王嬡華

摘要：綜合運(yùn)用化學(xué)和其他學(xué)科的知識(shí)分析解決復(fù)雜問題，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是當(dāng)前化學(xué)課程改革的重要目標(biāo)之一。以五色土為探究情境，通過“認(rèn)識(shí)五色土——探究五色土——轉(zhuǎn)換土色——觀土色解決土壤問題”四個(gè)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究土壤中“鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化”，綜合運(yùn)用化學(xué)、地理、生物等知識(shí)來(lái)解釋自然及生活環(huán)境中的現(xiàn)象，并嘗試?yán)盟鶎W(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：學(xué)科融合;五色土;鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化

文章編號(hào)：1008-0546（ 2021）08-0033-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.009

一、背景

現(xiàn)實(shí)生活中任何有意義的問題都具有綜合性和復(fù)雜性，單一的學(xué)科知識(shí)不能充分解釋或解決這些問題，這要求在分科教學(xué)的背景下實(shí)施學(xué)科融合教學(xué)。在教育部頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》[1]中，也明確提出教師應(yīng)適當(dāng)融合跨學(xué)科知識(shí)，拓寬學(xué)生知識(shí)視野，豐富教學(xué)情境，讓學(xué)生切身感受化學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境的密切聯(lián)系，以及學(xué)習(xí)化學(xué)的意義，發(fā)展學(xué)生解決綜合問題的能力。

二、教材分析

新教材蘇教版化學(xué)必修第二冊(cè)中，“探究鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化”一節(jié)，以鐵及其化合物為例，探究物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化模型，篩選出物質(zhì)制備時(shí)最優(yōu)反應(yīng)路線[2]。土壤，其顏色主要由含鐵化合物的價(jià)態(tài)以及氣候、生物化學(xué)過程等決定，顏色的變化與含鐵化合物的價(jià)態(tài)變化密切相關(guān)。土壤中含三價(jià)鐵較多時(shí)，土壤顏色偏紅;含二價(jià)鐵較多時(shí)，土壤顏色偏青。因此，土壤顏色及其顏色變化機(jī)理可以用于“探究鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化”教學(xué)。不同顏色的土壤還代表不同地方，常用“五色土”象征五方和國(guó)土，在我國(guó)古代，帝王有祭祀五色土的傳統(tǒng)。以不同顏色的土壤為主題研究對(duì)象，可以將化學(xué)、生物、地理、歷史知識(shí)很好地融合在一起，開拓學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，并在學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建物質(zhì)轉(zhuǎn)化模型。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.在探究過程巾掌握Fe3+與Fe2+的檢驗(yàn)方法;

2.能運(yùn)用變量控制的方法設(shè)計(jì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)方案，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行合理推斷;

3.能將鐵元素的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化知識(shí)和Fe3+與Fe2+的特征檢驗(yàn)知識(shí)遷移運(yùn)用到生活環(huán)境中。

四、設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課內(nèi)容擬分為四個(gè)環(huán)節(jié)，逐步引導(dǎo)學(xué)生探究鐵元素的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律，運(yùn)用轉(zhuǎn)化規(guī)律及檢測(cè)知識(shí)去解決生產(chǎn)生活中的問題。

環(huán)節(jié)一：認(rèn)識(shí)五色土（表1）

設(shè)計(jì)意圖：將歷史和地理題材引入化學(xué)課堂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生從多學(xué)科角度去分析五色土的象征意義及其形成原因，重點(diǎn)關(guān)注鐵的價(jià)態(tài)在土壤顏色形成中的重要作用。

環(huán)節(jié)二：探究五色土（表2）

設(shè)計(jì)意圖：向?qū)W生介紹不同價(jià)態(tài)鐵元素的定性檢測(cè)方法，讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)利用所學(xué)的知識(shí)去檢測(cè)土壤，學(xué)以致用，引入一些定量檢測(cè)的知識(shí)，架起課內(nèi)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的橋梁。在檢測(cè)方法方面，考慮到土壤溶液的復(fù)雜性，在這個(gè)環(huán)節(jié)只介紹了硫氰化鉀檢測(cè)Fe3+和硫氰化鐵檢測(cè)Fe2+。土壤中除了Fe2+具有還原性以外，還有其他的還原性物質(zhì)，缺氧環(huán)境中還原性物質(zhì)較多。高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，與還原性物質(zhì)反應(yīng)會(huì)褪色，引入這一實(shí)驗(yàn)是為了加深學(xué)生對(duì)氧化還原的理解。

環(huán)節(jié)三：轉(zhuǎn)換土色（表4）

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過幾組對(duì)比圖片，引導(dǎo)學(xué)生從鐵的轉(zhuǎn)化角度分析土色的變化，從中總結(jié)出元素價(jià)態(tài)降低需要提供還原劑（如CO、H2），元素價(jià)態(tài)升高需要提供氧化劑（如02），從而建立一個(gè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系模型。學(xué)生還可以從分析中發(fā)現(xiàn)，不僅化學(xué)物質(zhì)，氧化還原環(huán)境的改變也可以調(diào)控鐵元素的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化，物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與反應(yīng)條件密切相關(guān)。在理論鋪墊的基礎(chǔ)上，再給學(xué)生提供各種還原劑和氧化劑，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)鐵的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化。利用開放型實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生設(shè)計(jì)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的能力，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中的“異常”現(xiàn)象進(jìn)行反思、質(zhì)疑，并提出新的實(shí)驗(yàn)設(shè)想，且付諸實(shí)施。在實(shí)驗(yàn)探索中將知識(shí)內(nèi)化。

環(huán)節(jié)四：觀土色解決土壤問題（表5）

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的鐵元素價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律以及檢測(cè)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)合化學(xué)、生物學(xué)科知識(shí)，分析并解決水稻亞鐵中毒的問題。不僅可以檢驗(yàn)學(xué)生本節(jié)課知識(shí)的掌握及運(yùn)用的情況，還可以促進(jìn)學(xué)生嘗試對(duì)復(fù)雜化學(xué)問題情境中的關(guān)鍵要素進(jìn)行分析，并建構(gòu)相應(yīng)的模型來(lái)綜合解釋或解決復(fù)雜的化學(xué)問題。

五、總結(jié)反思

在當(dāng)前新課標(biāo)、新教材、新高考的背景下，有必要讓學(xué)生多去接觸一些生產(chǎn)生活中的案例，去認(rèn)真解讀一些習(xí)以為常的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的信息篩選處理能力、邏輯思辨能力、綜合運(yùn)用知識(shí)處理復(fù)雜情境下問題的能力。土壤顏色存在差異是一個(gè)真實(shí)存在的現(xiàn)象，高一的地理教材已經(jīng)從氣候角度進(jìn)行過解釋，學(xué)生平常在旅游或看新聞、看書的過程巾也會(huì)經(jīng)?？吹讲煌伾耐寥溃茈y想起與學(xué)過的各學(xué)科知識(shí)有什么關(guān)聯(lián)。在本案例中，以“五色土的顏色”為主要情境線，去探究“五色土是什么”“五色土的顏色與什么有關(guān)”“如何改變土壤顏色”“如何利用土壤顏色中的知識(shí)解決土壤巾的實(shí)際問題”，層層遞進(jìn)，將“鐵的檢驗(yàn)及轉(zhuǎn)化”的知識(shí)蘊(yùn)含其中，引導(dǎo)學(xué)生從多學(xué)科角度重新認(rèn)識(shí)土壤顏色，幫助學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的思維方法以及構(gòu)建化學(xué)知識(shí)模型。

具有學(xué)科融合特點(diǎn)的主題可激起學(xué)生合作討論的熱情，不論擅長(zhǎng)哪個(gè)學(xué)科，都能說出自己的見解。在研究性、開放性、包容性的學(xué)習(xí)環(huán)境中可有效促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提高與落實(shí)。在學(xué)科融合思想指導(dǎo)下開展教學(xué)，最終目的是為了提升主體學(xué)科的教學(xué)效果，拓寬學(xué)生的視角，發(fā)散其思維，培養(yǎng)學(xué)生用聯(lián)系的觀點(diǎn)，多維度發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力，從而促使其綜合運(yùn)用知識(shí)的能力獲得提升。在尋找具有學(xué)科融合性質(zhì)的情境素材時(shí)，教師可以先嘗試從自己擅長(zhǎng)或感興趣的學(xué)科出發(fā)，這樣可以有效減輕教學(xué)負(fù)擔(dān)，提升教學(xué)效果[5]。對(duì)與主體學(xué)科密切相關(guān)的學(xué)科知識(shí)點(diǎn)及其結(jié)構(gòu)要把握到位，把可以契合的點(diǎn)和面有機(jī)的整合在一起，運(yùn)用到課堂中來(lái)，但不可脫離主體學(xué)科教學(xué)的主題。

參考文獻(xiàn)

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[5]莊妍.STEM教學(xué)案例研究——跨學(xué)科素養(yǎng)培育的視角[D].上海：華東師范大學(xué)，2019：126本文系教育部“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“指向核心素養(yǎng)的學(xué)科融合教育的實(shí)踐研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：DHA180413）的階段性成果。