化学化工业生产课程情境教学策略探究

陈钰竹　丁万

摘 要：化学化工生产课程是化工专业的一门基础课，化工生产情境是化学教育联系生产实践的教学中间载体。教师应研究如何利用真实生产情境开展教学的问题，围绕“明确教学目标内容，选定情境→发掘信息，设置问题→展示问题，任务驱动→反馈评估，形成意义”四个关键环节开展化学化工生产课程教学实践，从而提升化学化工教学质量，培养学生的学科核心素养。

关键词：化工生产；情境教学；策略

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：0450-9889（2024）03-0156-04

化学工业生产真实情境（以下简称“化工生产情境”）是化学教育联系生产实践的教学中间载体，可以促使学生更加深入理解、掌握所学习的化工知识，不断提高解决实际生产问题的能力，培养理论联系实践的思维方法。对当前教育教学改革而言，利用真实情境开展化工教育教学是一种发展趋势。正是基于以上研究背景，本文探讨化工生产真实情境在化学教学中的应用。

一、化工生产情境教学的理论内涵

国内学者张华在《课程与教学论》中指出，情境教学是通过创设实际生产问题情境，促使学生利用所学知识去解决遇到的实际问题，且能够自行结合真实情境理解课程内容的教学方法［1］。此外，学者张新华在《关于在课堂多媒体网络环境下的情境创设》中提出，情境教学，即为结合现实教学工作的需要，由教师基于教学的核心任务设计真实的场景，进而吸引学生融入教学情景中，激发学生学习热情的教学策略，所创设的真实情境应当围绕教学需求，以起到更好的教学效果［2］。

而在化工生产教学中，利用化工生产真实场景创设教学情境，引导学生置身于化工生产情境探究知识的教学方式被定义为化工生产情境教学，主要包括化学工艺流程、化工生产背景、化工现场教学素材等方面的内容。教师为学生提供贴近实际生产过程的教学情境，让学生在学习过程中拥有真实生产的体验，并根据实际的化工场景学习、实践，提升化学核心素养；学生以多种角色身份开展学习，对化工生产流程实现从感性到理性的认识，了解和并掌握学科知识要点。

二、化工生产情境教学的应用思路

在化学教学中，应用化工生产情境教学一般历经四个关键环节，即“明确教学目标内容，选定情境→发掘信息，设置问题→展示问题，任务驱动→反馈评估，形成意义”。基于此，笔者细化该路径，通过教学活动，引导学生通过生动真实的场景学习新理论、挖掘潜能，并参照产业工人标准，体验化工生产的工作程序，解决真实生产中遇到的难题，掌握化工生产的内在机理，体会化工生产的重大意义，由此提高自身的专业素养与能力。在应用过程中要注意以下几个方面。

一是明确目标，选定情境。教学目标确立了课堂教学的任务与方向，教师需确定课标内容和相关情境所限定的知识要点和要求，既要将知识点讲透讲充分，又不能随意扩大或引申超标内容。教师结合学情，全面考量学生成长发展的潜质，规划好整体教学目标。随后教师聚焦教学目标，合理筛选化工生产情境素材，细化并提炼其中蕴藏的化学学科核心要素，有机结合理论知识、技能、方式、理念与情感态度等因素，并合理安排教学时长、教学资源等多重外在因素，确定合适的教学目标，并把教、学、评三者有机结合起来。

二是挖掘信息，设置问题。在化学教学中，要用好生产情境素材，首先需要深入研究化工生产情境素材的核心，即工业生产流程和操作要点［3］。滤除化工生产情境下与教学无关的信息，提炼当中潜藏的认知情境信息、情感情境信息以及行为环境信息，同时实现对素材资源的解析与转换，形成方便学生学习和理解的教学素材（如图1所示）。设定学科问题时，应注重连续性逐步深入，引导学生依托学科问题，运用已掌握的知识和技能，将教材中出现的全新知识点慢慢整合至个人的认知体系中。教师要因材施教激发学生的兴趣和思考，从而引导学生切身体会解决真实问题的过程，帮助学生养成提问、反思、归纳和整合等高层次的思维模式。

三是展示问题，以任务驱动开展教学。教师联系教学实际将梳理提取、重组的认知环境信息、情感环境信息以及行为环境信息抽象为相应的学科问题，并采用数据或表格的方式展示，归纳总结为教学任务，进而设计适当的教学策略，规划教学实施的具体方法。

对于化工生产情境教学而言，设定教学任务需注重下述两点。首先，因为整体过程并不是理想化的，化工生产流程复杂多变，所以设定教学任务时应基于真实工业生產流程，精简和取舍教学目标，切勿过分执着于生产环节的一些琐碎问题，占用学生的注意力和时间。其次，化工生产不是封闭孤立的，存在相应的历史或社会背景，应基于合理的历史或社会背景设计化工生产场景，确保尽可能地利用好素材的教学价值。因此，设定教学任务，应综合考量化工工业的演变历程、经济效益、社会责任、生态环保等诸多方面，有效培养学生的学科核心素养。

四是反馈评价，形成意义。化学学习评估是考评的重点，要将教、学、评三者融合评价，将学生学习考评渗透到化学生产日常教学的各个环节。教师应把握好定量考评和定性考评的比重，既要考查学生对新知识点的熟悉度，又要考查学生的思想观念、情感认知等潜在因素，更应站在社会用人需求的层面，全方位考查学生；注重测试学生理论和实践融合的能力，观其是否善于运用掌握的理论解决真实的生产难题，体现出化工生产教学情境策略的实践价值。

如图2反馈评估量图，将化工生产情境所涉及的知识、技能和态度三大因子制作成图例，并在各个维度细化得到二级指标，诸如认知层面细化出理论学习理解、工程思维等指标；行为层面细化出理论综合运用能力、解决问题能力、自主创新能力等；情感层面则细化出社会责任感、科学观念等。结合实际的教学要点，筛选出对应的二级考查指标，借鉴新课标对核心素养的分类规定，按照水平级别逐步提升的顺序归纳二级评估指标，在听取其他化学教师的意见和观点后，给出水平指标的细化表述，同时明确对应的分值。

三、化工生产情境教学的应用实践

（一）结合化工实际，带领学生认识理论的实用性

强化元素化合物的授课融合，既应善于通过概念机理对知识点学习加以预判、阐释与指导，又需结合生产生活实际，赋予理论知识更多的外延，明确教学的实际基础，建立“事实—概念—实践”三者彼此联系和共同发展的融合化教学闭环。

比如精细磷化工技术课程中“磷的常见化合物”这一知识点的讲授，教师不应停留在对其物质特性、反应特点和反应方程式书写等要点的讲解与练习上，而要带领学生结合真实的生产过程，通过对磷矿、磷酸、磷肥、磷复肥以及各种磷酸盐为主的生产技术的了解，提高感性认识，强化理论联系实际的学习方法。在教学中，教师可以当地产业特点和生产实际为例，结合可实际运用于当地磷化工产业发展的特点，组织学生到磷化工企业深入了解从磷矿中提取和加工磷元素的过程。

然后进一步延伸对磷系化合物的认知。比如磷元素参与农作物碳水化合物的形成、转化过程；磷是组成原生质、核细胞的重要元素；磷肥能促进作物根系发育，增强抗寒抗旱能力，让作物早熟，让穗粒增多、籽粒饱满；磷元素在磷肥中通常以H2PO4-、HPO[4-2]、PO[3-4]和P2O[4-7]四种形式存在，依据磷肥生产方法的不同，有酸法磷肥（也称湿法磷肥）和热法磷肥等生产工艺。教师针对其化学反应原理，阐明影响生产的因素以及生产工艺条件，引导学生思考如何改进生产流程、生产工艺，预判和梳理磷及磷化合物的性质，进一步了解学科基本的概念和原理，巧妙融合理论学习、事实认知与实际生产三大要素。将元素化合物的学习和真实生产两者结合，符合化学学科固有的思考方式，这也是符合化学学科特点的必然要求。以掌握理论、建立概念、实践升华为基础的授课方式，能够带领学生感知理论的实用价值，有利于学生培养核心素养。学生通常会遇到理论与实践之间的鸿沟，只有通过实用性策略的学习，才能真正理解并运用化工理论知识。

（二）建立化工流程模型，提升学生“模型认知”能力

教学过程中的化工生产相关问题，大多以无机化工商品的生产过程为载体呈现，即将元素化合物的转化以及属性等融合工艺、工具、作业手法等内容提炼为工业生产流程模型并进行展示。如学院根据工业生产流程模型绘制的合成氨生产中的氨储槽及弛放气流程示意图（如图3所示）。在实际教学中，教师可将液氨及弛放气按照合理的次序串联起流程图中不同环节的核心脉络，通过箭头的走向与次序呈现液态氨和气态弛放气状态，展示系统物料如何转化，如何得到最终反应物以及如何以回收利用的气体作为原料返回合成系统进行回收利用。

如无机化工生产技术课程中“硫酸、硝酸”等物质制备这一核心知识点，教学可以通过基于物质转化的流程模型，呈现相应元素及化合物相互的反应。硫酸的工业生产方法主要是接触法，生产过程分为三步：第一步是二氧化硫气体的制备；第二步是二氧化硫的催化氧化；第三步是三氧化硫的吸收。我國硝酸工业用氨的催化氧化法，以氨为原料，在铂金属催化下让其与氧反应生成氧化氮气体，然后用水吸收生成硝酸。其生产流程成熟可靠，具有成本低、产率高、耗电少的特点，现已成为硝酸行业唯一的生产工艺方法。教师引导学生熟悉并合理运用成熟的制备工艺，逐步掌握生产作业中对催化剂、浓度、温度、压强等外部参数及其调节技术，让学生掌握主要制备反应，并懂得化学反应速度、反应程度对制备反应产生的影响，熟悉基于物质转化装置的化工流程模型，对生产工艺流程有系统化的把握与认识。

化工流程模型包含众多的标识、文字、图片、专业用语，用此种模型可以清晰明了地展示作业开展的流程、次序和手段等。教师将建立化工流程的实践融入化学教学中去，通过化工流程图带领学生认识生产实践流程，明确梳理总结知识要点的方向，既有助于学生打开思路、理清重点，又能够提升学生的发散思维能力和分析能力，使学生在融合元素化合物理论和实际工业过程中，消除理论认知和生产过程两者间的隔阂，增强学生解决化学流程类题目的能力，切实提升其“模型认知”能力。

为落实产教融合，学校可组织学生实地参观本地的硫酸制备车间，让学生通过参观直观了解生产工艺流程和操作方式，更好地理解理论知识，了解化学反应的原理和技术。实地参观和观察让学生直接接触生产，激发学习兴趣，并有机会与企业员工交流，了解相关职业的要求和工作技能。同时，学生还能亲自参与一些实际操作，例如观察设备的运行、学习如何进行安全操作等。

（三）统摄化工元素，增强学生解决综合性问题的能力

学者宋心琦认为，现有的化学课堂教学，往往仅仅局限于课本，只机械地灌输书本中的知识点和常规操作。在平时的教学中，教师往往过滤掉与化学原理或概念无关的内容，确保教学向着设计好的方向展开，使得教学的内容变得更为抽象和理想化［4］。针对化工生产过程的复杂性，可根据对应的因素建立子系统，合理转化一些复杂繁琐的实际问题。比如中小型合成氨的工艺中合成工序就可以联系实际就合成催化剂（工业上又称触媒）与热力学和动力学关系向学生阐释生成原理，让学生较为容易地理解一些工艺参数的确定依据。我们知道，合成氨装置通常用的是铁型催化剂，采用高压、高温、高空速、轴向合成塔为特征的氨合成技术。从化学平衡的角度来看，提高氨合成压力可以提高合成塔的生产强度与生产能力，提高平衡氨含量和氨合成反应速率，简化氨分离流程。合成氨反应是放热反应，温度的升高将不利于氨合成反应向生成物方向进行，对延长催化剂的使用寿命有影响。但是，为了满足工业生产，提高生成效率，实际操作中通常让反应在高温状态下进行，最大限度保障催化剂活性，确保较高的生产率。而现代大型煤炭合成氨生产大多采用低温高活性的氨合成催化剂，在工艺上通过加大合成塔有效容积和催化剂的装填量，以及对反应热的充分回收与综合利用，达到提高氨合成生产能力和降低氨合成能耗的目的。此种繁琐的化工作业体系，其中牵涉到反应速度、经济性等关键影响因素，可将此类因素转变成子系统，建立相应的系统，通过研究其中的子体系，使学生在学习的过程中，全面考量所有的子系统，得到合成氨最为理想的作业环境。

统摄的主要目的是解决复杂的综合性问题。化工生产原本便属于一个牵涉到众多影响因子和变量的庞大体系，其中包含了原料装置、工艺手段、安全作业、节能环保等重要的生产因素，不同的因素之间彼此影响，导致实际生产有着很多的未知风险。统摄化工要素，实际上是攻克复杂综合性难题的过程。教师应善于激发学生的学习兴趣，使之全面深入地分析复杂的综合性问题，提升其应对系统性难题的本领。

综上所述，学生学科核心素养的培养与真实情境教学存在紧密的联系，结合生产实际情境教学能不断促进学生解决实际问题能力的提升。研究利用化工生产实际情境开展化学教学应用思路，总结化工生产情境素材在元素化合物教学中的应用方法，将有助于化工化学专业教师改革教学模式，提高教学质量。

参考文献

［1］张华，钟启泉.课程与教学论［M］.上海教育出版社，2018：476-477.

［2］张新华.关于在课堂多媒体网络环境下的情境创设［J］.电化教育研究，2021（5）：48-52.

［3］娄华，闻昊，吴俊明.“无机化工生产”作业的设计［J］.化学教学，2020，（9）：84-89.

［4］宋心琦.对化学教学与教材新理念的几点看法［J］.化学教学.2004（8）：17-21.

（责编 罗异丰）