实验探究在化学与生活实际联系中的应用

实验探究在化学与生活实际联系中的应用

代欢欢,张雪莲

天津市第四十三中学  天津市  300110

摘要：在新课程改革的推动下，课堂教学已经不再强调接受学习、死记硬背和机械训练。取而代之的是提高科学核心素养、面向全体学生、提倡探究性学习、注重与实际生活的联系。在新课程改革的指导下，人教版高中化学必修一《铁及其化合物》加入了相关实验探究。然而在实际教学过程当中，大多数教师仍然采用播放多媒体视频的方式进行知识传授，通过引导学生观察并记录实验现象，最终得出实验结论。学生在整个教学过程当中始终处于被动地接受知识的地位，缺乏动手能力和思考能力，一味机械地背诵相关知识，不能很好地学以致用。化学本来就是理论与实践相结合的学科，这种以教师为主体的教学模式在很大程度上限制了学生的积极性和主观能动性，不利于教育体制改革的进一步深入。很显然，这与现代社会对人才培养的要求是不相符的。实验探究是指在教师的引导下，学生之间以小组为单位，通过实验探究的方式发现问题、分析问题并且解决问题。本文对模拟电路板腐蚀、氢氧化物的制备以及食品中铁元素的测定进行了实验探究。结果表明：将实验探究应用到化学教学当中，不仅可以激发学生的学习兴趣，提高学习效率，而且能够推动新课程改革的发展，将素质教育落到实处，从而培养学生的化学学科核心素养。本文将结合实验探究的实例谈谈我在《铁及其化合物》教学当中的应用。

关键词：新课程改革；实验探究；化学教学 ；化学学科的核心素养；铁及其化合物

一、材料与仪器

实验探究离不开实验材料和仪器，本次实验探究用到的材料和仪器如下：饱和FeCl3溶液、FeSO4溶液、KSCN溶液、NaOH溶液、双氧水、菠菜、鸡肝、猪肝、大枣、小试管、胶头滴管、滤纸、玻璃棒、覆铜板、油性马克笔、镊子、研钵。

二、实验方法

实验探究包括发现问题、分析问题并且解决问题，本次实验探究以相应的化学原理为支撑，采用学生查阅资料的方式，以小组为单位相互讨论，最终得出最佳方案。

1、模拟电路板腐蚀：取25 mL饱和FeCl3溶液于50 mL的小烧杯中备用，用油性马克笔在覆铜板上设计图案或文字并浸泡于事先准备好的三氯化铁饱和溶液当中。20分钟以后，用镊子取出覆铜板，用滤纸吸干表面溶液，观察现象。

2、氢氧化铁与氢氧化亚铁的制备：取3 mLNaOH溶液于试管中，滴加饱和FeCl3溶液，观察沉淀颜色；取3 mLNaOH溶液于试管中，滴加FeSO4溶液，观察沉淀颜色，接着用玻璃棒蘸取少量该沉淀于滤纸上，观察沉淀颜色变化。

3、食品中铁元素的检验：取3 mL饱和FeCl3溶液于试管中，滴加2-3滴KSCN溶液，观察溶液颜色变化；取3 mLFeSO4溶液于试管中，滴加2-3滴KSCN溶液，观察溶液颜色变化、再滴加2-3滴双氧水，观察溶液颜色变化。将菠菜、鸡肝、猪肝、大枣分别用研钵研磨至细，分别取2 g加水稀释，取2 mL于试管中。向其中滴加2-3滴KSCN溶液，观察溶液颜色变化。继续滴加几滴双氧水，观察溶液颜色变化。

三、实验探究

1、模拟电路板腐蚀

从智能手机到家用电器，电子产品在我们的日常生活中随处可见。电路板是电子产品的核心，它的制作原理是三价铁离子与铜单质的氧化还原反应。该知识点在高中化学必修部分是非常重要的一个环节，为了加深学生对氧化还原反应以及离子反应两大模块的理解，推动新课程改革的创新，培养学生的学科核心素养，课上我们进行了模拟电路板的腐蚀。

首先引导学生查阅资料，理解实验原理。写出离子反应2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，并找出其中的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。然后以小组为单位，选择合适的实验仪器和药品，进行实验预设，接着对实验预设进行评定，最后完成实验探究。实验结果表明：学生不仅理解了电子产品中电路板的制作原理以及Fe3+具有强氧化性，而且进一步掌握了氧化还原反应以及离子反应这两个重要的知识模块，而且也能做到举一反三。在配制FeSO4溶液时，经常在溶液中加入铁粉，补铁药物经常和维生素C同服，我提出疑问，原因是什么？学生总结出Fe3+具有强氧化性，不仅能将Cu氧化，还能氧化Fe等常见的还原剂。离子方程式为：2Fe3++Fe=3Fe2+。这样就可以防止FeSO4被空气中氧气氧化造成变质，而维生素C可将Fe3+还原，进而促进了Fe2+的吸收。通过这一教学环节，我发现每一位学生都能积极参与进来，能够彻底地消化《铁及其化合物》的难点部分。相比原有的教学模式，教学效果大大提高。

2、氢氧化铁与氢氧化亚铁的制备

氢氧化亚铁性质不稳定，在空气中极易被氧化生成氢氧化铁。颜色变化为白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。但是学生经常无法准确无误地加以描述。往往描述成白色沉淀变为红褐色或者灰绿色沉淀变为红褐色，甚至是砖红色。为了加深学生对该现象的理解，我们以实验探究的方式，运用复分解反应的知识，查阅资料，让学生在提供的试剂当中选择合适的反应物，分别完成了氢氧化铁和氢氧化亚铁的制备。实验过程当中可以清楚直观地看到红褐色的氢氧化铁沉淀。然而，氢氧化亚铁却没有出现预期的白色，而是迅速变为灰绿色。针对该问题我提出以下疑问：氢氧化亚铁是白色沉淀，为什么会先变成灰绿色再变成红褐色？紧接着我又提出假设：如果取少量该沉淀于滤纸上又有什么现象？接下来便组织学生以小组为单位进行实验。学生们直观地看到滤纸上灰绿色沉淀最终变成了红褐色。运用氧化还原反应的原理，一致得出了氢氧化亚铁在空气中极其不稳定，被空气中的氧气氧化为氢氧化铁。方程式为：4Fe(OH)

2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。实验结果表明：学生不仅能够很清晰地描述氢氧化亚铁在空气中的系列颜色变化，而且能够思维拓展举例说明如何制备纯净的氢氧化亚铁。比如可以采用的方法有将碱液加热煮沸除去氧气、碱液用密度比水小的油密封，盛亚铁盐溶液的胶头滴管要深入碱液当中滴加等等。通过这一教学环节，学生描述该实验现象的准确度明显提高。《铁及其化合物》这一教学重点也得以突破。

3、食品中铁元素的检验

铁元素是构成人体的必不可少的微量元素之一，缺铁会影响人体的健康和发育。最大的影响便是缺铁性贫血。铁元素有两种价态的离子，分别是亚铁离子和铁离子。人体则是通过补充亚铁离子达到铁元素的平衡。补充铁元素的方法有很多，通过饮食补给或是服用含铁药物。服用含铁药物补铁的同时往往会带来很多负面影响。食用富含铁元素的食品没有任何副作用，是当下人们追求养生的不二选择。因此，运用化学手段判定哪些食品富含铁元素对于治疗并预防缺铁性贫血是科研工作者致力于研究的方向。Fe3+和Fe2+的检验一直是高中化学的高频考点，如何让学生摆脱死记硬背，进而转变为将理论与实际相联系，是我们老师需要认真思考的问题。实验探究能够有效解决这两个问题。在实验之前，引导学生查阅资料，收集检验铁元素的方法。以小组为单位，用菠菜、鸡肝、猪肝、大枣为原料，完成铁元素的检验。实验结果表明：可以通过饮食进行补铁，菠菜、动物肝脏、大枣当中富含铁元素。而且Fe3+以及Fe2+的检验方法得到了强化。取少量未知溶液，滴加KSCN溶液，溶液变红，说明溶液中含有Fe3+；先滴加KSCN溶液，溶液不变红，再滴加双氧水，溶液变红，说明溶液中含有Fe2+。铁元素的检验是《铁及其化合物》的重点以及难点部分，理解起来比较困难，而且考察学生的创造性思维。这一实验探究教学环节的开设与实施对培养学生的化学学科核心素养起到很好的推动作用。

四、总结

化学学科的核心素养包括：宏观辨析与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任。通过动手实验和操作，主动发现或得出结论是实验探究的基本特征。它有利于全面实现这一核心素养。和传统的教学模式相比，实验探究的教育体系更能充分发挥学生的主体地位，实现了“老师的导完全为学生的学服务”这一科学教学理论。同时将学生的认知活动和非智力因素影响紧密结合起来，培养学生的抽象思维能力和发散思维能力是优化高中化学教育质量和学生的科学素养的重要手段。在设计实验探究的过程当中，使学生在头脑风暴的基础上独立操作，成功地获取知识，完成教学。作为高中化学过渡元素的代表物质，铁涉及的知识面广、反应杂、原理多、难记难学，是教学的重点和难点。采用实验探究的教学模式成功地摆脱了教师牵着学生的鼻子走，致使学生一味追求死记硬背而无暇顾及“创造思维”的困境，掌握了《铁及其化合物》中氢氧化亚铁向氢氧化铁的转化、铁盐及亚铁盐的相关性质、Fe3+和Fe2+的相互转化以及二者的检验。同时以点带面深入掌握了氧化还原反应原理以及离子反应的本质，切实地将化学理论与生活实际联系了起来。

[参考文献]

[1]赵姝婷. 新课改背景下的高中化学实验探究式教学策略研究[d].辽宁师范大学，2010.

[2]周文荣. 高中化学实验探究的实践研究[d].南京师范大学，2011.

[3]孙莹. 在化学实验教学中开拓学生创造性思维[d].天津市塘沽区第五中学，2002.