基于西安地域文化特色的情境教学案例

摘要

为实现高三一轮复习的高效性，教师在课前进行教学设计时，需要引导学生从新的角度理解并掌握所学知识，包括新的素养目标、教学内容，教学情境和探究活动。以“铁及其化合物”的复习为例，该教学案例以学生熟知的西安城墙青砖为知识载体，通过设置一系列问题情境，引导学生进行实验探究、模型建构、应用拓展等活动，在复习铁及其化合物相关知识的基础上，进一步落实学科核心素养。

Graphical abstract

关键词

地域文化 / 西安城墙 / 情境教学 / 铁及其化合物

“铁及其化合物”是高中化学知识中最重要的元素化合物内容之一，也是日常生活和生产中最为常见、应用最为广泛的物质。结合铁及其重要化合物在真实情境中的应用实例，通过实验探究，了解其主要性质及其在生产、生活中的应用是新课标对金属及其化合物知识的基本要求^［1］。在高三化学一轮复习课中，“唤醒—辨析—变通—提升”成为课堂教学的层级目标^［2］。为实现复习的高效性，教师在进行教学设计时，需要对每节课的教学目标、教学重难点和教学内容进行重加工，引导学生从新的角度或层面理解、掌握所学的知识，并及时进行归纳总结，使学生建构起自己的知识网络^［3］。所谓“新”角度、“新”层面，既包括新的素养目标、新的教学内容，也包括新的教学情境和新的探究活动。新高考改革以来，情境类的高考试题越来越多，以往单纯的知识梳理、习题讲评已经不能满足高校人才选拔的需要，能准确提取新情境下的信息，并利用已掌握的知识去解决陌生环境下的问题，是新高考提出来的新要求。

基于以上分析，笔者以提高复习效率为目标，以西安城墙的青砖为知识载体，重点通过探究青砖和红砖的成分，复习Fe²⁺和Fe³⁺的检验方法、铁及其化合物的转化关系。

1 设计思路

1.1 教学目标

（1） 通过探究青砖和红砖的成分，复习Fe²⁺、Fe³⁺的检验方法。

（2） 通过铁三角、铁及其化合物的价-类二维图的构建，培养学生证据推理与模型认知素养。

（3） 通过对铁及其化合物的拓展应用，提高学生应用知识解决问题的能力，增强其社会责任意识。

1.2 教学流程设计

教学流程设计如表1所示。

2 教学过程

2.1 情境创设

【情境引入】展示西安古城墙的图片。西安古城墙是中国现存规模最大、保存最完整的古代城垣，是第一批全国重点文物保护单位。其墙面用古代最常用的建筑材料——青砖包砌，厚重坚实。你有没有想过这样一个问题：红砖也是一种常见的建筑材料，而且颜色比青砖鲜艳，但我们现在看到的古建筑为什么大多是由青砖砌成的呢？

2.2 实验探究

【问题情境】据说，青砖和红砖所含成分是一样的，都是铁的化合物，只是因为所含铁元素的价态不同，才显示出了不同的颜色。能不能设计实验验证？

【学生实验】学生依据讨论结果设计实验方案，并进一步验证。

方案1：把红砖研成粉末，装入试管中，再加入适量稀盐酸溶解，最后滴加KSCN溶液，发现溶液立即变红，表明其中含有Fe³⁺，也就说明红砖中含有Fe₂O₃。（与预想一致）

方案2：将青砖研碎后装入试管，滴加适量稀盐酸，因为青砖内可能还有其他不溶性的物质，所以溶解后先过滤，向滤液中依次滴加KSCN溶液和氯水，若加入KSCN溶液后不变红，滴加氯水后变红，说明青砖中含有FeO。（滴加KSCN试剂后，溶液变红，与预想有差异）

方案3：在方案2的滤液中直接滴加酸性高锰酸钾溶液，溶液紫色褪去，说明溶液中含有Fe²⁺。（与预想一致）

2.3 知识拓展

【引导自学】方案2为什么会出现差异？请先阅读资料卡，了解青砖的烧制过程。

资料卡：青砖是由黏土烧制的，黏土是某些铝硅酸矿物长时间风化的产物，具有极强的黏性而得名。将黏土用水调和后制成砖坯，放在砖窑中煅烧（900~1100 ℃，持续8~15 h）便制成砖。砖瓦的焙烧分为氧化焙烧和还原焙烧两种。氧化焙烧：通入足量空气，在900~940 ℃的烧结温度下，将Fe元素全部氧化为Fe₂O₃，即得常用的红砖。还原焙烧：在氧化焙烧后，密封窑体，隔绝空气，加煤炭，通过燃烧耗尽氧气并形成还原氛围，该过程中Fe₂O₃与CO反应得到FeO，这就由红砖变成了青砖。青砖和红砖虽然强度、硬度差不多，但因为青砖在空气中先被氧化再开始风化，而红砖直接进入风化期，所以，青砖在抗氧化、水化、大气侵蚀等方面性能明显优于红砖^［4］。

红砖和青砖是由于其中铁元素的价态不同引起的，但实际上在烧制过程中，砖块内外黏土所处的温度、空气、水分等环境因素不同，造成有些砖块内部的成分并不单一。因此，检验Fe²⁺时，需考虑其中含有Fe³⁺的可能性。

【问题情境】从红砖和青砖的烧制原料、烧制过程看，砖块的成分比较复杂，那方案3是否完全正确？有没有一种专门检验Fe²⁺的试剂？（铁氰化钾）此外，还有哪些检验 Fe²⁺、Fe³⁺的方法？

【学生总结】Fe²⁺、Fe³⁺的检验方法。

（1） Fe²⁺的检验方法。①观察颜色：浅绿色；②向溶液中加入KSCN溶液，无现象；再加入双氧水或氯水，溶液变为血红色；③向溶液中加入NaOH溶液，生成白色沉淀并立即转变为灰绿色，最后变为红褐色沉淀。

（2） Fe³⁺的检验方法。①观察颜色：棕黄色；②向溶液中加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀。

【追问】当Fe³⁺和Fe²⁺同时存在时，又该如何检验Fe²⁺？

【强调】由于Fe³⁺的存在会对Fe²⁺的检验产生干扰，可以选择酸性高锰酸钾溶液或铁氰化钾溶液，但不能选择KSCN溶液和NaOH溶液来检验。

2.4 模型建构

【问题情境】能否试着写出上述反应所涉及的化学反应的离子方程式？

【学生展示】方案1：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃。方案2：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O；2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-；Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃。方案3：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O；5Fe²⁺+8H⁺+MnO₄^-=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O。

【教师引导】从以上离子方程式中可看出，Fe²⁺能够被酸性高锰酸钾溶液、氯水等氧化剂氧化为Fe³⁺，那么Fe³⁺又如何被还原为Fe²⁺？

【板书】Fe²⁺\stackrel{\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{、}\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}({\mathrm{H}}^{+})}{\rightleftarrows }Fe³⁺。

【提问】向新制的FeCl₂溶液中加入KSCN溶液，溶液会变红吗？如果向溶液中再加入一些KNO₃固体，溶液会有什么变化？

【讨论】新配制的FeCl₂溶液中没有Fe³⁺，加入KSCN溶液后自然不会变红。但由于在实验室配制FeCl₂溶液时，常常会加入少量稀盐酸来抑制Fe²⁺的水解，而NO₃^-在酸性条件下具有强氧化性，加入KNO₃固体后，溶液会变红。

【教师引导】Fe、Fe²⁺、Fe³⁺微粒之间均可互相转化，而且具有氧化性、还原性的物质也不止上面提到的这些，请以小组为单位，完成这3种微粒间的转化信息。

【学生展示】Fe、Fe²⁺、Fe³⁺的转化关系如图1所示。

【过渡】铁元素的存在形式除了上面提到的Fe、Fe²⁺、Fe³⁺，还有哪些常见的存在形式？其中铁元素的化合价分别为多少？类别是什么？颜色是否一样？请以小组为单位，完成铁及其化合物的价-类二维图。

【学生展示】铁及其化合物的价-类二维图见图2。

2.5 课后拓展

【应用拓展】展示黑心砖的图片（图3）。查阅资料，分析黑心砖的形成原因，并提出防治措施。

3 教学设计反思

（1） 以实践新课标提出的“倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力”理念^［1］为目标，从学生所熟悉的西安古城墙入手，以青砖和红砖作为情境载体，将探究青砖和红砖的成分作为教学主线，复习并提升学生对“铁及其化合物”重点知识的认识和理解。

（2） “学生熟悉和热爱自己所在地域的文化，认同自己的故乡，可增强对祖国文化的认同感”^［4］是选取西安古城墙作为情境载体的另一重要原因所在。通过真实的生活情境、实验情境、问题情境，达成了建构知识网络、解决实际问题的学习目标，更重要的是以当地资源作为教学情境，增强了学生对家乡的热爱和对祖国文化的认同。

（3） 重视化学与社会的联系，关注化学、技术、社会间的相互影响，是新课程中考化学试题的一大特色^［5］，也是高考试题的一大亮点。细数近年来各个省份的高考试题不难发现，化学试卷中体现化学学科实际应用价值的试题量越来越大，“从生活走进化学，从化学走向社会”的教学理念越来越深入人心，让学生从化学的视角去观察周围的世界，从化学与社会的相互作用中体会、感悟化学学科的价值已成为学习化学的重要途径。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］.北京：人民教育出版社，2020.

[2] 周红卫.高效复习重在“唤醒”“辨析”与“变通”［J］.物理教师，2011，32（10）：57-60.

[3] 杜淑贤.普通高中化学课程标准（2017年版）解读：中学化学真实情境研究与案例［M］.上海：上海教育出版社，2019.

[4] 张婷，徐惠.基于真实生活的化学主题式情境教学：以“高一氧化还原反应专题复习”为例［J］.化学教学，2021（01）：66-71.

[5] 林静，黄燕宁.从生活走进化学，从化学走向社会，发展学生科学素养：北京师范大学化学学院化学教育研究所所长王磊教授专访［J］.中国教师，2013（07）：3-8.