像化学家一样思考，像环评师一样行动

马皎

摘要：化工生产教学的核心是将基础理论与生产实践有机结合，并在科技不断进步的大环境下，向学生展现传统工艺到技术革新工艺的发展历程。而化学学科核心素养能十分恰当地渗透入化工生产教学的各个环节。介绍结合实际教学进行的实践研究。

关键词：高中化学；化工生产；核心素养；课堂教学

文章编号：1008-0546（2022）01-0055-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.01.014

现代化学工程是将化学研究转化为生产力的重要途径之一。化工生产教学要求学生综合运用基本理论知识和元素化学知识对化工生产路线进行设计、评价和改进，而真实、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。本文尝试通过创设真实且富有价值的问题情境：“如何制备食品添加剂亚硫酸钠？”，促进学生化学学科核心素养的形成和发展，以此进行教学实践探索。

一、化工生产教学中核心素养的构建

化学工业是一个高速发展的行业，为人们所熟悉的传统工艺不断地受到新技术的挑战，因此在化工生产教学中讲授传统工艺时，将现代技术的应用适时地补充进教学内容，以促进人才向高深层次发展、培育学生高阶思维能力。

1.基于化学核心素养的教学目标制定

化学学科核心素养是从化学学科角度，为了促进学生终身发展、科学社会和适应社会需求而提出的，是由化学课程抽提而成的学科必备品质与关键能力，它比三维目标更加具体化、功能化和整合化[1]。本课题设计的素养目标（见表1）：

2.基于化学核心素养的教材内容分析

本课的内容为高三化学第二学期化工生产专题的复习和拓展课。化工生产是课本知识与现实情境有效结合的典型实例，需要依靠元素化学知识网络图构建反应原理，需要根据目标产品的特点和经济效益设计合理的工艺流程，需要分析和处理相关数据获得较纯的产品。本节课旨在依托现实情境，复习二氧化硫制备亚硫酸钠的反应，并结合亚硫酸钠易被氧化和水解的知识解释生产过程中的工艺特点。复习联合制碱法，并通过与纯碱工业流程图的对比，给出合理的解释和猜想。

在普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）中[2]，本节课的相关内容在选修课程系列1《化学（实验化学）》的主题3：化工生产过程模拟实验中提到，以真实的化工生产过程为研究对象，借助相关资料对化工生产的原理、流程进行复原和模拟。在选修课程系列2《化学（化学与社会）》的主题2：化学与技术提到，了解精细化工产品的生产及其生产过程中的工艺特点，体验如何根据物质的性质开发应用前景广阔的产品，认识化工生产过程对人类环境的可持续发展可能产生的影响。

学生已系统复习了硫元素及其化合物、纯碱化工生产的知识，能结合反应原理对不同的反应路线进行简单评价，能分析简单的流程图。但缺乏将元素化学知识与化工生产相联系的思维模型的构建路径，综合情境的实际应用能力还有待加强。

本课对学生基于现实问题的分析、推测、解释的综合能力的培养有较高的要求。

3.基于化学核心素养的教学策略选择

一是教学情境生活化。将化学知识迁移和应用到实际的生活情境中，培养学生解决实际问题的能力，重视学习内容与学习者的生活情境进行统一整合的重要性。本课引入部分向学生展示亚硫酸钠的各种用途，其中与学生密切相关的是各类食品包装袋上写有亚硫酸钠的食品添加剂，了解化学品对人类生产和生活的积极意义，并结合亚硫酸钠的危害，建立安全意识，从而渗透“科学态度与社会责任”这一维度。

二是知识体系结构化。教科书的问题大多是碎片化的知识。要产生知识的融合，需要通过教学设计呈现系列问题链。在应对综合问题的过程中，学生会发现习得化学知识的重要性。本课题设计问题链：如何制备亚硫酸钠？→在制备过程中要考虑亚硫酸钠的哪些性质？→化工生产需要考虑哪些因素？→如何评价烧碱法和纯碱法？→如何改进工艺？→如何模仿侯氏制碱法得到亚硫酸钠？从而构建完整的知识体系，渗透“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”这三个维度。

三是思维训练阶梯化。“核心素养”应该是在问题情境中借助问题解决的实践培育起来的。培育思维能力的重点在于如何才能创造引发思考的情境和深入思考的必然性。思维唯有当思维活动产生之际，学生才能作为一种经验，得以感悟。本课题通过设计教学环节，一步步提升学生的思维容量和深度，使学生学有所得，真正提升化学学科核心素养。

4.基于化学核心素养的教学流程设计

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。本节课尝试通过创设真实且富有价值的问题情境，促进学生化学学科核心素养的形成和发展。

本课以亚硫酸钠制备作为主线，复习以二氧化硫为反应物生成亚硫酸钠的化学反应，并结合化工生产考虑要素对烧碱法和纯碱法进行对比和评价，培养学生分析现实问题的能力。通过简单工艺流程图的绘制，提高学生综合分析反应原理的能力。通过给定的信息和数据，并结合侯氏制堿法的生产工艺，分析得到食盐法制亚硫酸钠的合理工艺流程，培养学生的数据处理能力和创新意识。

二、基于学科核心素养的教学实践片段

教学活动流程见表2。

1.创设情境引入课程

入口就是大事，食品安全问题始终牵动着老百姓敏感的神经。苏丹红、瘦肉精、三聚氰胺，这些非法添加物被一些人误认为是食品添加剂，而且越抹越黑，从而让人对食品添加剂产生一种恐慌心理。所以本课题选择用途非常广泛的食品添加剂亚硫酸钠贯穿主线，学生在完成本课的学习后，能正确地看待充斥我们身边的食品添加剂。其实我们误解了食品添加剂，只要我们按照规定合理使用，它们是非常“友好”的，而且让我们的生活变得越来越美好。

因此在本课的前期准备过程中，教师搜罗了大量印有食品添加剂“亚硫酸钠”字样的食品包装袋。比如“呀！土豆”等膨化食品、“蜜枣”等干果类食品、“菜园小饼”等干点类食品。

本课一开始就向学生展示了上述食品包装袋并分发下去，引起了学生极大的兴趣和探究欲，班级氛围马上活跃起来了。接着告诉学生亚硫酸钠是国家允许使用、用途广泛的食品添加剂，可用作食品加工的漂白剂、防腐剂、疏松剂、抗氧化剂、护色剂和保鲜剂。亚硫酸钠是一种多酚氧化酶（PPO）活性抑制剂，可有效保护水果和蔬菜的褐变，提高它们的附加值。亚硫酸钠还在水处理行业中对水中溶解氧进行脱除。学生听了频频点头，说明教师的正面引导起到了作用。但凡事都有两面，学生要客观分析，得出合理的结论。所以教师抛出问题：“那我们是否可以无限地添加亚硫酸钠呢？”学生思考后纷纷摇头。教师提供数据告诉学生随着研究的深入，亚硫酸钠的毒性日益受到关注。我国国家标准对亚硫酸钠的使用范围、最大使用量和残留量均有明确规定。设计的目的是发展学生“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养，正确认识“友好”的食品添加剂。

2.统筹兼顾评价路线

教师顺水推舟提问学生：“既然亚硫酸钠的使用如此广泛，那利用我们已有的化学知识，我们怎么制备呢？从哪个基本反应类型入手？”学生回答两个常见反应：

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O和SO2+Na2CO3= CO2+Na2SO3。教师告诉学生工业上将这两种路线称为烧碱法和纯碱法，让学生感悟化学就在身边，自己也能根据已学习的化学知识设计出实际工业生产原理。教师追问：“如果我们想利用这两个反应来模拟工业生产亚硫酸钠，我们可以从哪些方面来分析这两种制备原理的优劣？”学生通过激烈的讨论不断地完善思考角度，如原料成本，反应条件，反应步骤，产品的产量，产品的纯度，环境友好。教师提供原料数据（见表3）为学生的讨论提供依据，让学生理解化学是一门实验科学，是一门基于实验数据的科学，建立学生正确的科学观。

教师尝试引导学生根据已有化学知识评价两种路线，比如氢氧化钠比较贵，原料成本较高；碳酸钠吸收二氧化硫的能力比较弱，吸收效率低。此外还要根据“绿色化学”思想评价两种路线，比如氢氧化钠不会产生废气，对环境比较友好；碳酸钠会产生二氧化碳，排入空中会造成温室效应，对环境造成影响。我国已经提出到2060年实现碳中和，说明二氧化碳废气的处理是当下的重要方式。学生踊跃举手回答，工厂可以将废气转化为有用的副产品，在保护环境的基础上提高工厂的综合效益。说明统筹兼顾，提高效益的理念已经在教师的引导过程中渗透入学生的思考和观点中。

学生以小组为单位，绘制出烧碱法和纯碱法的工艺流程图，派代表上讲台阐述，提升学生的逻辑思维能力和语言表达能力，综合培育学生的科学探究与创新意识以及科学态度和社会责任（见表4）。

3.头脑风暴迎接挑战

学生以为已经解决教师提出的命题，刚要放松，没想到教师继续提问：“我们刚才用纯碱法制亚硫酸钠，那纯碱是怎么制来的？会不会有工厂直接使用纯碱工业的原料制备亚硫酸钠呢？再说亚硫酸钠和碳酸钠的化学性质如此相似。”而且这次教师完全放手，让学生小组合作综合分析食盐法原料的数据信息（见表5），模仿侯氏制碱法设计并完善工艺流程图，派代表上讲台展示成果（见图1）。

学生讨论得非常热烈，大有把课堂营造成工厂研发部的架势。他们正在用化学家的科学知识角度分析各个环节，在头脑风暴中寻找最佳方案；他们正在用环评师的环境友好角度分析废气母液的处理，力求达到综合效益的最大化和可持续发展目标。

在展示阶段，学生提出许多非常有深度和可操作性的建议和规划，能自主对路线进行分析和优化，同时，运用极具理科思维的“证据推理与模型认知”阐述观点：选择成本更低的氯化钠为原料，通過调整通入的二氧化硫和氨气的顺序直接从溶液中获得亚硫酸钠结晶。通过对母液的处理，获得有用的副产品氯化铵，循环利用母液，提高了氯化钠的利用率。有理有据，令人信服。

这符合十九大提出的“落实立德树人根本任务，发展学生核心素养”。此时，化学学科核心素养已达到最高层次，即科学态度与社会责任。

4.回顾总结提升主题

本课的最后，教师对整节课进行回顾和总结：今天我们以化工厂技术人员的身份统筹兼顾了化工生产的各个方面对“友好”的食品添加剂亚硫酸钠的制备工艺进行了设计和改进，并尝试绘制和合理分析简易的工艺流程图。看似简单的无机物制备流程中蕴藏着大大小小的学问。然而探索是没有止境的，我们的科研人员一直在不断地寻找更有效更环保的工艺流程。希望同学们在“化学”之外，在今后的学习和生活中，也能运用统筹兼顾的思想，绘制出自己人生的流程图，一步步迎接更好的自己。学生们似乎还沉浸在之前热烈的讨论中，俨然一个个斗志昂扬的化学家和环评师。

为了检验学生的课堂学习成果，教师继续提供图表数据（见表6）让学生进行课后思考，作为课堂的延续。请同学们结合溶解度数据，寻找合适的从溶液中获得亚硫酸钠粗品的方法，并设计方案进一步测定粗品中亚硫酸钠的纯度。

三、反思和结语

化工生产与学生的生活息息相关，但工艺流程离学生又相对遥远。如何将学生已有的理论知识与生产实践有机结合落实双基？如何在方案评价和优化教学中发展学生的认知水平？如何将化学核心素养真正落实到高三教学中并训练学生的高阶思维？本课题对此进行了积极的尝试，从理解、应用、评价、创造四个方面逐步培养学生的类比和迁移能力。

参考文献

[1]刘翠.基于学科核心素养的化学教学课例研究[M].上海：华东师范大学出版社，2019.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.