基于學科核心素養(yǎng)的單元整體教學設計論文以鐵及其化合物為例

基于學科核心素養(yǎng)的單元整體教學設計分析

-----－以“鐵及其化合物”為例

摘要：單元整體教學設計是在充分的學情分析基礎上對單元教學內容進行的整體設計。它需要對單元教學內容的地位和作用、各知識點之間的聯(lián)系進行整合、與本單元相關的知識進行綜合分析[1]。元素化合物知識是高中化學課

程的重要內容，也是發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的重要載體。本單元教材內容又是高中元素化合物的重點、難點。教學過程從價類二維圖出發(fā)，分析鐵及其的化合物的性質。在問題解決的過程中掌握“鐵及其化合物”的相關知識，同時

提升相應的化學學科核心素養(yǎng)。關鍵詞：單元整體教學設計；價類二維圖；真實情境；實驗探究；問題解決

“單元整體教學設計”跟傳統(tǒng)的單課時教學設計的明顯的區(qū)別在于，前者是系統(tǒng)教學設計，后者是先分散后總結

式的教學設計。單元整體教學設計有助于學生構建知識。單元教學的著眼點是“單元”。強調從單元這個整體出發(fā)設計教學，突出內容和過程的聯(lián)系性和整體性[2]。

一、教學單元分析本節(jié)內容選自人教版必修1新教材第三章第一節(jié)鐵及其化合物。本節(jié)教材內容是高中元素化合物的

重點、難點，要掌握元素化合物的性質，學習氫氧化物的制備、學習金屬離子的檢驗方法，理解強化氧化還原反應的相關概念、原理與本質。

二、教學思路和創(chuàng)新點人教版新教材課本第三章引言中提到：鐵是目前產(chǎn)量最大、使用最廣泛的金屬。但鐵及其化合物具

有怎樣的性質？應如何進行研究呢？通過研究鐵及其化合物的性質和用途，可以使我們從物質類別和元素價態(tài)的視角認識物質間的轉化關系，深化對物質及其變化多樣性的認識[3]。故此，我們設計從“價

類”二維圖出發(fā)，來了解鐵及鐵的化合物?！皟r類”二維圖是以物質的類別為橫坐標、以核心元素化合價為縱坐標，在二維平面內繪制并能體現(xiàn)含同種元素的一系列物質之間相互轉化關系的圖像。它作為一

種認識元素化合物的模型，是認識思路外化的一種具體表現(xiàn)形式。它體現(xiàn)了物質分類思想和氧化還原核心概念對于元素化合物知識的指導作用?！皟r類”二維圖的建構過程，也是學生的認知結構不斷發(fā)展完

善的過程?？梢哉f，建構“價類”二維圖對于學生理解、掌握與應用元素化合物知識具有多重教育價值[4]。

三、制定教學目標1.通過對鐵的“價類”二維圖的建立，預測鐵的化學性質。診斷并發(fā)展學生對氧化還原反應的認識

水平。從文化視角出發(fā)，把鐵在生活中的應用以及鋼鐵的強國夢貫穿其中，旨在培養(yǎng)學生文化自覺、塑造理想人格、促進學生全面發(fā)展。

2.通過分析氫氧化亞鐵的相關性質，對于氫氧化亞鐵的制備的交流和討論，診斷并發(fā)展學生解決實

際問題的能力水平及其對化學價值的認識水平。2+3+

.通過對

Fe

與

Fe

相互轉化條件探討和實驗方案設計，診斷并發(fā)展學生從物質類別和元素價態(tài)兩3個視角認識物質間轉化關系，體現(xiàn)認識的結構化水平及科學探究水平[4]。

四、教學過程設計篇幅有限，筆者在這里著重細講一下第1課時的學習任務及教學流程。

學習任務1】畫出鐵的“價類”二維圖【教師活動

學生活動播放視頻：從

1949

年至

2020

年世界鋼鐵產(chǎn)量的對

學生觀看視頻

比。二戰(zhàn)時期軍隊的戰(zhàn)斗力和鋼產(chǎn)量成正比，近代屈辱史

告訴我們落后就要挨打。所以中國人一直有一個鋼鐵

為祖國的強大而努力讀書。的強國夢。

思考回答：以化合態(tài)形式存在提問：鋼鐵的產(chǎn)量說明什么？自然界中的鐵主要是什

么形式存在？圖片給出自然界中的鐵礦石：赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵回憶初中高爐煉鐵的化學方程式

礦、褐鐵礦等。鐵的冶煉赤鐵礦含鐵量一般為50%～60%，含有害雜質硫和磷比較少，還原比磁鐵礦好，

因此，赤鐵礦是一種比較優(yōu)良的煉鐵原料。鐵元素在地殼中的含量排在第四位，僅次于氧硅鋁，是含量第

二多的金屬元素。給出鐵的物理性質。提問：鐵的化合價有什么？

鐵單質0價，亞鐵+2價，氧化鐵中的鐵+3價。提問：物質類別有哪些

單質、化合物我們將鐵的化合價和物質類別分別建立坐標，對應找化合物有氧化物、氫氧化物或者酸堿、鹽。

出鐵及其化合物。從二維圖中畫出鐵的冶煉的方向。畫出“物質類別－－化合價”二維圖，簡稱“價

類”二維圖：提問：制得的鐵具有什么化學性質？從化合價角度分

析。回答：只有還原性。0價是金屬最低價態(tài)

提問：猜想一下鐵有哪些化學性質？回答：可以與氧氣反應，可以與氯氣反應，可以與

好的，我們來驗證大家的猜想并學習鐵的性質。水反應，可以與酸反應，可以與鹽反應。【設計意圖】：知識內容的結構化有利于學生在腦中建立知識網(wǎng)絡，參與課堂，共同研究，做學習

的主人。通過此環(huán)節(jié)，學生了解到“價類”二維圖。運用氧化還原認知模型分析猜測鐵的化學性質。學習任務2】：探究鐵常溫下與氧氣反應的可行性

【教師活動

學生活動：提問：初中的我們學習了鐵可以在純氧中燃燒，產(chǎn)物寫出鐵在純氧中燃燒的方程式

是什么？（視頻畫面播放鐵和氧氣反應現(xiàn)象）提問：那么鐵在常溫下可以和氧氣反應嗎？

學生觀察脫氧劑展示手中的脫氧劑，生活中大家有注意到這個嗎？脫

氧劑顧名思義就是去掉氧氣，吸收氧氣。延長食品的保質期。

脫氧劑里的主要成分是：鐵粉、水、活性炭、氯化鈉。其中誰可以被氧氣氧化呢？

根據(jù)產(chǎn)物顏色猜想判斷應該是氧化鐵或者氫氧化鐵。無論是氧化鐵還是氫氧化鐵都是+3價地鐵。

提問：對比吸氧后的脫氧劑，猜想失效的脫氧劑里成分是什么？

請設計實驗驗證猜想：脫氧劑反應前成分為鐵，失效3+后后生成了+3

價鐵。提示：溶液中

Fe

與

KSCN

溶

液相遇會出現(xiàn)血紅色。試劑：1袋脫氧劑、1袋失效的脫氧劑，0.1mol/L硫

酸溶液，

KSCN

溶液3+氧化鐵、氫氧化鐵與稀硫酸反應可以生成

Fe

再加

KSCN溶液可以看到血紅色。鐵與稀硫酸反應可以看到氣泡。

試劑加入順序：脫氧劑、HSO、KSCN、24請同學們開始實驗并注意觀察鐵和稀硫酸反應的溶液

顏色。進行實驗：

實驗結論：失效的脫氧劑成分中有三價鐵，鐵粉確實

被氧化了。引導：剛剛的實驗證明了鐵被氧化了。如何證明氧氣

參與反應了？要解決這個問題就必須要使用無線氧氣傳感器來進行參與氧氣傳感器的實驗。在密閉容器中加入一袋脫氧

實驗了。劑，立即安裝好傳感器?？梢钥吹诫娔X屏幕上顯示氧

氣的百分含量下降。課堂時間有限，只能看到氧氣的體積分數(shù)在減小。視

頻播放：課后用三袋100CC型號的脫氧劑在1.5升的密閉容器中測試5個多小時的數(shù)據(jù)，氧氣體積分數(shù)由

21%下降到0.21%。證實脫氧劑確實可以脫氧。

【數(shù)字化實驗】

脫氧劑里的主要成分中水、活性炭、氯化鈉是為了加快這個反應的發(fā)生，具體原理以后學習。

再用蘋果驗證脫氧劑的效果看完視頻也有了成功的體驗感。脫氧劑一般用于中西

式糕點、堅果炒貨食品等等。感受科技的力量。介紹鐵銹的成分是氧化鐵氫氧化鐵的混合物，展示鐵

生銹的圖片。鐵生銹可以降低其強度、韌性等力學性能，破壞鐵的幾何形狀，縮短使用壽命。那么生活中

我們如何防止鐵鍋生銹呢？鐵鍋里不要有水，殘留一些油也可以防止生銹。

水、氧氣思考觀看圖片

提問：說明鐵鍋生銹的誘因有哪些？我們可以利用氧化鐵的穩(wěn)定性嗎？它是較好的環(huán)保涂

料，全世界氧化鐵系顏料的年用量超過100萬噸，僅次于鈦白，居無機顏料的第二位。

【設計意圖】：“以鐵單質為原料，基于價類二維圖形設計制備鐵紅的反應路徑并作出評價”等綜

合性問題，進一步深化學生對物質性質及其轉化關系的認識，建構起系統(tǒng)化的知識結構網(wǎng)絡體系，實現(xiàn)知識的結構化、系統(tǒng)化[4]。學生經(jīng)歷了猜想與假設化學性質、進行實驗驗證化學性質、解釋與結論、

應用結論解決問題的完整探究的過程，他們學習的積極性和主動性得到了極大地調動?！窘處熁顒?/p>

學習任務3】：自然過渡到鐵作為還原劑的其他化學性質學生活動

提問鐵還可以被哪些物質氧化？觀察到紅棕色的煙，紅棕色的溶液

剛剛我們猜想了鐵可以在氯氣中燃燒，現(xiàn)在我們觀察一下這個實驗。視頻：鐵在氯氣中燃燒，加水溶解觀

察產(chǎn)物溶于水的顏色：+Fe溶液是綠色的。

3價，因為鐵和稀硫酸反應后溶液是綠色的。也就是2+

再看看我們之前鐵和稀硫酸反應的產(chǎn)物顏色，想一想鐵和氯氣反應產(chǎn)物是幾價的鐵？

書寫方程式3+2+

是的，F(xiàn)e溶液顏色是黃色，F(xiàn)e溶液是淺綠色的，隨著溶液濃度不同有所不同。

回到大家預測的鐵的化學性質中，根據(jù)鈉可以與水反應，鐵可以與水反應嗎？

鐵和熱水冷水都不反應。思考

我們來看一下這張圖，炙熱的鐵水注入磨具前必須進行充分的干燥處理，為什么？

猜想1：水沸騰變成氣體帶出鐵水。結合兩個猜想，我們首先肯定的是高溫的條件下水是猜想

2：鐵可以與水高溫反應。

變成水蒸氣了。那么我們看看鐵可不可以高溫和水蒸氣反應。

【實驗】：鐵和水蒸氣的反應【實驗】鐵和水蒸氣反應

書寫方程式①②試管口略向下傾斜；

炙熱的鐵水注入磨具前必須進行充分的干燥處理。最后總結本節(jié)課：

酒精燈先加熱濕棉花，有水蒸氣后，再移至鐵粉位置；

③④加熱一會后再將導管插入到肥皂水中；

結束時，先撤導管，再移酒精燈。通過產(chǎn)物中有氫氣，生成黑色物質判斷產(chǎn)物，寫出反

應方程式。【設計意圖】：由前面實驗的結論自然過渡到鐵的其他化學性質上來。通過回顧鈉的化學性質再聯(lián)

想鐵的化學性質。通過正確的實驗探究了解體會鐵可以高溫條件下和水蒸氣反應。第1課時內容到此結束。以下是第2課時、第3課時的學習任務及問題設計。從學習任務和問題的

設計中可以了解這兩節(jié)課的大概流程。課任務

大問題

引導性小問題

時設計意圖

第2課氧劑氧化產(chǎn)物

時探究“價類”二維氫氧化鐵可以一步生成氧化鐵嗎？

證據(jù)推理

圖繼續(xù)分析鐵的氧化物的性

【任務5】脫氧化鐵可以一步生成氫氧化鐵嗎？證據(jù)推理

質？如何驗證你的猜想？并寫出方程式。實驗設計與驗證并用化學

符號描述微觀反應【任務

6】如

氫氧化鐵如何

回顧離子反應，哪些物質可以生成氫氧化

運用已有知識分析問題。

何得到難溶制備？

鐵？堿？

那么氫氧化亞鐵如何制備？

證據(jù)推理【任務

7】氫

看到白色沉淀

氫氧化亞鐵沉淀倒在濾紙上最后變成了什

證據(jù)推理

氧化亞鐵的制了嗎？

么？備幾乎看不到白色沉淀的可能原因是什么？運用氧化還原認知模型分

水中溶解氧傳感器測量氫氧化亞鐵吸收氧析解決問題氣情況。

如何去除水中氧？實驗設計與驗證

【任務

8】探

灰綠色沉淀是

去除了水中氧了為什么還是看不到白色？

證據(jù)推理

究灰綠色的沉什么？淀如何驗證灰綠色沉淀是被氧化的還是因為實驗設計與驗證

吸附了亞鐵離子？書寫方程式

用化學符號描述微觀反應第【任務

9】寶

“價類”二維

鐵鹽亞鐵鹽的顏色區(qū)別是什么？

宏觀辨識

3課寶需要補鐵引圖分析鐵鹽的

出人體需要亞存在

補鐵劑里是幾價鐵離子，為什么？

運用氧化還原認知模型分時析解決問題

鐵離子哪些物質可以氧化亞鐵離子，書寫方程式用化學符號描述微觀反應

【任務

10】鐵

鐵鹽和硫氰化

向

FeCl

溶液中滴加

KSCN

溶液顯什么

宏觀辨識3鹽和亞鐵鹽的鉀溶液反應生

色？

檢驗成什么？

向

FeCl

溶液中滴加

KSCN

溶液顯什么

宏觀辨識，實驗設計與驗2色？如何檢驗亞鐵離子？證

書寫方程式用化學符號描述微觀反應

【任務

11】實

檢驗鐵離子亞

配置硫酸亞鐵可以往里面加什么防止亞鐵

實驗設計驗探究鐵鹽和鐵離子

離子被氧化？

亞鐵鹽的相互轉化

既有鐵離子又有亞鐵離子如何檢驗亞鐵離用化學符號描述微觀反應子？

書寫方程式用化學符號描述微觀反應

用化學符號描述微觀反應【任務

12】掌

哪些較強的還

書寫方程式

握鐵離子亞鐵原劑可以與鐵離子的相互轉鹽反應？哪些

化較強的氧化劑鐵、亞鐵離子、鐵離子哪種可以做氧化運用氧化還原認知模型分

劑，哪種可以做還原劑，哪種既可做氧化析解決問題劑又可做還原劑？可以與亞鐵鹽請用圖示的方法歸納鐵、亞鐵離子、鐵離

串聯(lián)知識，遞進學生思維

反應子三者之間的相互轉化關系

能力的發(fā)展五、單元整體教學的反思

化學單元整體教學設計是從整體角度把握課程，突出內容和過程的聯(lián)系性和整體性。課時活動的規(guī)劃除了要體現(xiàn)知識的相關性，還要關注學習的層次性，讓學生在各個層次的學習活動中逐步形成化學基

本思維方式和研究方法。重點突出創(chuàng)新思維能力、解決問題能力和交流合作能力的培養(yǎng)[2]。