+3价。

设计意图：从学生熟悉的铁矿石入手，进一步深入分析各种铁矿石的信息，让学生对+2价铁容易转化为+3价铁有个初步感性认识，同时不同的学生看到的信息也不一样，锻炼学生的语言表达能力。

【环节二】探究植物缺二价铁的原因

过渡：不仅人类需要大量的铁，植物也需要铁。

资料：铁元素是细胞色素、核糖核苷酸还原酶、固氮酶、铁氧化还原蛋白等物质的组成成分，铁在植物体内参与参碳的同化、氮的生物固定和同化、分子氧的储存和运输、核糖核苷酸的还原、过氧化物的分解以及电子传递发生等重要代谢过程[4]。

教师：水稻田里的土为什么是浅绿色？

学生：水稻田里的土可能含+2价铁。

教师：说明植物需要吸收什么价态的铁元素？

学生：+2价铁。

教师：那如果植物缺铁，会导致什么后果呢？山西吉县区的扶贫科技人员在帮助苹果果农脱贫致富的过程中就遇到了一些影响苹果产量的问题，其中原因之一就是缺铁。

资料：问题之一：果实品质不优，影响苹果价格。多果生长所需要的营养成分和多种微量元素（包括镁、铁等元素）短缺，土壤板结严重[5]。

资料：苹果缺铁症状新梢顶端的幼嫩叶变黄绿，再变黄白色，叶脉仍为绿色，呈绿色网状。全叶白，从叶缘开始出现枯褐色斑。严重时，新梢顶端枯死，呈枯梢现象。——百度百科

设计意图：通过扶贫种苹果的案例，学生可以知道铁元素对植物的重要性，也知道了化学知识的实际用途，激发了学生的学习兴趣。

教师：扶贫科技人员发现山西吉县土壤呈碱性。资料显示，无机铁肥即FeSO4在碱性土壤环境下，多转化为植物不可吸收的氢氧化铁[6]。

小组交流讨论：碱性土壤中的Fe2+为什么会转化为Fe（OH）3？

学生：由铁元素化合价升高可知，+2价铁被氧气氧化成了+3价铁。

分组实验：取一滴管0.1 mol/L FeSO4溶液，向溶液中滴加0.1 mol/L NaOH溶液，振荡，观察现象。

学生：Fe2+和OH-反应生成Fe（OH）2沉淀，因此出现浅绿色沉淀，颜色逐渐加深，试管壁上沉淀变成棕色，说明Fe（OH）2逐渐转变为Fe（OH）3。

教师：但是资料显示纯Fe（OH）2是白色的，而不是绿色。如何解释你的实验现象呢？

学生8：可能是被溶解在NaOH溶液中的氧气给氧化了。

教师：根据你的推测，如何设计实验可以得到白色沉淀呢？

学生8：煮沸NaOH溶液，并且最好用煤油液封溶液。

资料：阅读文献《氢氧化亚铁制备实验改进方法的整合与创新》[7]，验证学生想法。

学生9：可加入其它氧化剂，如双氧水、氯水等，加入KSCN溶液出现血红色说明有Fe3+。

教师：出现血红色一定是因為双氧水等氧化剂的作用吗？

学生10：可能是原来溶液中就有Fe3+，因为Fe2+可能被氧气氧化为Fe3 +，所以要先加KSCN检验有无Fe2+，再加双氧水等氧化剂。

分组实验：向装有FeSO4溶液的试管中先加入KSCN溶液，再滴入双氧水或新制氯水。

结论：无机铁肥FeSO4溶液不仅会在碱性条件下逐渐转为为Fe（OH）3，还容易被氧气等氧化剂氧化为Fe2（SO4）3。

设计意图：引导学生利用氧化还原反应理论进行猜测，证据推理并验证，完成简单的科学探究过程。学生认识到亚铁离子易被氧化，为下个环节配制Fe？ SO4溶液打下学科知识基础。

【环节三】尝试处理植物缺铁性黄叶问题

教师：缺亚铁，补亚铁。市面上在售的硫酸亚铁无机铁肥就是很好的解决方法，但是使用不当，可能无效。

小组讨论：结合今天所学知识，讨论FeSO4的施用方法和使用注意事项。

学生11：给树打点滴，或者埋在土里，尽量避免接触氧气。使用的时候最好现配现用，一次性用完。

设计意图：应用本课所学学科知识，解决实际实验操作中的问题。

【环节四】解决配制FeSO4溶液过程中出现的问题

教师：在配制FeSO4溶液过程中不可避免会接触氧气，怎么防止配制过程中Fe2+被氧化呢？

学生12：加还原剂，如铁粉。

分组实验，证明学生猜测。

其他解决方法：1、有机肥EDDHA-Fe；2、将地表球囊霉在碱性条件下接种在树苗，可促进植物生长，增强根系三价铁还原酶活性，减轻缺铁性黄化病的产生[8]。

设计意图：引导学生在此体会氧化还原反应原理，反向思维，自主建构+3价铁转化为+2价铁的知识结构，提取还原剂信息，总结+3价铁的性质。

【总结】最后山西吉县脱贫了，八成以上贫困户依靠苹果脱贫[9]。虽然吉县的脱贫不是简单的铁肥能解决的，但这其中肯定有农业科技扶贫工作者们的功劳，也有化学的功劳。化学，让生活更美好！

设计意图：回归情境，学生发现所学知识可以在脱贫攻坚过程中发挥作用，感受化学知识给脱贫攻坚带来的力量，享受学习化学知识的成就感。

四、教学反思

1.生活场景，让化学学习更自然

水稻田里浅绿色的土、丹霞地貌、红砖青瓦等等都能让我们找到铁元素的身影，这些场景虽然不一定每个学生都经历过，但这的确是现实生活中的样子。通过生活中例子，让学生更觉得化学亲切，也让化学学习发生得更自然。因此教师在整合教学资源时应注重选取生活化的资源。

2.证据推理，让化学学习更理性

化学学科核心素养中提到“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系”。本节课中，学生通过铁矿石的信息和植物缺铁原因的资料分析，提出自己的猜测，通过实验获得证据，验证观点，使得化学反应不再是简单背诵，而是有理有据。

3.真实问题，让化学学习更有用

本节课通过山西吉县种苹果扶贫过程中出现的一个问题，串联起整个教学设计。学生在探究铁的化合物之间转化的本质原因的同时，也收获了解决实际问题的本领，让学生感受到化学知识能给未来生产生活带来变化，享受学习化学知识的成就感。因此，教师在教学设计时可以积极响应新课标的倡导，开发更多更实际的真实情境，引领学生走向更真实的化学学习。

参考文献

[1]毛艺.“铁及其化合物的性质”素养化教学新探[J].中学化学教学参考，2020（8）：35-38

[2]叶炜华.基于“证据推理”的“铁及其化合物”情境化教学实践[J].中学化学教学参考，2020（12）：43-46

[3]周萍，肖中荣.菠菜中铁元素的检测条件优化[J].中学化学教学参考，2016（6）：56-57

[4]李季伦，张伟心等.微生物生理学[M].北京：北京农大出版社，1993

[5]曹佳喜.山西吉县区旱地苹果产业在脱贫攻坚过程中存在的问题及解决对策[J].果树实用技术信息，2018（1）：40-41

[6]何绪生.铁肥及其使用[J].磷肥与复肥，2002（4）：69-71

[7]张艳丽.氢氧化亚铁制备实验改进方法的整合与创新[J].实验教学与仪器，2020（11）：17-19

[8]王明元.不同pH值下从枝菌根真菌对枳生长及铁吸收的影响[J].微生物学报，2009，49（10）：1374-1379

[9]马毅敏.山西吉县八成以上贫困户依靠苹果脱贫[EB/OL].（2020.10.15）[2021.10.29].http：//shanxi.sina.com.cn/news/ 2020-10-15/detail-iiznctkc5692982.shtml