“模型建构”在化工流程题教学中的应用

江苏无锡市侨谊实验中学（214026） 史育萌

化工流程题是以真实的化学工艺流程为试题背景，且信息量大、综合性强、考查内容丰富的一类题型，其命题符合课程标准提出的“基于真情境，解决真问题”的要求，越来越受到中考命题者的关注。但因为化工流程距离生活较远，学生对其比较陌生，所以在解题时他们面临着不小的困难。这可能会使学生产生畏难和逃避情绪。考试中这类题型整体得分不高。如何改变化工流程题教学低效现状，对广大化学教师而言是个富有挑战性的课题。

《普通高中化学课程标准（2017 年版）》指出：“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，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。”通过课堂师生对话、课后作业反馈、试卷分析、问卷调查等可知，影响化工流程题教与学的首要因素是学生读不懂题，看不懂流程图。鉴于此，教师应帮助学生认识化工流程题的题目结构，提炼工艺流程图基本单元，理解流程图里的方框和箭头的含义，逐步建构化工流程图的认知模型，进而顺利解答化工流程题。笔者结合自身的教学实践经验，谈谈如何通过模型建构促进化工流程题教学有效性的提高。

一、观察真题，建构化工流程题题目结构模型

教师要引导学生观察化工流程类真题，以使学生对化工流程题的题目结构和各部分呈现形式有概括性的认识，并建构试题结构模型（如图1）。化工流程题题目结构分为题头、题干、题尾三部分，题头通过语言文字简单介绍工艺生产的原材料和目的，有时也提供物质的性质和用途等信息；题干主要以框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来，题干是工艺流程题的核心；题尾为问题部分，主要呈现根据生产过程设计的一系列问题，由学生根据已有的化学知识作出解答。

图1 化工流程题题目结构模型

通过引导学生建构化工流程题题目结构模型，可让学生初步感知化工流程题各部分的功能和呈现形式，化解学生对陌生情境问题的畏难情绪，使学生愿意去阅读题目，从而找到快速获取题目信息的路径。

二、结合教材，建构化工流程图基本单元模型

化工流程题的题干部分通常是一个流程图，它是由方框和箭头组成的基本单元连接而成的。读图识图是解题的关键。在化工流程题教学中，教师应将整个流程图拆分为基本单元，引导学生认识各方框和箭头所表示的含义，初步了解化工流程题的特点。

下面以“水的净化”中自来水的生产工艺为例，引导学生初步建构化学流程图基本单元模型。

师：水的净化过程主要解决三方面问题，即除去不溶性杂质、可溶性杂质和细菌。阅读自来水厂净水过程示意图（如图2），说说该示意图都包含了哪些内容。

图2 自来水厂净水过程示意图

生1：由图2可知，自来水生产的原料是水库里的水，产品是自来水。从示意图中还可以知道自来水的生产经历了“取水—吸附沉淀—过滤—除异味、色素—杀菌—得到自来水”等过程，生产中使用的主要设备有沉淀池、过滤池、吸附池、清水池、配水泵，涉及的生产原理有絮凝剂吸附、固液分离、活性炭吸附、蛋白质变性。

师：上述流程是自来水厂真实的生产过程，但有些过于烦琐。请同学们尝试用方框和箭头简明扼要地设计能够呈现生产步骤、生产原理、生产设备的自来水生产流程图。

学生经思考、讨论后设计的自来水生产流程如图3所示。

图3 自来水生产流程图

师：你能对这一的流程图作出解释吗？

生2：流程图是由方框和箭头组成的，通常方框表示设备或者物质，指向方框的箭头表示“原料”或者“加入的物质”，从方框指出的箭头表示“产品”或者“副产品”，箭头上一般标识相关操作或者所添加的试剂。

师：结合工业用水重复利用示意图（如图4），你知道在流程图中如何表示“物质可循环利用”吗？

图4 工业用水重复利用示意图

生3：用回头箭头表示“物质可循环利用”。

师：请自主建构化工流程图基本单元模型。

学生通过思考、讨论，得出如图5 所示的化工流程图基本单元模型。

图5 化工流程图基本单元模型

三、练习总结，建构化工流程图框架模型

化工流程题的命题背景资源广泛，初中阶段以海水、空气、金属资源、化石燃料甚至实验室或者化工生产为资源，以化学基本理论为主线，结合化学实践进行命题。概括起来基本可分为两种常见题型，一种是从混合物中分离、提纯某物质，另一种是用一种物质制备另一种物质。教学中教师要引导学生在解决问题的过程中进行题型归类，总结解题方法，提炼生产流程框架。下面结合两个具体的实例加以说明。

【例1】粗盐中含有MgCl2、Na2SO4和CaCl2等可溶性杂质，设计如图6 的实验流程进行除杂提纯，以得到较纯净的NaCl 固体。下列做法正确的是（ ）。

图6 粗盐提纯流程图

A.操作a、操作b和操作c相同，都为过滤

B.若X、Y、Z 分别为NaOH、BaCl2、Na2CO3，则溶液N中的溶质为CaCl2

C.若Z 为Na2CO3，则白色固体一定为BaCO3和CaCO3

D.加入过量的稀盐酸的目的是除去过量的Na2CO3

解析：本题主要是考查混合物的除杂、分离、提纯等实验的基础知识以及基本操作技能。解题时，考生需要明确想要得到的主要物质是什么，原料中混有的杂质有哪些；认真分析当某一试剂加入后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样，他们才能明白每一步操作的目的。结合物质的性质及各方面的条件进行分析，可得正确答案为AC。

【例2】高纯度的氧化铜可用作颜料、有机合成催化剂等，以下是用粗铜粉氧化法获取高纯度氧化铜的流程（如图7）。

图7 制备高纯度氧化铜的流程图

回答下列问题：

（1）写出滤液A中所含的物质：___________。

（2）洗涤固体B应使用的试剂是___________。

解析：解题时首先要从题干中获取要制备的是什么物质，寻找在制备过程中所需的原料，写出主要的化学方程式或制备原理，观察有没有副产物产生，如果有，则剩余的步骤就是分离和提纯。

通过分析流程可知滤液A 中含有硫酸铜和过量的硫酸，洗涤固体B 的目的是除去铜粉中的铁粉，并生成硫酸亚铁溶液，故所用的试剂是稀硫酸。

通过分析和比对上述两道试题，发现化工流程图框架呈现的是工业生产中原料经过预处理、核心反应得到目标产品的过程，主要涉及物质的分离和提纯、除杂试剂的选择、生产条件的控制等化学知识。建构化工流程图框架模型（如图8），可以帮助学生把握问题的本质，使学生能触类旁通、举一反三。

图8 化工流程图框架模型

化工流程题素材背景起点高，但落脚点依然是对化学基础知识和基本技能的考查，化工流程“主线与核心”模型的建构，可以帮助学生把握化工流程题问题的本质，加强学生对化学主干知识的学习。

四、示范指导，建构化工流程题解题思路模型

“素养为本”的化学课堂教学，应重视学生化学学习思路的构建。在具体的化学知识教学中，应注重学生化学学习思路的结构化和显性化。教学中发现有些学生对解答化工流程题有畏难情绪，不会在题头信息、题干流程和题尾问题之间寻找关联。这就需要教师发挥示范引领作用，通过学法指导引领学生建构化工流程题解题思路模型（如图9）。模型建构过程如下：首先，从题头中找到流程目的和原料，画出关键字词；其次，深度分析题干中的流程核心部分，寻找从原料到目标产品所包含的反应原理，把所发生的化学反应用方程式表达出来，梳理出操作的线索；最后，把要回答的问题放到真实的流程背景中去考虑，得出答案后代入流程图中检验。

图9 化工流程题解题思路模型

建构结构化的解题思路模型，有助于学生解决陌生情境下的化工流程题，实现对解题思维的固化和迁移运用。

五、教学反思

（一）熟练掌握常见气体、离子的检验方法以及除杂、提纯的方法

常见物质的分离、提纯以及检验是化学实验中的重要内容，也是中考的常考内容，而从混合物中分离、提纯某种物质也是化工流程的常见步骤。掌握这部分知识对读懂流程有着至关重要的作用。在学习过程中，学生要通过比较熟练掌握常见物质的性质、常见的10 种沉淀物质及其性质以及离子的检验方法，熟悉常见的分离方法及其适用范围，能根据溶解度曲线图选取结晶的方法等，以便正确解答题目。

（二）重视基础，规范语言；专题训练，参悟答题技巧

化工流程题有着题目起点高、解答落点低的特点，因此具备扎实的化学基础知识和实验基本技能是解题的关键。学生要重视学习化学基本概念、元素化合物性质等基础知识，学会将化学实验知识与生活生产紧密联系起来。教师应采取问题讨论方式，让学生通过整理、分析、比较，归纳出若干个实验问题，熟悉化工流程题中的实验操作步骤，掌握主线，如粗盐提纯问题解决线“粗盐→溶解→过量BaCl2溶液→过量NaOH 溶液→过量Na2CO3溶液→过滤→适量盐酸→蒸发结晶”，结晶问题解决线“蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥”，等等。这样有利于学生分析和解决问题。另外，还要通过适当的典型习题训练和规范、精准的语言描述练习，使学生习得解题方法，提高解题能力。