（太仓市第一中学 江苏太仓 215400）
摘要：创设实验情景，让学生亲历实验过程，体验物质的转化。在自主学习单的引领下，在问题解决的进程中，学会内化知识建构。
关键词：实验体验；晶体生成；自主学习；内化知识；知识建构
笔者在讲授沪教版上册第五章“金属的性质”时，设计了一组不同金属（镁、锌、铁、铜）分别与相同浓度稀硫酸反应的分组实验，发现铁丝与稀硫酸反应的速率相对较慢，能观察到铁丝表面有气泡冒出，溶液的颜色变化在短时间内不容易观察。为了能让学生亲眼看到硫酸亚铁溶液是浅绿色的事实，决定延长实验的观察时间，设想随着反应的进行，生成的新物质硫酸亚铁随之增多，预期的目标是学生亲眼观察到硫酸亚铁溶液的颜色。该实验仅仅放置了一天，第二天就观察出溶液的颜色的浅绿色，同时还发现铁丝表面悬挂着少许浅绿色的晶体，第四天试管铁丝上沉积的晶体逐渐增多，试管底部有少许黑色物质沉积，到第十天铁丝几乎全部被溶解完，试管里淡绿色硫酸亚铁晶体越来越多，有些小颗粒晶体逐渐生长成较大颗粒，试管底部有较多黑色物质沉积，我拿着试管爱不释手，一个教学的好素材萌生了。这些现象的背后呈现出的是多个知识的融合，隐藏着学生还未学到的一些知识，限于学生刚刚学到第五章的知识水平，只能解释金属与酸反应生成了可溶性的物质和氢气。试管底部黑色物质是由于铁丝为铁碳合金，铁被过量的硫酸溶液溶解后导致碳析出沉积在试管底部。但是，学生尚未学习到第六章溶液的知识，对溶液的组成和溶液的浓度，以及随着反应的不断进行，溶质的质量分数不断增大，溶液由不饱和溶液变为饱和溶液、饱和溶液又变成过饱和溶液导致溶液中有晶体析出还不能够深刻理解。如果将该实验设计成实验探究复习课——硫酸亚铁晶体是如何合成的？让学生亲身体验晶体的合成过程，一定会引起学生的好奇心和探究欲望，为学生提供一个有关溶液的知识体验及建构的案例。
笔者决定待溶液新授课结束，带领学生研究铁是如何转变成硫酸亚铁晶体的课题。让学生课前通过小组合作方式进行课外实验观察体验，学生依据教师编制自主学习任务单进行自主学习，课堂上教师设计问题链，学生研讨分析解释现象背后的知识融合点，达成内化知识和知识建构的目标。
1.明确复习目标
知识与技能：通过实验体验铁与酸反应生成亚铁化合物的证据所在，体验不饱和溶液与饱和溶液的相互转化过程，认识铁丝是由铁和碳组成的合金，会依据物质的组成性质采用过滤的方法对可溶性物质与不溶性物质进行分离。学会依据晶体的性质差异选择分离晶体的方法。
过程与方法：通过创设实验情景，学生亲历实验过程、观察现象解释结论，提高分析、反思、归纳建构知识的能力。
情感态度价值观：借助实验探究激发学习兴趣和探究欲望，提升学习内驱力，内化知识提升能力。
2.细化教学过程
（1）课前——学生亲历实验过程
义务教育化学课程标准（2011年版）强调，科学探究是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动［1］。科学探究学习目标的实现，必须让学生亲身经历丰富的探究活动。在学习完第六章溶液后，笔者组织化学活动小组利用课余时间完成铁丝与稀硫酸反应制备硫酸亚铁晶体的实验，用了10天的时间观察并记录实验现象，学生在自主学习任务单的引领下，观察现象、思考现象背后隐含的物质转化实质，晶体的分离和提纯。会将零散的知识融合起来，解释现象背后的知识。
附：自主学习任务单
“增大”、“不变”或“减小”）。2．解释铁丝表面有绿色晶体析出的原因。3．随着反应的进行，溶液中出现的黑色物质是什么？这个现象说明实验用的铁丝是纯净物还是混合物？4．你如何将浅绿色晶体从混有黑色物质的溶液中分离出来？设计实验详细阐述分离的操作过程。5．将少量灰黑色的生铁粉末，投入盛有过量稀硫酸的烧杯中，充分搅拌，待完全反应后过滤，滤纸上留有黑色残渣。该黑色残渣的主要成分是（ ）A．铁 B．碳 C．铁、碳混合物 D．硫酸亚铁6．不锈钢是一种合金钢，有耐腐蚀的重要特性，被广泛应用于医疗器械、反应釜、炊具、装饰材料等。不锈钢中添加的主要合金元素是（ ）A.硅 B.锰 C.铬和镍 D.钨7．通过实验体验，总结不饱和溶液与饱和溶液的转化方法。三、课堂任务1．不饱和溶液和饱和溶液的相互转化。2．硫酸亚铁晶体的分离与提纯。制备硫酸亚铁晶体实验复习课——自主学习任务单一、达成目标通过观察实验、完成自主学习任务单给出的任务，从而理解铁丝与稀硫酸反应的实质，会判断饱和溶液与不饱和溶液，理解饱和溶液和不饱与溶液的相互转化，会依据混合物中各自组分性质分离提纯物质。二、学习任务1．仔细观察铁丝和稀硫酸在反应前后的变化情况，写出化学方程式 ，溶液颜色变化是 ，铁丝的变化是 ；反应后溶液的质量比反应前 （填
（2）课堂——师生梳理内化知识
首先，师生回顾铁丝与硫酸反应过程中的事实性知识，对这些信息进行加工整理，寻找知识间的联系之处和生长点。通过展示实验中几个阶段的图片，师生重温铁与稀硫酸反应的历程，创设问题链引发学生复习再现基础知识，实现课堂上内化知识的目标。
图1 反应第3天
图2 反应第10天
图3 过滤后留在滤纸上的碳
【问题1】你观察到铁丝和稀硫酸发生化学反应的证据是什么？你能归纳出金属与酸反应的规律吗？
【学生】生成了新物质，根据新物质的颜色可推知是硫酸亚铁。依据已有的实验经验，铝、锌、镁也能和金属发生置换反应生成盐和氢气。
【问题2】第一天为什么看不到硫酸亚铁晶体析出？第二天为什么有晶体析出？
【学生】第一天试管中硫酸溶质多，生成的硫酸亚铁溶质少，溶液中硫酸亚铁还没有达到饱和状态，所以没有硫酸亚铁晶体析出。
【问题3】通过这个实验，你对不饱和溶液和饱和溶液的相互转化有了深刻的理解吗？
试管内溶液中溶质由硫酸逐步转化为硫酸亚铁，当溶液温度不变时，随着反应的进行，硫酸亚铁质量不断地增加，硫酸亚铁溶质的质量分数也随之逐渐增大，溶液由不饱和溶液渐渐变成饱和溶液，直至变为过饱和溶液，就开始有硫酸亚铁晶体从溶液中析出。实现了硫酸亚铁从无到有，从少到多的变化，实现不饱和溶液转变为饱和溶液，溶质再从饱和溶液中以晶体的形式结晶出来。根据影响物质溶解的因素分析，当改变温度或增加溶剂的量时，也可使硫酸亚铁晶体重新溶解在溶液中，从而实现饱和溶液向不饱和溶液的转化。
【问题4】通过观察，你认为组成铁丝的主要元素有哪几种？你判断的依据是什么？
【学生】依据元素守恒可知，实验用铁丝主要是由铁元素和碳元素组成，反应前是铁合金，反应后铁元素转变为硫酸亚铁，碳元素的存在形式依据颜色判断是碳单质。
【问题5】如何分离可溶性的硫酸亚铁溶液和不溶性的碳粉？
【学生】依据混合物中各组分物质的性质差异，FeSO4是可溶性的盐，C粉不溶于水，采用过滤的方法加以分离。
【问题6】如何将试管里的绿色硫酸亚铁晶体分离出来？
将试管中的混合液和晶体加水溶解，待晶体完全溶解后，转移到烧杯中，制作过滤器，进行过滤操作，然后用蒸馏水洗涤过滤器上的黑色物质，将滤液蒸发浓缩后冷却结晶，过滤洗涤得到纯净的硫酸亚铁晶体。
3.课堂——师生拓展迁移提升
课前学生亲历实验过程获得了事实性知识，课上师生间的内化知识使学生理解了不饱和溶液和饱和溶液的转化事实，以及晶体如何从饱和溶液中结晶析出的事实。但是对于晶体的获得及如何洗涤晶体等知识还不够完善，需要拓展提升。
（1）沉淀的洗涤与检验
【问题】如何洗涤滤纸上的碳粉？用什么洗？怎么洗？如何证明碳粉已经洗涤干净？
【教师】仔细观察图3的颜色，思考碳粉和哪种物质共存于溶液中？
【学生】滤纸上有绿色的痕迹，说明碳粉上吸附有可溶性的硫酸亚铁物质。应该用水洗涤。
【教师】既然是洗涤硫酸亚铁，那应该检验哪一种离子最方便呢？
【学生】证明硫酸根离子最方便。
师生总结：
沉淀的洗涤方法：沿着玻璃棒向过滤器中加水至浸没固体，待水滤出，重复三遍。
沉淀是否洗净的检验：取最后一次洗涤滤液少许于试管中，滴加几滴氯化钡溶液，若没有白色沉淀产生则碳粉已洗涤干净。
（2）晶体的获得与洗涤
【问题1】请结合右图的硫酸亚铁晶体的溶解度曲线，讨论如何从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体？
【问题2】仔细观察右图，你发现了什么？如何依据该图中溶解度的变化设计分离晶体的方案。
【学生】先要把溶液蒸发浓缩至溶解度最大时的60℃饱和溶液，再迅速降温至0℃结晶，过滤。
【问题3】为什么需要用少量冰水洗涤晶体？
【学生】硫酸亚铁晶体表面吸附有可溶性的杂质离子，因考虑到晶体会溶解而损失，需要用冰水洗涤。
【问题4】为什么要低温干燥得到的晶体？
【学生】防止晶体温度高会失去结晶水或发生分解。
归纳：晶体的获得和洗涤方法为：加热浓缩得到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥。
（3）课堂变式学以致用
【训练题】铝铁合金在微电机中有广泛应用，某兴趣小组为利用废弃的铝铁合金设计了如下实验流程制备聚合硫酸铁和明矾：
（1）浸泡、过滤过程中加入过量的试剂X目的是将铝、铁分离。试剂X是一种常见的强碱，明矾是一种硫酸盐，化学式为KAl（SO4）2·12H2O。试剂X应为___________（填化学式）。
（2）聚合硫酸铁是一种无毒无害、化学性质稳定、能与水混溶的新型混凝剂，微溶于乙醇，其化学式可表示为［Fe2（OH）x（SO4）y］n。
①混凝剂聚合硫酸铁可用于净水的原理是___。
②请用含y的代数式表示x的数值：x=_______。
③水解过程中，溶液的pH与x的关系如图所示。溶液的pH=__________时聚合硫酸铁中x的数值达到最大值。加入试剂 Fe2O3目的是_____________。
④浓缩时需要向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是______________。
【环节一】教师布置任务，学生在课上利用10分钟限时训练，教师巡视观察记录学生思维障碍之处。
【环节二】学生展示汇报解题思路。
【环节三】提炼出三种解题思维方法，守恒思想、知识迁移能力、挖掘信息学以致用。
（1）推出试剂X的方法是应用元素守恒思想，结合题目给出的两条信息，试剂X是一种常见的强碱，明矾是一种硫酸盐，化学式为KAl（SO4）2·12H2O，可推断出X为KOH。
（2）混凝剂聚合硫酸铁可用于净水的原理需要迁移课本知识，应用明矾净水原理的知识，表述为聚合硫酸铁具有吸附作用，吸附水中的悬浮颗粒，形成较大颗粒而沉降。
（3）依据化合物中元素化合价正价总数等于负价总数的守恒思想，可顺利计算出x=6-2y。
（4）依据题目给出的图表信息，当x为最大值时横坐标对应的pH值为3.0。
（5）学生们存在的最大问题是（2）第④浓缩时需要向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的表述不清。需要教师引导，乙醇是一种有机溶剂，聚合硫酸铁是能与水混溶的新型混凝剂，微溶于乙醇，因此，加入酒精可以降低聚合硫酸铁的溶解度，便于聚合硫酸铁晶体从混合液中析出，另外酒精易挥发，使得聚合硫酸铁易于干燥。
依据实际情况，利用铁丝与稀硫酸反应创设实验情境，通过以化学实验为主的探究活动，使学生体验科学探究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，让学生在小组合作学习共同体中合作学习，在自主学习任务单的引领下自主建构拓展提升。促进学习方式的转变，有利于培养学生的创新精神和实践能力。这节复习课又是遵循建构主义理论，倡导学习者自主建构知识，让学生在共同体中学习，将要整合建构的知识依存于情境。
1.通过创设实验情境促进合作学习有利于提升复习质效
美国心理学家布鲁纳指出：“学习的最好动力就是对学习材料产生兴趣”。现代心理研究也表明：兴趣能引起学生的求知欲，而求知欲可以打破原有的心理平衡，促进心理活动的加速［2］。化学实验具有生动直观、现象新奇的特点能够引起学生强烈的好奇心和求知欲，容易使学生对教学活动产生浓厚的兴趣，而兴趣是创造性思维发展的前提和条件。用兴趣实验引领化学复习，珍视学生在实验探究中独特的体验感受和理解，让学生在实验中有所感有所思，学会思考、学会知识整合与建构，让学生在“探究”中感知“生成”在感悟中升华“生成”。另外实验与教学内容有效融合，既能充分发挥实验的教学功能，还能将一些重难点知识自然融合在一起，有利于知识的建构，有效提高复习效率。
2.开展自主体验式学习有利于促使学习方式的改变
把看似简单的实验拉长周期进行观察不仅增加了学生动手实践的机会，使学生由过去被动“等待”和“接受式”的学习方式变为“主动”和“探索式”的学习方式，不仅调动了学生学习的主动性，在一系列化学反应动态变化过程中引发了学生深刻的思维活动，使学生的学科知识、实验操作技能、科学探究能力与创新意识同步提升。教师依据课程标准结合学情设计了指导学生自主学习的任务单，预设的达成目标直接与学生见面，是一种目标管理式的学习。自主学习任务单引领学生课前开展自主学习，突出了学生的学习主动性，使学生真正成为学习的主人，学生使用自主学习任务单自主地解决问题，获得知识的意义建构。学习任务设计能够将知识点转化为问题，即把教学重点、教学难点和其他知识点转化为问题，能够引导学生自己发现知识，提高思维能力，体验自主学习成就感［3］。课堂上通过一组问题链引导学生思考，教师选择真实问题呈示给学生，学生把有意义的真实问题当作“我的问题”来接纳，开展自主学习活动解决问题，有着强烈的当事性和责任性。只要学生把问题学习当成了“我的学习”，就会产生有意义的学习经验，就能使学生的学习观从“知识由教师传递”的认知主义的接受式学习观，转型为“知识由每一个人自身同伙伴协作建构”的建构主义的能动的学习观［4］。
参考文献
［1］ 教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）［M］.北京：北京师范大学出版社,2012：3
［2］ 陶兴模.学困生学习心理障碍分析及对策研究［J］.数学教育学报,2004,13（2）：42-45
［3］ 金陵.翻转课堂与微课程教学法［M］.北京：北京师范大学出版社,2015：146-147
［4］ 钟启泉.课堂研究［M］.上海：华东师范大学出版社,2016：34-37
文章编号：1008-0546（2017）11-0086-04
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.11.028
*本文系作者主持的江苏省教育科学“十二五”规划课题（D/2015/02/209）阶段性成果之一。
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