基于真实情境的元素化合物复习课设计

一、教学背景

（一）课程标准与学业质量要求

《普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》在“物质结构与性质”主题中明确，元素化合物复习需“超越单一物质性质记忆，指向实际问题解决”，且学业质量水平3要求 “学生能基于物质性质设计实验方案，排除干扰因素，验证物质组成”。传统40分钟复习课多采用“知识点梳理 + 典型题精讲”模式如仅让学生背诵Fe2+/Fe3+的检验试剂与现象，却未涉及“实际样品如何预处理”，导致学生难以达到课标要求的“问题解决层级”，需通过真实情境搭建“知识—应用”的桥梁。

（二）学生学习现状的实证分析

为精准定位教学痛点，课前对本校高三300名学生进行前测（3 道简答题，满分 10 分）：①写出 Fe2+的两种检验方法（4 分）；②若检验菠菜汁中的 Fe2+，需先排除哪些干扰（3 分）；③设计检验菠菜汁中 Fe2+的简要步骤（3 分）。结果显示：①题得分率 68%（能完整写出两种方法），②题得分率 12%（提及 “草酸根”或 “色素”），③题得分率 9%（在步骤中加入“过滤”“酸化”等预处理）。

这一数据表明，学生对纯净体系中 Fe2+的检验知识掌握较好，但存在两大认知断层：一是 “实际样品与纯净溶液的差异认知缺失”，未意识到菠菜中草酸根（C2O42-）、色素等物质的干扰作用；二是 “实验设计的系统性思维不足”，无法将 “预处理—检验—验证” 形成完整逻辑链，这为教学目标的设定提供了实证依据。

（三）真实情境的教学价值深化

选择 “探究菠菜中的铁元素”作为情境，除贴合生活常识外，还具备三重深化价值：

1.STSE 教育理念适配：连接“科学（铁的化学性质）—技术（实验操作技巧）—社会（饮食健康）—环境（菠菜种植与营养保留）”，让复习课脱离“纯学术”范畴，呼应新课标 “关注化学与社会发展” 的要求；

2.分层探究的可行性：情境包含“基础检验（是否含铁）—进阶分析（存在形态）—高阶优化（排除干扰）”三个层级，可适配不同基础学生的需求，如基础薄弱学生聚焦“检验现象观察”，学有余力学生探究“络合原理与pH的关系”；

3.短课时高效性：情境核心矛盾（“为何直接检验现象不明显”）清晰，可快速聚焦复习重点，避免传统复习课 “知识点分散、时间浪费”的问题，适配高效教学需求。

二、教学实录

（一）情境导入：冲突激发，认知锚定

师生活动：

1.教师展示双组素材：①对比新鲜菠菜与超市 “菠菜营养成分表”（标注“每 100g 含 Fe 2.9mg”）；②普视频片段（内容为 “直接取菠菜汁加 KSCN，溶液未变红，质疑菠菜补铁”）。

2.学生即时反应：学生甲举手：“视频里的方法错了！应该先加氯水氧化 Fe2+！” 学生乙反驳：“万一菠菜里是 Fe3+呢？而且视频里没过滤，会不会是杂质影响？” 学生丙提出：“用磁铁吸行不行？”

3.教师引导聚焦：“磁铁只能吸引单质铁，而菠菜中的铁是离子态（Fe2+或 Fe3+），所以得用化学方法。但大家刚才提到的‘过滤’‘氧化’，其实都指向一个关键问题——实际样品检验和试管里的纯净溶液检验，最大的区别是什么？”（停顿 15 秒，学生齐声回答 “有干扰物质”）“今天我们就通过实验，解决‘如何检验菠菜中的铁元素’这个问题。”

设计意图：通过 “营养标签 + 争议视频”的双素材导入，比单一素材更易引发认知冲突，如学生丙的 “磁铁检验” 误区，可即时纠正 “离子态铁与单质铁的差异”，避免后续探究走偏；引课中完成“现象质疑—误区纠正—问题聚焦”，既激活已有知识，又精准锚定“干扰排除”的复习核心，为后续环节节省时间。

（二）知识回顾：靶向重构，方法适配

师生活动：

1.教师以 “前测问题②”为切入点：“前测中较少同学想到菠菜中的草酸根会干扰检验，那我们先回顾——Fe2+/Fe3+的检验方法，哪些能避开草酸根的影响？” 引导学生结合 “草酸根具还原性、能络合Fe2+” 的性质，梳理检验方法的 “适用场景”，形成优化表格（表 1）：

1.小组讨论：“结合菠菜的成分（含草酸根、叶绿素、Mg2+），哪种检验方法最适合菠菜？为什么？” 小组3代表发言：“选 KSCN + 氯水，因为NaOH会和Mg2+生成白色沉淀，掩盖 Fe²⁺的沉淀变化；苯酚检验对 pH 要求高，课堂操作不好控制；KSCN + 氯水只要先酸化除草酸根，就能用。”

设计意图：不同于传统 “罗列现象” 的知识回顾，表格新增“适用场景”列，且结合前测数据（学生对干扰认知不足），引导学生从“方法选择”角度重构知识，避免机械记忆；讨论聚焦 “菠菜样品的方法适配”，让知识回顾直接服务于后续实验设计，实现 “学用结合”，提升短课时内的知识迁移效率。

（三）实验探究：分层操作，思维外显

1. 实验准备（精细化优化）

试剂与器材：①提前1小时将新鲜菠菜剪碎，用组织捣碎机研磨成浆（每组 1 支离心管，约 5mL，标注 “新鲜”），另准备 2 组久置菠菜浆（室温放置 24 小时，标注 “久置 1”“久置 2”）；②稀盐酸（1mol/L，滴瓶分装，每滴体积约 0.05mL，避免用量失控）；③ 滤纸条（提前折成漏斗状，每组 3 张，减少折叠时间）；④实验记录单（含 “操作步骤—现象预测—实际现象—异常分析”四栏，引导规范记录）。

安全与分层指导：①基础组（前测 <6 分）：提供“分步操作流程图”（如“取浆→加蒸馏水→过滤→取滤液→酸化→检验”）；② 进阶组（前测≥6 分）：仅提供“核心任务（检验 Fe²⁺/Fe³⁺）”，自主设计步骤；③教师手持 “问题提示卡”（如 “滤液浑浊怎么办？”“氯水过量后溶液褪色原因？”），巡视时针对性发放。

2. 探究环节：三步进阶，暴露思维

步骤 1：样品预处理 —— 过滤与观察

操作：①基础组按流程图，取 5mL 新鲜菠菜浆，加2mL 蒸馏水搅拌，用预折滤纸过滤，收集滤液 A；②进阶组自主选择 “加蒸馏水稀释”或“直接过滤”，对比滤液澄清度。

学生操作细节：基础组学生丁过滤时液面高于滤纸边缘，滤液浑浊，教师递上提示卡 “液面为何不能高于滤纸？如何补救？”，学生丁快速更换滤纸，重新过滤；进阶组小组 5 选择 “直接过滤”，发现滤液仍有浅绿色素，讨论后决定 “加 1mL 蒸馏水稀释，降低色素浓度”。

记录：滤液 A（稀释后）呈浅黄绿色，无固体颗粒；直接过滤的滤液呈深绿色，色素浓度高。

分析：蒸馏水稀释可降低色素浓度，避免后续检验时色素颜色掩盖 KSCN 的红色，验证 “预处理需兼顾除杂与降干扰”。

步骤 2：初步检验——发现异常，提出假设

操作：①取1mL 滤液 A，滴加 2 滴 KSCN 溶液（检验  Fe3+）；② 取 1mL 滤液 A，滴加2滴 KSCN 溶液，再滴加 2 滴氯水（检验 Fe2⁺）。

现象记录：①滴加 KSCN 后无明显变化（排除 Fe3+）；② 滴加氯水后，溶液仅呈浅粉色，未出现预期的血红色，且浅粉色持续 10 秒后逐渐褪去。

小组讨论：“浅粉色不明显且褪去的原因是什么？结合菠菜成分，提出 2个合理假设。”

假设1（小组 2）：色素颜色太深，掩盖了红色（依据：直接过滤的深绿色滤液检验时，完全看不到粉色）；

假设2（小组 4）：草酸根与 Fe2+络合，导致 Fe3+无法被氯水完全氧化（依据：草酸根具还原性，可能与氯水反应，消耗氧化剂）；

假设3（小组 1）：氯水过量，氧化了 KSCN（依据：前测中记过“氯水过量会使红色褪去”）。

教师引导筛选：“如何通过简单操作验证假设 1？”学生齐声回答“对比稀释与未稀释的滤液检验现象”，进阶组小组5立即用深绿色滤液重复检验，发现“完全无粉色”，验证假设1部分成立；“假设2和3如何区分？” 学生提出 “先酸化除草酸根，再检验，若红色明显，则假设2 成立；若仍褪色，则假设3成立”，确定后续优化方向。

步骤3：优化检验——排除干扰，验证结论（10 分钟）

操作：①取1mL滤液 A，滴加3滴稀盐酸（酸化，C2O42-+ 2H = H2C2O₄），振荡20秒（确保络合解除）；②分两份：a.滴加2滴 KSCN（检验 Fe3+）；b. 先加 2 滴 KSCN，再逐滴加氯水（1滴 /次，观察颜色变化）。

现象记录：① a 管无变化（仍无 Fe3+）；② b 管滴加1滴氯水后，溶液立即呈浅红色，滴加第 2 滴后，红色加深为血红色，且红色持续 5 分钟不褪去。

结论推导：酸化后红色明显且不褪去，说明假设 2（草酸根络合）和假设 3（氯水过量）均是初步检验异常的原因——未酸化时，草酸根与Fe2+络合，且与氯水反应消耗氧化剂，导致Fe2+氧化不完全，出现浅粉色；同时，色素掩盖进一步减弱现象，三者共同导致异常。

汇报与补充：小组4代表汇报结论后，教师展示“久置1”菠菜浆的检验结果（滴加 KSCN后直接变红），提问：“久置菠菜为何出现 Fe3+？” 学生回答“Fe2+被空气中的氧气氧化”，教师补充“这就是为什么新鲜蔬菜建议现吃，避免营养流失”，连接生活常识。

设计意图：探究环节通过“分层操作（基础组流程图 / 进阶组自主设计）”适配学生差异，避免基础薄弱学生无从下手；“假设提出—筛选—验证”的思维链，让学生的隐性思维外显，如假设3的提出，体现前测知识的迁移；加入“久置菠菜”的对比检验，既拓展了情境维度，又深化了“Fe2+还原性”的理解，让探究不止于“检验”，更关联物质性质与实际应用。

（四）拓展应用：生活联结，素养落地

师生活动：

1.教师展示“家庭烹饪菠菜的两种方式”图片：① 直接炒菠菜；② 菠菜焯水后炒。提问：“结合今天的实验，哪种方式能提高铁的吸收率？为什么？”

2.学生互动：学生戊分享：“我妈妈每次煮菠菜都先焯水，今天知道是因为焯水能让草酸根溶于水，解除和 Fe2+的络合，人体就能吸收 Fe2+了！”学生己补充“之前看过文章说菠菜不能和豆腐一起煮，是不是因为草酸根和豆腐里的Ca2+形成草酸钙，既影响钙吸收，又浪费铁？”

3.教师总结：“没错！化学知识藏在每一顿饭里，学会用化学视角看生活，就是今天我们除了检验方法之外，更要掌握的能力。”

设计意图：通过 “烹饪方式对比”，让学生将“酸化除草酸根”的实验原理迁移到 “焯水去草酸”的生活场景，避免拓展环节流于形式。

（五）课堂小结与作业：体系构建，分层巩固

1.小结

知识体系：学生自主绘制 “菠菜中铁元素检验思维导图”（核心：预处理—检验—干扰排除），教师投影展示2份优秀作品，强调 “实际检验的三步骤：分析样品成分→选择适配方法→预处理排除干扰”；

思维方法：“异常现象分析四步走：观察现象→提出假设→实验验证→得出结论”。

2.分层作业：

基础层：完善课堂思维导图，补充 “检验猪肝中铁元素（含蛋白质、Fe3+）”的预处理步骤（提示：蛋白质需用什么试剂去除？；

进阶层：设计 “对比新鲜、久置1天、久置3天菠菜中 Fe2+/Fe3+含量变化 的实验方案，写出关键变量控制（如温度、光照）。

设计意图：自主绘制思维导图，比教师单向小结更能帮助学生构建个性化知识体系；分层作业紧扣“前测基础”，基础层聚焦 “预处理步骤”，进阶层聚焦“变量控制”，既避免学生负担过重，又实现 “因材施教”，为后续复习奠定基础。

三、教学反思

结合实验创设真实情境的教学是元素化合物教学的有效策略。“探究菠菜中的铁元素”作为情境，除贴合生活常识外，学生亲自经历实验设计，实验证伪，实验失败，查阅资料，修正方案，再次证伪，解决问题，打破枯燥的元素化合物学习，从元素化合物化学的知识教学到实验操作、实验探究等综合能力，潜移默化的引导学生体会到科研工作者的严谨性及研究规律，从而提高学生的综合素养。

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] 王方波，基于素养为本的元素化合物复习教学重构--以“铁及其化合物”为例U.化学教与学，2021（07）：69-73.教育出版社 ，2020.

本文为“广州市教育科学规划（Guangzhou education scientific research project） 2024 年度课题基于真实情境的高中化学课堂教学研究（课题编号202316277）”研究成果