基于情境的化学常态课教学研究

摘要

常态课是决定教学质量的重要因素，但其实施缺少基于真实情境的问题解决过程，与优质课差距较大。分析化学常态课现状，据此提出基于真实情境的化学常态课教学设计模型。由此引申出，在设计课例时，应按照“确定教学目标、选择课本素材、加工教学情境、创设问题情境、设计学科能力活动”的流程进行课前备课；课堂重点应落在“证据推理、提出猜想、驳斥观点、二次猜想、验证猜想、形成程序”的学生活动。以“铁的重要化合物”为例进行课例研究，为化学常态课教学展示一种范式，具有一定的教学参考价值。

Graphical abstract

关键词

真实情境 / 化学常态课 / 铁的重要化合物 / 教学研究

化学核心素养和高考评价体系的升级，决定情境教学成为化学优质课的标配，精彩的情境设置往往让人叹为观止。无论是采用“第三代补铁剂”^［1］，还是采用“两种不同打印墨粉的打印效果不同”^［2］进行“铁及其化合物”的元素化合物教学，抑或通过设计过氧化氢使用注意事项标签^［3］进行“氧化还原反应”的概念教学等，都是以一个主题情境为主线贯穿教学始终。然而，优质课中主题情境的创设往往需要查阅大量资料，完成大量实验，且需要团队反复打磨。这种需要耗费大量时间与精力才能准备的情境，往往在化学常态课中很难实现。因此，基于常态课开展情境教学成为目前教学中的一个难题。

1 研究现状

1.1 目前情境教学存在的问题

目前，情境教学研究大多基于优质课展开，而常态课则以平铺直叙为主。而优质课过度追求全新教学情境以彰显自身课例的唯一性，如围绕“补铁剂”的“铁及其化合物”的情境教学设计，就已实现从第一代补铁剂到第二代补铁剂，再到第三代补铁剂的全面覆盖。刘毛毛等^［4］指出，教师在实际教学中往往只关注教材正文的知识内容，而对教材栏目承载的情境内容置之不理，使其无法发挥相应的教育教学作用；董丽英^［5］指出，目前还有部分教师只在导课时引入情境，误以为情境设置仅仅为了引起学生的学习兴趣，而在教学中却忽略实验教学情境。还有一种值得反思的情况是，教学情境完全脱离教材内容，虽然情境表面上也能覆盖核心知识，但却无法体现教材的逻辑性。

1.2 基于情境的化学教学研究现状

以“化学常态课”为主题词在期刊网进行搜索，发现近10年仅收录21篇文章，研究方向主要集中在常态课和优质课课堂教学行为的比较、新老教师在常态课行为特征的比较、常态课中某些教学行为的研究（如实验教学、微视频应用、新课导入）等，而关于化学常态课的情境教学鲜有介绍；以“化学优质课”为主题词在期刊网进行搜索，发现近10年共收录136篇文章，前期研究主要集中在课例展示、教学反思、评价研究，后期研究主要集中在情境教学、教学模式、核心素养。显然，针对化学优质课的研究力度大大超过针对常态课的研究力度。

进一步分析发现，近年收录关于“化学情境教学”的研究，主要集中在情境教学的内涵和特点介绍、情境教学的现状反思和教学情境创设方法、某个知识点的情境教学案例实施等方面，而在常态课中基于真实情境的可迁移的教学设计模型却鲜有介绍。

2 模型的提出

常态课，是实现有效教学的主渠道。从育人的角度出发，广大教师更需要研究如何在质朴无华的常态课中不断提升教学质量。有鉴于此，基于真实情境的化学常态课教学设计模型的确值得研究。毫不夸张地说，它无疑是提升教学质量的有效手段之一。

2.1 基于真实情境的化学常态课教学设计模型的要素构成

《普通高中化学课程标准（2017年版）》^［6］指出，有效的教学过程是在真实的任务情境中促进学生自主解决问题，并通过反思建构起能迁移至不同情境的有意义的知识和应用能力。王换荣等^［7］在研究高中化学真实情境教学的设计范式中提出真实情境、知识能力与核心问题之间的关联，并要求基于真实情境的常态课教学设计要能帮助学生在追溯过程中探寻知识生成的前因后果。

教材是按照知识生成的前因后果进行编写的。最重要的情境就是课本情境，探讨和体验要立足于文本情境。但是针对教材中情境素材的整合性深度分析，并没有得到应有的关注。

基于真实情境的化学常态课教学设计模型更重视课本素材利用，因此在王换荣等设计范式的基础上，笔者提出4个核心要素：课本素材、真实情境、驱动问题和能力活动，四者的关系如图1所示。常态课重心不是制作热闹非凡的场面秀，而是在利用教材帮助学生梳理知识来龙去脉的同时形成思路和提炼方法，即建立知识间的逻辑关系。因此，教师要甄别课本素材，选择蕴含化学知识的合适素材，创设真实情境，体现教材知识编排的教学逻辑；在真实情境中结合化学实验、物质性质、反应原理^［8］等设置驱动问题，让学生在问题解决过程中感受知识的被需要，体现知识生成的逻辑；在问题驱动下，通过说明论证、推论预测、简单设计、复杂推理等不同层次的学科能力活动，慢慢培育学科核心素养，体现素养形成的逻辑。

2.2 基于真实情境的化学常态课教学设计模型的教学流程

基于真实情境的化学常态课教学设计模型的教学流程（图2）包含课前准备和课堂重点两部分，共有6个核心环节。①研读课程标准，落实本堂课的知识与能力要求，确定教学目标；②研究课本素材，选择合适的教材栏目进行整合，形成课堂教学主线，体现教学逻辑；③认真推敲、精心编排课本素材，选择合适的大情境统领整节课，设计小情境支撑不同教学环节，体现真实情境的逻辑线索；④分析已有基础，寻找学生的最近发展区，围绕课本素材情境创设问题，促使学生在问题解决中自觉主动地调用已有知识，通过认知冲突打破模糊概念；⑤结合有层次的问题链设计不同层次的学科能力活动，有辨识、概括、说明的学习理解层面活动，有分析、预测、设计的应用实践层面活动，有复杂推理、综合探究的创新迁移层面活动；⑥课堂主要是学生舞台，借助有递进逻辑的情境和问题让学生根据已有知识、给定证据进行分析推理、得出结论，根据情境与问题的深度在推理过程中不断提出新观点，驳斥原有猜想，设计实验验证猜想并得出结论。常态课是培育化学核心素养的关键场所。

3 课例实施

近10年，关于“铁的重要化合物”的优质课^［9-11］主要围绕补铁剂、暖宝宝、药物或食品中铁元素含量的测定方法展开情境教学。这些优质课的亮点，是在情境教学中实现“价态”和“类别”思维融合性建构的突破，不足之处在于没有实现利用教材帮助学生在梳理知识的基础上形成思路和提炼方法。

3.1 教学结构

以基于真实情境的化学常态课教学设计模型为指导，设计“铁的重要化合物”常态课教学结构（图3）。

3.2 教学过程

（1） 回忆与梳理。

第一部分：提出铁的氢氧化物制备方法。

师：请根据已有知识提出制备Fe（OH）₃和Fe（OH）₂的方案，并说出依据。

生：可以利用强碱制弱碱的原理制备。

【学生实验】按照实验3-1进行，记录现象并解释。

师：实验有哪些现象与预测不同？说明什么问题？

生：在制备Fe（OH）₂的试管中，一开始看到白色沉淀，很快变成墨绿色，最后慢慢变成红褐色。

学生分析出现红褐色沉淀说明有Fe（OH）₃生成，根据铁元素升价说明O₂参与氧化。学生再根据质量守恒原理写出Fe（OH）₂被氧化的化学方程式。

教师小结：根据在空气中较快被氧化的现象说明Fe（Ⅱ）有较强的还原性，并在价类二维图中得到完善。

【设计意图】基于碱的制备诊断类别反应意识，发展分析异常现象的能力，实现“宏微符”三重表征教学。

第二部分：基于真实情境引出Fe³⁺的检验方法。

【过渡】往上述Fe（OH）₂的试管中加入过量稀H₂SO₄，写出发生反应的离子方程式。

师：判断该试管溶液中是否含有Fe³⁺，说出判断依据。

生：根据溶液呈黄色，判断溶液中存在Fe³⁺。

师：将该黄色溶液稀释后（变成无色），还能根据颜色说明Fe³⁺存在吗？说明什么问题？还有哪些方法？

生：颜色深浅取决于浓度，不科学。可以往原溶液中加入NaOH溶液，观察是否有红褐色沉淀出现。

教师演示往原溶液中滴加NaOH溶液的操作步骤，提醒学生观察到的现象是否与预测一样。学生分析没有红褐色沉淀出现，反而看到墨绿色沉淀，说明溶液中多种离子的检验需要考虑干扰问题。

【设计意图】基于真实实验现象的呈现与分析，从灵敏度、干扰的角度发展学生对离子检验方法变化的理解。

第三部分：基于对照实验的角度理解教材内容的编写意图。

【过渡】不同离子产生不同现象是干扰，不同离子产生相同现象也是干扰。因此检验最好选择灵敏度高且专一的试剂。对于Fe³⁺检验，可选择KSCN溶液。若往上述沉淀溶解后的溶液中滴加几滴KSCN，溶液变成血红色，能否说明溶液中一定含有Fe³⁺？怎样进一步说明？

生：不一定。严谨来说，还要做Fe²⁺、Fe³⁺分别与KSCN溶液反应的对照实验。

【学生实验】按照实验3-2进行，记录现象。含Fe³⁺的溶液遇到KSCN时都会变成红色，据此检验有Fe³⁺存在。原理是：Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃，Fe（SCN）₃呈红色（图4）。

【设计意图】使教材逻辑显性化，发展学生对照实验的设计能力。

（2） 预测与验证。

第一部分：基于已有知识提出设计方案。

师：如何能使a试管溶液红色褪去或者b试管溶液由无色变成红色？请提出方案并说出依据。

生：变红是因为生成了红色的Fe（SCN）₃，只要把a试管溶液中Fe³⁺或SCN^-反应消耗掉，红色应该就能褪去。由于没有学过SCN^-的性质，只能往Fe³⁺考虑。从类别角度可加入足量NaOH溶液；从氧化还原角度，可以考虑加入Fe、KI等还原剂。

师：b试管溶液由无色变为红色的本质原因是什么？

生：应该是Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，再和SCN^-反应生成红色的Fe（SCN）₃。可以往b试管溶液中加入常见氧化剂，如H₂O₂、氯水、酸性KMnO₄等。

【设计意图】利用具体实验情境创设问题，促进学生已有知识的结构化与功能化。

第二部分：分组实验验证猜想。

学生按照设想进行实验，验证设想是否正确。

师：在实验过程中，有哪些现象与预测不同？

生：往FeCl₃溶液中滴加KI变成黄色，没有褪色；往无色溶液中加入H₂O₂，变成红色后再褪色。

师：实验不一定跟预测完全相同，所以更要抓住异常现象进行分析。变黄是因为碘水颜色；至于加H₂O₂后变红，说明Fe²⁺已被氧化成Fe³⁺，但是褪色是什么原因呢？

生：变红原因，是Fe³⁺与SCN^-反应生成红Fe（SCN）₃；红色褪色，肯定是Fe³⁺或SCN^-被反应；但是Fe³⁺与H₂O₂不反应，那只能是SCN^-被反应。

【设计意图】提高学生针对异常现象的分析推理能力，促其养成科学探究的求真务实情感态度。

（3） 拓展与延伸。

师：若往a试管红色溶液中加入足量铜粉，经振荡后红色会褪去吗？说说判断依据。

生1：会褪色，铜粉也是还原剂，能使Fe³⁺还原成Fe²⁺。

生2：不会褪色，因为铜粉是氢后金属，还原性很弱，不能使Fe³⁺还原成Fe²⁺。

【学生实验】往少量红色溶液中加入铜粉，振荡，记录现象并书写化学方程式。

【拓展】还可以将上述原理运用到覆铜板制作图案。请课后阅读教材第70页“探究”，完成以下任务：①用流程图表示利用覆铜板制作图案的过程；②如何处理使用后的“腐蚀液”使其再生。

【小结】从知识点来说，该课的学习重点是Fe²⁺和Fe³⁺的相互转化；从能力点的角度看，要求学生能基于物质类别和元素价态预测物质性质和设计物质间转化的途径。

【设计意图】进一步巩固学生基于氧化还原的角度解决问题的分析路径。

4 教学反思

该课是基于真实情境的化学常态课教学设计模型的教学尝试，设计思路是源于教材、用好教材、提升教材。其中，有两点总结值得重视。

（1） 创设教学情境的目的是希望学生在陌生环境中建构知识，而知识是需要通过一定的逻辑呈现、吸收和运用的，因此教学情境的创设要体现教材的教学逻辑线索，这样学生在课后才有可能根据所学内容进行全面复盘。

（2） 基于教学情境进行问题创设要重视学生“最近发展区”。创设问题过难，会使学生望而却步，无法推进课堂教学；创设问题过易，会使学生缺乏探究欲望。因此，课堂问题应该以学生已有知识为基础（表1），设置有梯度、给定角度和不给角度相穿插、封闭式和开放式相结合的问题，让学生真正经历探索、归纳、猜想、论证等有意义的过程，从而真正经历解决问题的过程。创设问题情境的核心，不是为了获得简单的事实性答案，而是要求学生在获得知识、习得方法的基础上建立思考问题的角度，通过多次训练后能形成主动自觉的认知方式。

综上所述，常态课应该利用教材帮助学生建立知识之间的逻辑关系，应该通过将课本素材加以整合和转化的真实情境，让学生在问题解决过程中感受知识的被需要，体现知识生成的逻辑。基于真实情境的化学常态课教学设计模型，正是从课本素材出发，创设真实情境和驱动问题，通过学科能力活动培育学生核心素养的设计模型。其效果表现为：既能促进学生认识教材，避免学生课后对其了解一片空白；又能促进教师研究教材，避免教师的备课完全抛开教材，天马行空。须知，只有深入挖掘教材，教师才能在实际教学中设计出有学习意义的、有探究价值的学科能力活动来充实教学过程。可见，基于真实情境的化学常态课教学设计模型，对教师的教与学生的学均产生正面促进作用，具有推广价值。

参考文献

[1] 孙彤，朱燕.基于真实问题情境开展实验探究的教学设计与实施：以“探秘第三代补铁剂”为例［J］.化学教育（中英文），2022，43（01）：128.

[2] 张丽华.“素养为本”的元素化合物知识教学：以“铁及其重要化合物”为例［J］.化学教学，2019（08）：57-61.

[3] 宋立栋，刘翠.高中化学“氧化还原反应的应用”项目式教学：设计过氧化氢使用注意事项标签［J］.化学教育（中英文），2021，42（23）：44-50.

[4] 刘毛毛，姜建文.鲁科版高中化学必修新教材情境素材分析与教学建议［J］.化学教育（中英文），2021，42（03）：1-6.

[5] 董丽英.化学课堂中开展情境教学的现状调查分析与思考［J］.中学化学，2022（05）：1-3.

[6] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版） ［S］.北京：人民教育出版社，2018.

[7] 王换荣，蒋晓乾，沈旭东.简论高中化学真实情境教学的设计范式［J］.中小学教师培训，2022（11）：65-68.

[8] 钟国华.基于三元整合策略提高学生问题解决能力的高三专题复习研究：以“FeCl₃和SO₂反应”为例［J］.化学教学，2021（02）：33-38.

[9] 刘妍，王秀红，张冬华.基于化学学科核心素养的“铁盐和亚铁盐”教学设计［J］.化学教育（中英文），2019，40（07）：33-37.

[10] 耿亚萍.基于生活问题情境的化学核心素养的培养研究：以铁及其化合物复习为例［J］.化学教育（中英文），2019，40（07）：38-41.

[11] 汪阿恋，吴新建，张贤金，等.利用智能手机测定补铁药物中的铁含量［J］.化学教育（中英文），2021，42（03）：65-69.

基金资助

广州市教学成果培育项目“促进中学生化学核心素养发展的三元整合教学模式研究与实践”(2023128293)

广州市2025年教育科学规划课题“基于三元整合策略的化学微专题教学研究”(2024110776)