基于“模型认知”的初中化学教学

2019-09-10王宝斌

教育研究与评论（中学教育教学） 2019年10期

摘要：“工艺流程”问题是近年来初中化学常见和热门的课题，具有情景真实、信息新颖、思维容量大、能力要求高、问题涉及面广、知识综合性强等特点。在一节“工艺流程”专题复习课上，通过建构认知模型、凝练解题策略、归纳常用方法三大板块推进教学，引领学生复习知识、提炼策略、形成观念。

关键词：工艺流程专题复习课模型认知

“工艺流程”问题是近年来初中化学常见和热门的课题。这里的“工艺流程”是指，以化工生产为背景，将其主要阶段（即生产流程）用框图和箭头的形式表示出来，以此来设计问题的教学素材（题型）。它具有情景真实、信息新颖、思维容量大、能力要求高、问题涉及面广、知识综合性强等特点。

2019年5月29日，苏州市化学名师共同体在苏州高新区实验初级中学举行专题研讨活动，笔者开设了一节“工艺流程”问题专题复习课（使用沪教版初中化学教材），通过建构认知模型、凝练解题策略、归纳常用方法三大板块推进教学，引领学生复习知识、提炼策略、形成观念。现结合教学过程，简述笔者的思考与实践。

一、建构认知模型

《普通高中化学课程标准（2017年版）》这样界定“模型认知”：“通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型来解释化学现象，揭示现象的本质和规律。”虽然初中阶段的教学对“模型认知”没有明确要求，但是，基于“模型认知”的思想方法已经贯穿其中。在“工艺流程”问题专题教学中，教师可以引导学生初步建构工艺流程的认知模型，为“证据推理与模型认知”核心素养的培养奠定基础。笔者执教的教学片段如下：

师请你再次阅读课本第51页“自来水生产的一般过程”流程图，说一说：自来水生产包括哪几个步骤？运用了哪些化学原理？使用的设备有哪些？

（教师根据学生的回答，用框图和箭头的形式表示自来水生产的步骤、化学原理和设备，如图1、图2、图3所示。）

师能否将图1和图3融合在一起，用一幅图来表示自来水生产的步骤和设备？

（学生交流，整合图1和图3，得到表示自来水生产过程的图4。）

师像图4这样，从原料（江水）出发，运用化学反应原理以及物质的分离和提纯技术，最终得到化工产品（自来水）的过程，叫作化工生产流程。我们把这种用框图和箭头的形式表示化工生产流程的示意图叫作化学工艺流程图，简称工艺流程图。那工艺流程图的呈现形式一般是怎样的？

生工艺流程图一般由方框和箭头两部分组成，其中方框一般表示设备或物质，指向方框的箭头表示“原料”和“加入的物质”，从方框指出的箭头表示“生成物（副产品）”和“产品”，箭头方向表示物料流向，箭头横线上标识相关操作或所用试剂。

（教师根据学生的表述逐步出示工艺流程图的基本模型，如图5。）

在“工艺流程”问题专题教学中，笔者引导学生深入解读教材，厘清自来水生产的步骤线、化学原理线和设备线，并在整合步骤线和设备线的基础上，建构工艺流程图的基本模型，提炼基本单元，理解方框和箭头的含义，初步了解工艺流程图的基本特点。

二、凝练解题策略

在完成工艺流程图基本模型的建构以后，笔者引导学生复习九年级下册“基础实验6粗盐的初步提纯”的实验步骤，并以“粗盐再提纯”为情境素材，从多个维度理解“工艺流程”问题（为了便于讲解，将问题分解成题头、题干和题目三部分），形成解决问题的策略。

（一）读题头得目的，捕信息画重点

题头一般简单介绍工艺生产的原料和目的，对教材上未曾出现但题目中需要用到的知识点，往往以信息的形式加以呈现。例如，图6所示的题头中，“粗盐中除含泥沙外，还有少量NaSO、MgCl、CaCl等杂质”就是提供的新信息，以帮助学生明确粗盐提纯的目的：不仅要除去泥沙等难溶性杂质，还要除去NaSO、MgCl、CaCl等可溶性杂质。

（二）读题干析过程，看措施推用意

题干即题目的主干，主要是用框图和箭头的形式表示从原料到产品的工艺流程，综合了化学反应原理、物质的分离和提纯、物料的回收利用等知识。学生读题干可以分为三个层次：读得懂、不太读得懂、完全读不懂。读得懂的，往往是常见的化学反应、化学实验基本操作等基础知识;不太读得懂的，需要整合化学反应原理以及题头提供的信息;完全读不懂的，则需要综合学科知识，运用类比思维，化繁为简。图7所示的题干，表示的是粗盐粉碎后加蒸馏水溶解（操作Ⅰ），加入除杂试剂（NaOH、BaCl、NaCO），过滤除去沉淀（操作Ⅱ），在滤液中加入盐酸（试剂a）除去过量的NaCO，蒸发结晶（操作Ⅲ）NaCl溶液，得到精盐的工艺流程。这个题干中，学生读得懂的是“操作Ⅱ”，不太读得懂的是“操作Ⅲ”，完全读不懂的是“加入适量试剂a”。教师应适机给予指导。

（三）读题目破问题，知原理规范答

题目主要是根据生产过程中涉及的知识设计的一系列问题。设计的问题应遵循学生的一般认识规律：从已知到未知、从具体到抽象、从简单到复杂、从模仿到创造、从感知到理解。由此引領学生由浅入深、由表及里、循序渐进地掌握知识、发展能力。笔者设计了8道题（如图8所示），帮助学生掌握解决“工艺流程”问题的基本策略。

设计第（1）题的目的是复习溶解概念。在此基础上，教师可以进一步追问：增大KNO溶解速率的方法有哪些？从而帮助学生理解将固体原料粉碎或研细、溶解时不断搅拌的目的。

第（2）（3）（4）（6）题都是除杂问题。引导学生分析溶液中存在的杂质离子，从离子共存的视角建立解决问题的思路：选用适当的离子，将溶液中的杂质离子转化成沉淀或者气体，从而从溶液中除去。在问题设计上循序渐进、由浅入深。第（2）（3）题相对简单，都是选用一种试剂除去一种杂质。第（4）题则更深一层，重在考查学生思维的全面性和深刻性。加入稍过量的NaCO溶液的目的有两个：一是除去粗盐中的杂质CaCl，二是除去除杂过程中引入的新杂质BaCl。第（6）题是对第（4）题的延续，选用稀盐酸试剂除去溶液中剩余的兩种杂质：NaOH和NaCO。在除杂过程中，可以引导学生构建离子之间能发生反应的知识网络（如图9），使学生所掌握的知识成为一个相互之间因果关系明朗、来龙去脉清晰的多层次的整体。

第（5）题考查固液分离的常用方法：过滤。为了加深学生对过滤操作的理解，笔者补充了对比实验：用废旧矿泉水瓶做成两套简易过滤装置，一套用小石子作为过滤层，另一套用细沙作为过滤层，分别过滤浑浊泥水，观察、比较两套装置过滤的速度和效果（如图10）。进而得出结论：过滤是人类发明的快速提高固液分离效率的方法，选择适当的过滤层可以对过滤的效果进行控制。

第（7）题复习结晶概念。从溶液中获取晶体一般有两种方法：蒸发结晶和冷却结晶。在解决具体问题的过程中，可以根据晶体溶解度随温度变化的程度，选择合适的结晶方法。

第（8）题旨在引发学生对“基础实验6粗盐的初步提纯”的反思。在粗盐初步提纯过程中，由于氯化钠的损耗，所得精盐的质量往往偏低。而在粗盐的再提纯实验中，学生通过定性分析可以知道，最终所得的精盐的质量大于粗盐中氯化钠的质量。

三、归纳常用方法

掌握了“工艺流程”问题的解题策略后，笔者设计了一道练习题，引导学生在实际操练中丰富解题方法，积累解题经验。题目如下：

硅酸钠（NaSiO）是我国优先发展的精细化学品。利用某种石英砂矿石（主要成分是SiO，还含有少量的CuO、Na₂SO、NaCO）制备硅酸钠（NaSiO）的流程如下页图11所示。

资料：已知SiO2既不溶于水，也不与盐酸反应。

请回答下列问题：

（1）“浸出液A”的主要成分：_______。

（2）“酸浸”过程中发生的反应的化学方程式：_______。

（3）“碱浸”过程中发生的反应的化学方程式：_______。

（4）“操作a”包含蒸发浓缩、_______、过滤、洗涤、干燥等一系列操作。

设计该练习题的目的有两个：一是当堂训练，提高问题解决能力;二是进一步理解“工艺流程”问题的关键术语，如水浸、酸浸、碱浸等。