“问题驱动”促进化学核心素养发展

苏忠波

摘 要：高三复习课《突破化工流程图题》教学中融入素养理念，通过层递性问题设计，激发学生求知欲，突破重难点，促进学生的化学学科核心素养发展。

关键词：问题驱动;化工流程;核心素养

2019年普通高等学校招生全国统一考试大纲理科化学写到：“以能力测试为主，将在测试考生必备知识、关键能力和思维方法的基础上，全面检测考生化学科学素养。”“化工流程图题”是近年高考化学全国卷中常考题型，要求学生有较强化学学习能力和学科素养才能更好面对。

一、“宏观辨识与微观探析”素养的问题驱动教学

化学是一门从研究微观的分子、原子、离子，再到解释宏观变化现象的科学。在化工流程图题教学中以物质变化为主线，驱动学生从微观层面入手，利用元素守恒，找出每一阶段的主产物和副产物，层层剖析，分析流程。

问题：图1是工业上用氧化铝矿石（含氧化铁杂质）为原料冶炼铝的工艺流程，请回答：氧化铝矿石→产品（Al），从宏观微观角度分析，流程中的物质经历了怎样的变化？试剂X可以是氨水吗？能否用盐酸或稀硫酸替换CO2？

学生头脑风暴：学生讨论，有代表发言。学生相互点评。

设计意图：问题驱动学生从微观的粒子转化，分析出宏观物质变化的本质，构建宏微观念。认识到化工流程图题实质是对混合物进行转化、除杂、分离、提纯。设置的问题还包括：流程图中制备的产品是什么？以什么样的微粒形式存在？加入下一步剂后，能与哪些物质发生反应？生成物以什么形态的粒子存在？用什么样的方法能将其转化或出去？学生体会变化的实质，分析出微观和宏观之间的本质联系，建立宏微意识。

二、“证据推理与模型认知”素养的问题驱动教学

模型认知能力，主要包括建立模型（建模）和运用模型（用模）两个方面，建立模型是运用模型的前提，运用模型是建立模型的目标。化工流程图题的流程一般包括原料预处理、分离提纯、净化除杂等步骤，每一步都有特定的模式可借鉴。鼓励学生多思考，大胆尝试，构建分析流程和解决问题的分析模型，逐渐建立解决化工流程题的解题模型。

问题：明矾（KAl（SO4）2·12H2O）是一种复盐，实验室采用主要成分为Al（含有少量的Fe、Mg杂质）的废易拉罐制备明矾，流程如图2所示：

问题：如何剖析流程？有哪些解决化工流程图题的方法和策略可以介绍给大家？

学生头脑风暴：学生讨论，有代表发言;相互点评，建模。

建模一：对照原料（首）和产品（尾），确定核心反应和对应的核心辅料，找出流程主线;

建模二：以核心辅料为界，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品的分离提纯三个阶段，分段剖析，明析细节（图3）。

设计意图：以学生为中心，以问题驱动，不断讨论分析，归纳出化工流程题结构特点和解题的基本思路和模式，树立建模思想，完成建模，为以后用模做好准备，培养“证据推理与模型认知”的学科素养。

三、“实验探究与创新意识”素养的问题驱动教学

针对化工流程图题中涉及到的实验方法和操作，设置问题：原料预处理选择水溶、酸浸、碱浸还是焙烧？分离除杂时是用酸或碱调pH除杂？或是加入沉淀剂沉淀杂质？该选用什么样的沉淀试剂？有没有更好的原料预处理方案？抛出问题给学生：如果你来设计流程，会如何优化？有没有其它更优途径？会遇到哪些困难？如何解决？......

问题进阶：设计一道考察制备明矾的化工流程图题，你会设置哪些问题？

学生头脑风暴：学生讨论，有代表发言，相互点评。

问题进阶：化工流程图题常考察哪些方面？需要同学们具备哪些知识？

设计意图：问题驱动学生动脑动口，提出新的方案和思路。尤其对产品进行净化和除杂环节讨论热烈。比如学生对冷凝管的使用归纳到：若反应物沸点低易挥发、产物沸点高难挥发，那么冷凝管的作用是冷凝回流反应物，提高原料利用率，如实验室制备溴苯的实验;若产物沸点低易挥发，那么冷凝管的作用是冷凝收集产物......还有学生归纳出一些物质提纯的新方法，如反渗透、反萃取等。通过学生思维不断的碰撞摩擦，不仅巩固了所学知识，还探究出一些新的实验方案，培养了学生“实验探究与创新意识”的学科素养。

四、“科学精神与社会责任”素養的问题驱动教学

科学精神是一种实事求是的态度，社会责任即要我们具有可持续发展的意识和绿色环保理念，并能对当前热点的化学相关事件作出价值判断。化工流程图题的素材，大多来自自然资源（如矿产资源）的开发利用、废弃物（如工业三废）的回收再利用。以学生身边的废弃物为原料的化工流程图题，更能激起他们的学习愿望和认同感。

问题：图4是采用湿法冶金工艺回收新能源汽车的动力电池——硫酸亚铁锂（LiFePO4）电池的工艺流程，可能遇到哪些环境问题？如何预防和优化？

活动：学生讨论交流，问题集中在：使用硝酸会产生NOX污染空气，正极片除了获得Li外，其它成分可回收得到AI、Fe、P、炭黑等物质，过程中的固液气不能随意排放，否则可能导致环境污染。

问题进阶：现以回收汽车的铅酸蓄电池为题材，请你查阅相关资料，绘制回收工艺流程图，设置相关问题，上台展示。

设计意图：以身边的废弃电池为素材，学生用所学知识设计回收流程，增强社会责任感，深刻领会绿色化学理念。尤其是工业三废的处理及环境保护等热点问题，拨动着他们的心弦，增强他们的科学精神和社会责任。从做流程图题到会设计流程图题，再次促进学生化学核心素养发展。

参考文献

[1]张雪.高中化学教学中“证据推理与模型认知”核心素养的培养[D].哈尔滨师范大学，2018.