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视频标签：自然界中的铁元素
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视频课题：信息素养提升实践融合创新应用教学案例（安徽）高中化学必修主题2课堂实录 铁及其化合物第1课时《自然界中的铁元素》
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高中化学必修主题2课堂实录 铁及其化合物第1课时《自然界中的铁元素》教学设计
【教学设计】
第1课时 自然界中的铁元素
在学习过物质分类、离子反应和氧化还原反应之后，物质类别和化合价就成为我们研究物质性质的两个重要角度。铁元素不仅在组成上种类特别丰富，而且元素价态也多变，更重要的是其广泛存在于人类日常生产生活中，这就为课标“了解铁及其化合物在生产生活中的应用”提供了大量的素材。由于篇幅所限，教材对于含铁物质学习的一些情境并未涉及，例如炼铁时注入铁水之前的模具一定要充分干燥，制作印刷电路板（课后习题）等。本单元主要针对上述问题进行设计，创设真实情境，让学生感受到含铁物质的重要性，并且与所学的化学知识相关联。另外，本单元教学设计将构建转化关系这部分内容分散在每一节课，从认识价类二维到构建价类二维，从应用价类二维到完善价类二维，让学生自己逐步建构和完善含铁物质的转化关系，以上安排不同于教材在第三课时集中对含铁物质转化关系的构建，这样既符合了学生的一般认知规律，也分散了教学中的难点。
学生学习中可能存在的学习障碍有：
-
能够从物质类别认识铁及其化合物，对物质进行分类，但对于物质的通性认识仍需进一步巩固。
-
在研究物质性质的一般程序中，能够完成提出猜想→设计方案→实验验证→得出结论这一步骤，但是在设计具体的实验方案中，缺乏控制单一变量的思想，实验操作能力也需要进一步加强，以及在实验过程中对出现的预料之外的现象不太能运用合理的化学知识进行很好的解释。
-
可以根据物质类别和化合价的角度预测物质的性质，在补铁剂的学习过程中，由铁元素的定性检测到定量测定，应用价类思想去研究物质性质还需进一步加强。
【教学目标】
1.了解铁元素在自然界中的存在形态，体会化学对人类生活的重要意义。
2.从铁的化学史（指南针、古代炼铁、高炉）体会中华民族在人类发展进程中的贡献，增强文化自信。
3.能运用氧化还原反应相关原理进一步认识单质铁的化学性质，基于实验事实写出铁与水蒸气的反应方程式，并用于解释生产中的实际问题，培养安全意识。
4.初步建立物质类别和元素化合价二维图，会通过价类预测物质的化学性质，理解铁元素化合物之间的关系，帮助学生逐渐形成元素观、分类观和转化观。
【教学重点】
（1）运用氧化还原反应原理进一步认识单质铁及其氧化物的化学性质，并用于解释生产中简单的化学问题。
（2）初步建构价类二维图。
【教学难点】
建构价类二维图，运用价类二维图解决真实情境中的问题（如铁与水蒸气反应、如何除铁锈等）。
【教学流程】
【教学过程】
环节1：课前微课——认识矿石——铁的来源——铁的获取。
课前任务：微课学习——铁及其化合物的存在。
课堂教学：
问题：生活中最常见的金属是铁，根据印象，铁是什么颜色？
活动：A同学回答黑色，B同学回答银白色，C同学回答红色……
教师用多媒体展示生活中的铁。
评价：通过学生的回答，了解学生对于铁的认知情况。
问题1：请同学们观察各种铁矿石，根据课前微课学习，思考桌面上各种矿石的成份和用途。
活动1：将从新疆吐鲁番买来的各种铁矿石分组展示在桌面上。小组成员合作交流后回答，并完成表格中的内容。
学生思路：1号矿石能被磁铁吸引不能吸引铁丝，是陨石；2号矿石呈现红色是赤铁矿，手上都是红色，可以做颜料；3号矿石呈现黑色，能吸引铁丝，是磁铁矿，可以做磁铁；4号矿石呈现黄色，属于黄铁矿，主要成分为FeS
2，可以炼铁。师生小结：铁在自然界中的存在形态，赤铁矿和磁铁矿的用途。
评价1：教师根据学生回答情况评价学生认识物质水平（基于经验水平）和探究物质性质水平（孤立水平、系统水平）。根据课堂中生成的问题，评价学生的质疑能力和敢于发现问题的意识。
（设计意图：创设真实的问题情境，引导学生根据已有的知识经验，运用“宏—微—宏”的协同思维解决由宏观表象到微观本质再到宏观用途的相关问题。通过中国古代四大发明之一的指南针，让学生感受中国古人的智慧，提升学生的文化自信。）
问题2：铁从哪里来？有哪些方法？如何从铁矿石中获取铁？
活动2：学生观察桌面上的矿石，不难想象可以从陨铁和铁矿石中获取铁单质。小组讨论交流，得到炼铁用铁矿石不用陨铁的原因：陨铁来源稀少，价格昂贵，锻炼不易，很难大规模生产；赤铁矿含量丰富，廉价易得，是炼铁主要原料，并把它们标在价类二维图上。
评价2：通过认识铁单质的获取方式，诊断并了解学生对金属冶炼原理的掌握情况。
设计意图：（通过实物更直观的了解铁单质的获取方式，并在认识中国古代冶铁技术的同时感受中国古代科技的先进。）
问题3：你能从原料、原理和产物三个方面分析高炉炼铁的过程吗？
活动3：围绕人类使用铁的时间线，学生思考并展开讨论。由廉价易得的焦炭和赤铁矿进行高炉炼铁得到生铁，并对生铁到铁进行深入探讨，补充价类二维图，并书写相关的化学反应方程式。
评价3：根据学生的回答情况，诊断学生从物质含量角度认识元素化合物的能力。根据学生写出的化学方程式，诊断学生对氧化还原反应本质的认识。
（设计意图：通过介绍中国古代炼铁史，感受中华文化的博大精深，提升文化自信。通过结构与性质、性质与用途的关系，了解Fe
2O
3作为冶炼单质铁的原因。认识从理论到实际生产过程中，条件对化学反应的制约。）
问题4：在条件简陋的野外，对铁需求量不高，科学家发明了一种新的炼铁方法，主要用于焊接钢轨，你能说出该方式用于焊接钢轨的原因吗？
活动4：观看录制的学生实验《氧化铁和铝粉反应》，对实验现象进行描述，小组讨论交流，得出此炼铁方法用于焊接钢轨的原因（反应操作简单，放出大量热，能将铁融化），书写相应的化学反应方程式，并在价类二维图中标出Fe
2O
3到Fe的转化。
评价4：根据学生对实验现象的描述，能从物质的宏观特征入手，基于实验事实得出性质，由性质归纳用途，诊断学生解决真实问题的能力及对化学价值的认识水平。
（设计意图：引导学生从自然界和人类生产的视角，运用化学、环境资源知识归纳单质铁来源，培养学生多角度的发现并解决真实问题，发展学生的环境保护意识。）
环节2：预测性质——实验探究——产物分析——得出结论——装置分析，掌握单质铁的化学性质。
问题5：在钢铁厂的生产中，炽热的铁水注入模具之前，模具必须进行充分的干燥处理，不得留有水，这是什么原因？
活动5：教师与3位学生观察员共同完成铁与水蒸气的反应实验。根据实验现象猜测铁与水反应的产物，学生结合金属活动性顺序（铁位于氢之前），类比金属钠与水反应，猜测：铁+水=铁的氢氧化物+氢气，进行实验验证。教师引导学生分析湿棉花、肥皂液和灯罩有何作用，结合课本实验装置说出改进后实验装置的优点。
评价5：根据学生对反应的预测情况，评价学生对信息的归纳类比能力。通过学生对实验现象的描述和对实验装置的分析，诊断并发展学生化学实验探究水平。
（设计意图：培养学生问题意识，在与同学讨论的基础上能提出探究性问题和假设，引导学生基于实验事实预测物质性质，发展学生的科学探究和创新意识等素养。）
问题6：铁与水蒸气反应的产物有哪些？
活动6：学生结合实验现象与教师提供的相关信息推测产物的成份，并写出相应的化学方程式。
评价6：根据学生的互动情况，评价学生从陌生的情境下依据相关信息探究物质成份的能力。运用SOLO分类理论制订的评价标准如下：
A.有爆鸣声，气体可能是氢气，通过颜色变化排除Fe
2O
3、Fe(OH)
2、Fe(OH)
3、而FeO不稳定，受热容易变成Fe
3O
4，推测的产物是Fe
3O
4和氢气。（关联结构水平）
B.有爆鸣声，气体可能是氢气，FeO和Fe
3O
4为黑色，产物是二者之一。（多点结构水平）
C.根据钠与水的反应，猜测产物为氢气和Fe(OH)
3。（单点结构水平）
（设计意图：引导学生从物质状态、颜色和热稳定性等不同视角认识复杂环境下陌生物质的转化关系，运用“具体—抽象—具体”的思维模式推测物质的组成、性质与变化。）
问题7：铁除了与水蒸气反应生成Fe
3O
4，还可以与哪些物质反应得到Fe
3O
4 ?你还能想到铁的哪些反应？
活动7：观察价类二维图，学生思考回答，小组间进行补充，教师小结。
评价7：根据学生对单质铁性质的总结，以在价类二维图上找到相应的关系，评价其灵活运用氧化还原反应的情况，诊断并发展学生的证据推理和模型认知的水平。
（设计意图：引导学生学会将铁及其氧化物的知识点串联起来，培养元素关联性和整体性思想，初步形成元素观和转化观，培养学生总结问题的能力，为后面三课时做铺垫。）
环节3：价类二维图下的铁及其氧化物。
问题8：通过学习知道，铁的化学性质比较活泼，在自然界中容易生锈，这也是大家为什么看到铁表面有红色的原因。如何除去铁锈呢？
活动8：学生根据价类二维图从物质类别的角度分析，Fe
2O
3属于金属氧化物，也是碱性氧化物。学生预测Fe
2O
3的性质，通过观察实验Fe
2O
3与盐酸反应，得到可以用酸来除铁锈的结论。教师介绍实际除锈操作的复杂性，讲述金属防锈（烤蓝）。同时解释这也是有些铁表面变黑色的原因。
评价8：从碱性氧化物与酸反应解释物质性质，开展学生互评、师生互评活动，评价学生从物质类别角度认识元素化合物的能力。
（设计意图：引导学生从物质类别的视角学习碱性氧化物的性质，并运用实验证实，属于“抽象—具体”概念迁移活动，让学生运用所学的化学知识和方法解决实际生活中的简单问题，感受化学学科的价值。）
问题9：铁的氧化物除了Fe
2O
3与Fe
3O
4，还有哪些呢？你能通过价类二维图预测出它的性质吗？
活动9：学生独立思考后回答，学生评价，教师总结。
评价9：根据学生的互动情况，评价学生从物质类别角度认识元素化合物的能力，根据学生提出的铁单质及氧化物的氧化性和还原性猜测，评价学生从化合价视角认识物质性质的能力。
（设计意图：引导学生学会从不同角度（元素化合价和物质类别）学习元素化合物知识，掌握元素化合物之间的转化关系，提高学生总结问题的能力。）
【
教学反思】
1.本课时教学遵循教、学、评一致性理念，通过三个环节9个问题引发的学生活动表现性评价可以看出，圆满地达成了预设的教学目标。问题指向的教学目标结构图如下：︎
2.本课时教学设计遵循的深度学习基本教学模式为：情境—问题—活动—知识—素养，它是单元教学的第一课时，以自然界中真实存在的矿石入手激发学生的好奇心和求知欲，依托自然界中的含铁矿石和铁元素的价类二维图为载体，创设了三个环节9个进阶性问题，启迪学生全身心的投入学习，引发问题情境的复杂程度逐渐增大：铁在自然界的存在形式（了解铁矿石的成份与用途）→铁从哪里来（陨铁、高炉炼铁、铝热反应）→铁到哪里去（铁与水蒸气反应）→如何除铁锈？一连串问题的思维层次逐步提升，由理论到实践，由课本到实际，问题的设置贴近生产、生活，重视化学与其他学科的联系，基于知识关联的结构化、认识思路结构化和核心观念结构化组织教学内容。
3.本课时教学通过课前微课学习和课中安排的三项环节（认识自然界中的铁矿石、单质铁的化学性质、价类二维图下的铁及其氧化物），任务明确，对学生核心素养的培养和发展定位准确，让学生从生活中来，分析不同铁颜色的原因，研究单质铁及其氧化物的性质，最终回归到生活中的问题解决。这实际上是将学生认识物质及其转化关系和进行真实问题解决的思路方法进行外显，这种外显的思路方法需要学生间的紧密合作、师生间的深入探寻，通过对自身思维过程的深刻反思才能提炼出来。
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