“物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”認(rèn)知模型建構(gòu)
——以“探究鐵及其化合物的氧化性或還原性”教學(xué)為例

陜西省榆林市綏德縣第一中學(xué) 鮑巧紅

一、問題的提出

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、制備和應(yīng)用的自然科學(xué)?；瘜W(xué)在人類生產(chǎn)和生活中有著重要的作用。為了使化學(xué)更好地為人類服務(wù)，我們需要充分地認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)。研究物質(zhì)性質(zhì)我們經(jīng)常使用觀察法、實(shí)驗(yàn)法、分類法和比較法，其中實(shí)驗(yàn)法是應(yīng)用其他方法的基礎(chǔ)。模型是以客觀事實(shí)為依據(jù)建立起來的，是對事物及其變化的簡化模擬。模型認(rèn)知就是對研究的物質(zhì)及其變化等問題做抽象化、簡約化、形象化的描述，再現(xiàn)物質(zhì)及其變化的本質(zhì)、內(nèi)在特性和一般規(guī)律，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來完善模型?；瘜W(xué)教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生模型認(rèn)知的過程就是認(rèn)識物質(zhì)本質(zhì)知識并形成清晰的知識框架即認(rèn)知模型的過程，是形成學(xué)科思維，內(nèi)化為學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)的過程?？梢姡Ｐ褪且环N認(rèn)知工具，模型認(rèn)知是一種科學(xué)的認(rèn)知方式。本文就結(jié)合“探究鐵及其化合物的氧化性或還原性”這一具體化學(xué)問題的教學(xué)，對“物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”認(rèn)知模型建構(gòu)做一定的思考和解讀。

二、教學(xué)流程和情境設(shè)計

1.情境導(dǎo)入提出問題

【教師】得了缺鐵性貧血需要補(bǔ)鐵單質(zhì)嗎？你熟悉的含鐵元素的物質(zhì)還有哪些？

【學(xué)生】補(bǔ)充的是鐵元素。含鐵元素的物質(zhì)有鐵單質(zhì)、氧化鐵、氧化亞鐵、磁鐵、氫氧化亞鐵、氫氧化鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵等。

【教師】這些含鐵元素的物質(zhì)按化合價分類怎么分？

【學(xué)生】可以分為0 價Fe，+2 價FeO、Fe(OH)2、FeSO4，+3 價Fe2O3、Fe(OH)3、FeCl3。

2.實(shí)驗(yàn)探究鐵及其化合物的氧化性或還原性

【教師】從化合價的角度，預(yù)測不同價態(tài)的鐵元素哪些有氧化性，哪些有還原性？

【學(xué)生】根據(jù)元素化合價預(yù)測，鐵元素最低價具有還原性，處于中間價態(tài)的Fe2+既有氧化性又有還原性，處于高價的Fe3+具有氧化性。

【教師】如何驗(yàn)證你們的預(yù)測？

【學(xué)生】若預(yù)測某一物質(zhì)具有氧化性，就應(yīng)該選取另一具有還原性的物質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)證明二者之間能發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)而驗(yàn)證預(yù)測。同理，若預(yù)測某一物質(zhì)具有還原性，就選取另一具有氧化性的物質(zhì)，通過進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測。

【教師】提供常見氧化劑和還原劑：鐵粉（鐵絲）、氯水、稀硝酸、KSCN 溶液、稀硫酸、鋅片、硫酸銅溶液、銅片、FeCl2 溶液、FeCl3 溶液。

【學(xué)生】設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，預(yù)測現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論。

【探究實(shí)驗(yàn)】學(xué)生設(shè)計探究鐵單質(zhì)的還原性、FeCl3 的氧化性、FeCl2 的氧化性與還原性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（步驟略）。

3.建構(gòu)“物質(zhì)具有氧化性還原性探究實(shí)驗(yàn)”的認(rèn)知模型

【教師】總結(jié)探究物質(zhì)性質(zhì)的一般思路?；趩栴}—提出假設(shè)—設(shè)計實(shí)驗(yàn)—實(shí)施實(shí)驗(yàn)—觀察現(xiàn)象—得出結(jié)論。

【教師】本節(jié)課通過實(shí)驗(yàn)探究了鐵及其化合物的氧化性和還原性，最初由教師提出問題Fe、Fe2+、Fe3+有哪些性質(zhì)？這一環(huán)節(jié)稱為“基于問題”，緊接著總結(jié)出探究物質(zhì)性質(zhì)的思維模型框架。下面大家總結(jié)“物質(zhì)具有氧化性還原性探究實(shí)驗(yàn)”的認(rèn)知模型。

【學(xué)生】總結(jié)探究物質(zhì)氧化性或還原性的思維模型：進(jìn)行化合價預(yù)測—選擇相應(yīng)的氧化劑（還原劑）和檢測試劑—預(yù)測現(xiàn)象—實(shí)施實(shí)驗(yàn)—觀察現(xiàn)象—得出結(jié)論。

設(shè)計意圖：氧化還原反應(yīng)的知識是在高中化學(xué)中重要概念和重要理論。氧化還原反應(yīng)貫穿于中學(xué)化學(xué)教材的始終?？梢哉f在中學(xué)化學(xué)中凡涉及元素價態(tài)變化的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)?！疤骄胯F及其化合物的氧化性或還原性”是魯科版高中化學(xué)必修一第二章第三節(jié)“氧化劑和還原劑”的第三課時的內(nèi)容。學(xué)生已經(jīng)掌握了氧化還原反應(yīng)、氧化劑和還原劑的概念，認(rèn)識了氧化還原的本質(zhì)，通過探討鐵及其化合物的氧化性或還原性，不僅僅加深了氧化還原反應(yīng)特征和本質(zhì)的認(rèn)識，而且通過引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建出完整的“探究物質(zhì)氧化性或還原性實(shí)驗(yàn)”的認(rèn)知模型，幫助學(xué)生逐步形成穩(wěn)定的認(rèn)知方式，為以后認(rèn)識其他物質(zhì)的性質(zhì)提供了思維模型，提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)反思

本文體現(xiàn)了教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)理念，以鐵與人體健康的關(guān)系導(dǎo)入，主要采用啟發(fā)式，探究式的教學(xué)方法，設(shè)計了學(xué)生活動：分析問題，進(jìn)行預(yù)測，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，動手操作實(shí)驗(yàn)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)，形成思維框架，構(gòu)建了探究物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)知模型，為今后學(xué)習(xí)其他物質(zhì)性質(zhì)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)，深化了學(xué)生的學(xué)科思維，培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。