• 周春美:墨粉中“铁的氧化物”探究教学设计与反思
  •           2018/4/5     浏览()     【
  • 墨粉中铁的氧化物”探究教学设计与反思

    江苏省溧阳中学  周春美

    尊敬的各位专家、各位同行:

     大家下午好,很高兴能在江苏教学新时空与大家见面。这节课我是去年119号上的常州市高三一轮复习研讨课,研讨的主题是基于核心素养的主题式教学研究。下面我就《墨粉中“铁的氧化铁”的探究》这节课从以下四个方面来说说我的构想与感悟,不到之处恳请大家批评指正。

    一、教学分析

    (一)内容分析

    铁及其化合物的相关内容在苏教版《必修1》、《化学反应原理》、《有机化学》都有涉及。《必修1》主要涉及Fe2+Fe3+的鉴别、Fe2+还原性、Fe3+的氧化性及其应用;《选修45》主要涉及Fe3+的水解、催化等性质及其应用,2017版的课标对本节课所要达到的学习要求为:结合真实情景中的应用实例或通过实验探究,了解铁及其化合物的主要性质,了解这些物质在生产、生活中的应用。

    (二)学情分析

    高三化学复习课具备有别于新授课的独特学情,学生对知识点已有一定的认识和了解,复习是一个巩固知识与提升素养的过程。个人认为素养不只是知识与技能,它是在特定情境中,通过利用和调动心理、社会资源,以满足复杂需要的能力;它是人能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力,而主题式教学是培养学生核心素养的重要途径,高三复习要想不拘常规,主题式教学尤其适合。它可以重新规划、整合不同的教学资源进行二次开发,摆脱传统书本内容的束缚,给学生制造一个焕然一新的场景,改善学生的复习疲劳症,愿意积极参与到课堂教学,在愉快且不失紧张中高效学习,更快地激活学生对于知识的零散记忆,同化、理解、吸收习得的知识,巩固基础、优化思维、提升能力。

    二、教学设计

    (一)教学目标

    综合分析课标、教材和学情,紧密联系主题内容,着眼核心素养,制定了本节课的三维目标:

    ⑴过对“氧化铁”成分、含量、制备的探究重构铁及其化合物的性质及应用;

    ⑵通过参与实验探究的过程,让学生体会实验探究的一般方法,从而提升实验探究的能力;

    ⑶通过本节课的学习与研究,让学生感受到真实的化学,生活处处充满化学。

    (二)重点、难点

    重点:1Fe2+Fe3+的检验;

    2Fe3+的性质、用途等相关知识的重构。

    难点:1利用Fe2+Fe3+性质测定铁元素含量的实验方案设计和优化;

          2、学习和掌握实验探究的一般方法。

    为了更好的突出重点、突破难点,本节课我从学生的已有生活经验出发,联系生活实际,分组实验、学生自主探索、交流分享、资料链接等多法并用的手段,期待让学生获得尽可能多的收获。

    (三)教学流程

    进行“主题式复习”先要确定一个复习主题,然后通过创设符合该主题的一系列情境激发学生的学习兴趣,通过一个个问题链来演绎教学过程,激活知识内存,学生会去自主探究,深层次的理解知识,熟悉应用技能和方法,主动构建知识脉络,建构模型,进而提高思维能力。

                   

    铁及其化合物的相关内容在多本书中涉及,如何将这些知识以全新的方式呈现于高三复习课堂?在课程标准p16页“情境素材建议”部分特别强调:学习铁元素的性质时可以利用打印机(或复印机)中使用的墨粉中铁的氧化物的磁性创设情境,受到启发后确定“墨粉”这一主题,创设了三个情境,先以实验探究的方式研究墨粉中 “氧化铁”的成分,复习Fe2+Fe3+的鉴别,夯实基础知识。再以交流分享的形式研究墨粉中 “氧化铁”含量的测定,最后回归实际生产,了解工业上如何制备磁性较高、适合于墨粉用的“氧化铁”,重点复习了Fe3+的性质及应用,在夯实基础的前提下,加以方法的渗透,期望实现学生的能力在每节复习课中逐步提升的美好愿望。

    三、教学实录

    环节一:探究 “氧化铁”的成分

    【导入】展示文印室复印机及墨粉盒。

    【问题1】你知道黑色墨粉的成分吗?

    【学生】猜测是碳。

    【投影】展示一份该墨粉主要组成元素的检测报告,碳元素只占20.968%,猜想错误。展示墨粉主要成分图片,苯乙烯丙烯酸酯聚合物占50%-60%,氧化铁占40%-50%

    【问题2墨粉中的“氧化铁”是哪一种铁的氧化物?如何证明你的猜想?

    【学生1】认为是三氧化二铁。

    【投影图片】50%Fe2O3与黑色粉末混合,可清晰看到红色,否定猜想。

    【学生2】四氧化三铁,用磁铁吸引可以证明。

    【演示实验】磁铁吸墨粉,无法吸出,该物理方法失败。

    【学生3】可能是氧化亚铁,也可能是四氧化三铁,可以取墨粉加酸溶解,检测酸浸液所含离子,如果检测到Fe3+,该铁的氧化物是Fe3O4 ,反之就是FeO

    【实验探究】分组实验,完成实验记录单,并用摄像头展示学生实验过程(供选试剂:墨粉、盐酸、KSCN溶液、NaOH溶液、KMnO4溶液,友情提醒:借助一团棉花可轻松获得上层清液)。

    【学生1】加KSCN产生血红色,加KMnO4溶液褪色,加NaOH溶液无现象(大多数组都是这个现象)

    【学生2】加NaOH溶液产生红褐色沉淀(只有一组,因为本组提供的是一瓶高浓度NaOH)。

    【学生3】换用试管做实验,大概加10ml浓苯酚可以看到紫色。

    【小结1】投影小结Fe2+Fe3+的鉴别方法。

    【学生】提出疑问,刚才使KMnO4褪色的不一定是Fe2+,可能是过量的HCl所致、可能是苯乙烯丙烯酸酯聚合物所致,但是肯定有Fe3+,所以墨粉中的氧化物是Fe3O4

      【投影图片】墨粉中的“氧化铁”名不符实,其实工业上的氧化铁有很多种,“氧化铁红”指的才是Fe2O3Fe3O4应该是“氧化铁黑”。

    投影】百度百科对于墨粉的解释,墨粉的主要成分不是碳,而是由树脂、炭黑、电荷剂、磁粉等组成,磁粉用的就是的球形Fe3O4的黑色和磁性,但目前市场上假的墨粉多采用炭黑作原料,会产生致癌物。

    设计意图:墨粉在实际生活中应用广泛,从熟悉的事物创设情境,激发学生的学习兴趣,吸引学生自主参与课堂教学,思考“氧化铁”的检验方法,从物理性质和化学性质等多角度拓宽思维,提高思维深度。通过组成的比较引起认知冲突,产生实验探究“氧化铁”中铁的化合价的欲望,提高探究的价值。在获得实验结果后及时将课堂向生活延伸,解释工业中的“氧化铁”的种类和百度百科对于墨粉组成的解释,让学生释疑,同时强调墨粉中磁粉的含量和磁性的重要性,为下面环节的展开作好铺垫。

    环节二:测定“氧化铁”的含量

    【问题3磁粉(Fe3O4)是衡量墨粉质量(含量40% -50% )优劣的重要指标之一。如果你是含量检测师,你能设计实验计算出我校文印室墨粉中Fe3O4的含量合格吗?(画出简易流程图)(供选试剂: m g墨粉、稀硫酸、NaOH溶液、H2O2KMnO4溶液、Cu粉、 Fe粉、 KI溶液、淀粉、 Na2S2O3溶液 、水等)

    【学生活动】设计实验方案,对方案非常感兴趣,设计得很投入。

    【交流分享】方法一

    【学生1           

    【学生2KI要足量,这样加KI之前先要加热除去过量的H2O2,否则测量结果偏大

    【教师】定量实验,还要标清使用的量。

    【投影】滴定法

    【交流分享】方法二

    【学生1

    【学生2Cu粉要足量。

    【学生3】不能用KMnO4滴定,因为墨粉中的苯乙烯丙烯酸酯聚合物的结构和性质不知道,它会和KMnO4反应?

    【教师】在没有其它物质干扰的理想状态下可以用KMnO4滴定。

    【投影】滴定法

     

     

     

     

     

    【交流分享】方法三

    【学生1

    【教师】Fe(OH)3不稳定,在蒸干至恒重过程中可能会分解,最好充分灼烧固体,称Fe2O3的质量。

    【投影】沉淀法

     

     

     

     

    【追问】还有其它方案吗?

    【学生】教室静悄悄,眼睛盯着老师。

    【教师】还可以借助仪器测铁元素的含量,常用的方法如分光光度计、质谱仪等,这份检测报告用的是电感耦合法,测得Fe元素质量分数为31.609%,折算成Fe3O4的质量分数为43.651%,在40%-50%之间,合格。

    【小结2Fe3+的氧化性——能氧化I- Cu SO32-AlFeCO等。

    【投影】图片展示:制电路印刷板原理、铝热反应、高铝炼铁

    设计意图:“氧化铁”的含量测定是一个定量问题,定量实验设计学生需要明确实验目的、确定实验原理、设计实验方案、推敲实验细节,对学生的能力要求非常的高。本环节在老师指导下,结合自主、合作的方式展开,课堂充满活力,平时不愿意开口的学生都愿意表达自己的心声。在活动中学生体会到解决问题策略的多样性,根据实际需要选择理想的方法,实验设计的过程中Fe2+的还原性、Fe3+的氧化性以及两者的相互转化等知识复习也就水到渠成。最后结合报告中Fe元素质量分数的数据计算Fe3O4的含量,让学生感受所学知识的价值。

    【链接高考】(2017江苏·18(1))碱式氯化铜有多种制备方法,方法2: 先制得CuCl2,再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2,Fe3+对该反应有催化作用,其催化原理如图所示。M’的化学式为         

    设计意图:巩固Fe3+的氧化性,让学生感受高考题不可怕,也为复习Fe3+的催化性作铺垫。

    【学生】解答,从题干中还发现Fe3+的另外一个性质。

    【小结3Fe3+的催化性——作苯与液溴反应的催化剂、双氧水分解的催化剂。

    【投影】展示图片:选修5P51课本节选Fe3+作苯与液溴反应的催化剂、选修4P38 课本节选Fe3+作双氧水分解的催化剂内容 。

    环节三:了解“氧化铁”的制备

    【问题4】除了含量,磁性是衡量墨粉优劣的另一重要指标。工业上如何制取有磁性的“氧化铁”呢?

    【投影】

     

     

     

     

    【教师】工业上制备四氧化三铁的方法很多,有物理的,有化学的,化学方法又有沉淀法、氧化法、氧化——共沉淀相转化法等等几十种不等,综合考虑可操作性、时间、条件、成本、品质多个因素,目前氧化——共沉淀相转化法”是工业的首选,“熟化相转化”是决定四氧化三铁磁性大小的关键步骤,这步控温100℃,四氧化三铁磁性最强,制成的墨粉质量也最高

    【投影】

     

     

     

     

    【教师】相比于“氧化——共沉淀相转化法”,工业上另外一种制法“共沉法得到的四氧化三铁,在相同条件加下,磁性会降低很多。

    【教师】“共沉法”流程的核心步骤是“水解共沉”,不管是Fe2+还是Fe3+都能发生水解,利用Fe3+的水解原理制备氧化铁胶体,用来净水。

    【小结4Fe3+易水解——用此原理制备氢氧化铁胶体,用来净水。

    设计意图:将课堂延伸到课外,由墨粉另一衡量指标“磁性”出发,承上启下,引出磁性“氧化铁”的制备。介绍多种制备方案,对比两种常见方案,选择最佳方案,让学生了解“氧化铁”的制备,体会性质决定用途、性质指导制备,生活与化学是紧密联系的。同时也让Fe3+常见性质形成了完整的体系。

    【投影图片】制备氢氧化铁胶体原理、胶体净水图片。

    【板书】完善板书

    【方法指导】科学探究的一般步骤:提出问题——猜想假设——实验验证——获得证据——得出结论。

    设计意图:复习不能停留在对铁及其化合物知识的掌握,还表现在关注过程和方法,沉淀思想,总结方法,能够将知识进行延伸,学会运用所学知识去解决新情境下的问题。

    四、教学反思

       “主题式复习”将学习任务蕴含在鲜活的生活主题中,设计真实的情境,将若干个探究问题构成每个教学板块的问题链,激发学生自主的投入到探究活动中去,营造有意义、有价值的学习氛围,既考虑学生已有的知识,又兼顾体验、合作、自主等学习方式,体现了从生活走进化学、用化学服务社会的理念,让学生觉得学习化学是有用的,学习化学能指导生活,在生活中运用学科方法、知识去发现问题、分析问题、解决问题。本节课主题教学中我从以下四点入手,观照学生核心素养的培养。

    (一)从主题式教学目标上看,从知识走向素养,重视人的成长

    教学目标是课堂教学活动的出发点,任何一个教学模式的设计,都应该紧密联系学科“课程目标”,它直接关系到学生核心素养的培养与发展。本节课在设计教学目标时,考虑到从双基到三维目标再到核心素养的目标嬗变,学习目标第二点“让学生体会实验探究的一般方法,从而提升实验探究的能力”是本节课的最终目标。虽说“重构铁及其化合物的性质及应用”也是本节课的重点,但是教学决不能止于知识,而是基于知识,通过活动对知识进行深度加工进而内化、转化、升华来提升“科学精神、学会学习、实践创新”等核心素养。当然,学生核心素养的培养与发展是一个循序渐进、不断深化的过程,也不是所有的核心素养目标都能在一节课中完成的,每次设计目标时能考虑从知识走向素养,长期下去定能有利于学生的成长

    (二)从主题式教学内容上看,从零碎走向整合,注重课的重构

    铁及其化合物的知识在苏教版的多本教材中均有涉及,如果每个点均采用知识回顾——例题分析——归纳小结——变式训练的模式,看似条理化、系统化,但是课堂气氛趋于乏味和沉闷,学生无法暴露存在的知识漏洞和思维偏差,教师也无法对症下药,师生均疲惫不堪,复习课的效果大打折扣。为此,老师需要深入研读课标与考纲、结合学情,对知识进行梳理、筛选,确定重点;全面诊断学生思维过程和解题障碍,确定难点;归类认知偏差,瞄准易错点;收集化学与STSE相关的新资讯,了解热点。然后精选一个主题来外包装,再确定一个框架,将知识巧妙的融合重构进去,如同一份精美的礼品,不仅外观精制,内里同样精彩。学生定会主动参与课堂,享受化学带来的快感。本节课选择“墨粉”这一主题,确定的框架是“氧化铁”的成分、含量、制备,看似在研究“墨粉”,不经意间将Fe2+Fe3+的鉴别、Fe3+的性质及应用等知识渗透进去、巧妙揉和,有定性、有定量,主线重点突出、层次清晰,逐步将学生的思维引向深处,顺利达成本节课的知识目标。在 “墨粉” 研究的过程中还隐含着一条统摄本节课灵魂的暗线,通过本节课的学习,掌握了科学探究的一般步骤:提出问题——猜想假设——实验验证——获得证据——得出结论。这条暗线学生提升能力的基石,为学生今后解决此类问题提供了方法,同时也培养了学生的创新意识,提升了学生的学科素养。

    (三)从主题式教学实施上看,从封闭走向开放,聚焦学的方式

    开放是主题式教学的特点之一,给学生开放的空间非常重要,因为有“开放空间”,学生敢于“异想

    天开”才有想象力、敢于尝试体验才有创造力。探究一:墨粉中的氧化铁是哪一种铁的氧化物?”这是问题的开放,它留给学生较大的思维空间和探索空间。为了丰富教学内容,满足学生探索的需求,在学案的反面增加了“资料卡”栏目,包含检测报告、铁的几种常见氧化物及性质等内容,这是内容的开放。在探究二:墨粉中氧化铁的含量是否合格时?”有滴定法、沉淀法、仪器测量等方法,这就是方法的开放。在实验探究部分,“酸浸液滴加高锰酸钾,褪色”,有学生认为是Fe2+导致的?也有人认为是过量的盐酸导致的?甚至有人认为是墨粉中的苯乙烯丙烯酸酯聚合物导致的,均有可能,这是结论的开放。通过问题的开放、内容的开放、方法的开放、结论的开放,培养了学生的批判性思维和开放性的思考方式,让学生能客观、公正、理性的看待问题,做出科学的判断和选择。

    (四)从主题式教学评价上看,从单一走向多元,关注人的表现

    现代心理学研究表明:当学生的某种行为出现后,如能及时得到相应评价,就会向着更高层次发展。本节课评价多元主体评价、多元内容评价、多样形式评价、动态过程评价等形式的评价都能得到充分发挥,尤其是交流分享环节“画简易流程图测氧化铁含量”互评环节,是本节课的高潮,学生的学习积极性被调到,他们在真论中明理、在求异中发展、在反思中提高、在纠错中前行,不同层次的学生都有表现的机会,能从不同的层面去发现问题和提出问题,理解知识,感悟化学,提升能力。

    “主题式复习”转变了学生参与课堂学习的态度、拓展了学生参与课堂学习的广度、挖掘了学生参与课堂学习的深度,为高三复习课提供了一条明路。

    都说台上一分钟,台下十年功,看似不起眼的实验却是我本节课设计过程中耗时最长的部分,也是最遗憾的部分。由于墨粉是一个复杂的未知体系,受到其它不确定成分以及含量的干扰,在使用铁氰化钾、淀粉碘化钾等试剂实验时,均未看到理想的现象,这有待今后进一步去研究。

    我的汇报到此结束,欢迎各位专家、同仁批评指正。谢谢大家!

     

     

    11.9日常州研讨课:墨粉中“铁的氧化物”的探究.pdf

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