促进学生核心素养发展的教学设计———高三化工生产流程专题复习

◇ 北京 冯 姝 贺 新

1 传统高三化工生产流程复习教学面临的困境

化工生产流程是高考考查的重点,也是高三复习课中学生学习的难点.化工生产流程题对学生的综合能力要求高,它通常以现代工业生产为依托,与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合,考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用.由于化工生产活动与学生日常学习生活有一定距离,因此对这类试题存在畏难情绪,缺乏整体分析视角和分析思路.

传统的高三化工生产流程复习教学大多采用讲练结合复习方式,即引领学生将相关知识进行整合之后,就进入习题训练.这种复习没有结合实际生产生活,难以引发学生的认知冲突和学习兴趣,长此以往容易陷入题海战术,降低学生对化学学习的兴趣,影响教学的实际效果,不利于学生化学学科核心素养的发展.

2 优化化工生产流程复习课教学的设计思路

在2017年普通高中化学课程标准中,学业水平考试命题明确建议：以核心素养为测试宗旨,以真实情境为测试载体,以实际问题为测试任务,以化学知识为解决问题的工具.真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台,为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会.课程标准也明确指出：化学核心素养是学生通过化学学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力.“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”等是化学学科核心素养构成的内涵要素.高中化学教学要以发展化学学科核心素养为主旨,倡导创设真实问题情境,重视教学内容的结构化设计,激发学生学习化学的兴趣,促进学生学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力.

因此,我们设计了“汽车中的化学——废旧铅蓄电池的回收”专题复习课,以“废旧铅蓄电池中成分复杂的铅膏如何转化为再生铅”作为载体,创设复习化工生产流程的情境.通过分析生产工艺每个环节的目的和结果,形成化工生产流程中物质转化的分析视角和分析思路.在分析问题、解决实际问题的过程中,培养学生应用已有知识综合分析和解决实际问题的能力,在高三复习课上落实化学学科核心素养.

2.1 教学目标

1)巩固元素化合物基础知识,掌握物质转化过程中核心方程式的准确书写.学会提取信息,准确快速找出流程中的核心反应,分析每个工艺环节的目的.

2)通过讨论、归纳、梳理、整理知识,形成化工生产流程中物质转化的分析视角和分析思路.通过生产流程的方案设计,体会多、快、好、省的生产原则.理论联系实际,明确解答化工生产流程题的解题思路和方法,并形成相应的策略.

3)通过对科学、技术、社会相互关系的了解,提升化学技术的兴趣,增强社会责任感,体会化学对人类生活和生产所起的重要作用.培养理论联系实际,结合生产实际提取信息和科学分析的能力.

2.2 教学重、难点

1)重点：复杂体系中物质的相互转化原理.

2)难点：应用化工生产原则实现物质转化.

2.3 教学过程

环节1课题引入

【视频1】汽车启动电池要更换,讲述回收废旧铅蓄电池的意义.

【视频2】废旧铅蓄电池回收工艺,如图1所示,分析电池各部件回收方法.

活性填料和腐蚀后的极板组成了铅膏.铅膏化学成分是硫酸铅、二氧化铅、氧化铅等.成分比较复杂,需要特定的方法回收处理.

【问题1】如何将回收的铅膏转化为铅?

学生活动：观看视频,观察废旧铅蓄电池回收工艺,思考铅膏成分如何转化为铅.

设计意图：引入专题复习课内容,从实际应用的视角,强化废旧铅蓄电池回收的意义,并形成贯穿性任务.

环节2 火法冶炼分析

【问题2】火法冶炼物质如何转化? 存在哪些优缺点?

任务1：分析火法冶炼制出铅中的物质及反应,如图2所示.

学生活动：书写PbO2和PbSO4反应方程式：

分析火法冶炼的优缺点.

优点：工艺简单,还原剂焦炭便宜易得.

缺点：温度高,能耗大;产生大量SO2,污染环境;高温产生铅蒸气,铅尘污染环境,降低铅的回收效率.

设计意图：从简单的物质转化层面分析,帮助学生形成分析角度.

环节3湿法RSR 工艺分析

【问题3】观察整个流程,发生了哪些变化? 如何从铅膏回收铅? 分析流程,讲述物质转化采用的方法.

任务2：分析RSR 湿法工艺中的物质及其变化,如图3所示.

学生活动：

1)提炼回收流程.

2)书写核心物质转化离子方程式.

过程1：PbO2＋SO2－3＝PbO＋SO2－4

过程2：PbSO4＋CO2－3＝PbCO3＋SO2－4

过程3：Pb2＋＋2e－＝Pb

教师活动：生产的核心是化学反应,物质转化基于类别反应和氧化还原反应,如图4所示.

图4

学生活动：聆听、思考、记录.

教师活动：【追问】与火法冶炼相比,湿法RSR 工艺有哪些优缺点?

学生活动：

优点：污染小,得到高纯铅.

缺点：步骤多,分离提纯复杂,试剂成本较高.

设计意图：复杂问题情境中的分析梳理,抽提出工艺流程和核心化学反应,体会物质转化的过程和方法,不断应用方法以进一步固化.

环节4设计从铅膏到铅的回收方案

教师活动：要求学生利用已有知识和资料信息,设计回收铅的方案.组织学生汇报讨论,并评价方案.

任务3：设计从铅膏回收铅的方案,如图5所示.

图3

图5

学生阅读材料,设计方案;小组讨论;组间交流汇报,并评价方案.

教师活动：小结生产实际中物质转化的理念或原则,如图6所示.

图6

学生活动：聆听、思考、记录.

设计意图：明确化工生产的核心是物质转化,基于类别反应和氧化还原反应来选择试剂,体会多快好省的生产原则.

环节5总结梳理

教师活动：梳理高考试题,体会复杂体系中化学反应的分析.

学生活动：高考真题试做.

设计意图：明确高考题设问角度;形成化工生产流程中物质转化的分析视角和分析思路.

3 教学反思

3.1 注重情境的导入,提高真实复杂情境问题的解决能力

高三化学总复习时间紧、内容多、任务重,教师一般采用教师讲,学生练,很少有课堂导入环节.实践证明,根据教材内容,设计复习内容时结合学生们熟悉的生产生活真实情境,在真实复杂情境中发现问题,解决问题才是化工生产流程的高效复习法.

本节课以“汽车中的化学——废旧铅蓄电池的回收”为题,分析废旧汽车电池中铅膏的回收和利用.课程内容基于实际回收工艺中的真实化工生产流程,也是在真实生产生活情境的基础上思考设计课堂问题.通过“我的汽车需要更换电池,其他车主也是这样吗?”“废旧铅蓄电池如何回收呢?”这样的真实问题引入整节课的学习,激发了学生的探究兴趣,使学生从生活世界走进化学世界.3个核心问题——“如何将回收的铅膏转化为铅?”“火法冶炼物质如何转化? 存在哪些优缺点?”“观察整个湿法流程,发生了哪些变化?如何从铅膏回收铅的?”和3个学习任务——“分析火法冶炼制出铅中的物质及反应”“分析RSR 湿法工艺中的物质及其变化”“请你设计从铅膏回收铅的方案”一一对应,贯穿整个学科的教学内容.通过对从铅膏回收铅方案的设计与评价,形成物质转化的分析视角和分析思路,提高学生应用已有知识综合分析和解决真实复杂情境实际问题的能力.

3.2 注重学生参与,提升学生分析和解决实际问题的能力

在课堂组织形式上,学生为主体,大部分的内容由学生讨论完成.通过学生间讨论、归纳,师生共同梳理、整理知识,形成化工生产流程中物质转化的分析视角和分析思路.学生通过小组讨论,设计生产方案,再组间交流汇报,相互评价方案,非常有利于学生思维的外显和碰撞,在讨论汇报和评价生产方案中,明确化工生产的核心是物质转化,基于类别反应和氧化还原反应来选择试剂,体会多快好省的生产原则.

3.3 将问题和解决思路“结构化”,促进学习迁移

“结构化”是实现知识向素养转化的有效途径,“结构化”水平直接决定着素养发展水平.很多学生遇到化工生产流程问题时,没有解决问题的思考角度,不知道用什么方法进行分析.因此,本节课教师通过引导学生分析火法冶炼和RSR 湿法工艺中的物质转化,不仅整合了基本知识与技能,还通过对复杂问题情境的分析梳理,帮助学生提炼并形成化工生产中物质转化的分析视角和分析思路.学生明确了解答化工生产题的解题思路和方法,形成了解决化工生产题的思路和策略,并将解决问题的知识方法和思维角度结构化.这样对其他化工生产的问题学生就能学习迁移,分析和解决实际问题的能力得到提升.

4 结语

本次课的教学设计,改变了以往高三化工生产流程讲练结合的复习方式,很好地将化工生产工艺和流程嵌入在真实的情境中,让学生在分析和解决实际问题的过程中,明确物质转化的分析视角和分析思路,在设计铅膏转化方案的过程中进行对比、评价和优化流程方案,体会多快好省的生产原则.通过高考真题试做,指导学生在解题过程中善于归纳、总结,形成解决化工生产题的思路和策略.本节课以真实情境为载体,以化学知识为解决问题的工具,优化了教学方法,切实提高了课堂教学效率,落实了化学学科核心素养,促进了学习的迁移.