促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)
———高三化工生產(chǎn)流程專題復(fù)習(xí)

◇ 北京 馮 姝 賀 新

1 傳統(tǒng)高三化工生產(chǎn)流程復(fù)習(xí)教學(xué)面臨的困境

化工生產(chǎn)流程是高考考查的重點(diǎn),也是高三復(fù)習(xí)課中學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn).化工生產(chǎn)流程題對(duì)學(xué)生的綜合能力要求高,它通常以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為依托,與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護(hù)等相融合,考查物質(zhì)的制備、檢驗(yàn)、分離提純等基本實(shí)驗(yàn)原理在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用.由于化工生產(chǎn)活動(dòng)與學(xué)生日常學(xué)習(xí)生活有一定距離,因此對(duì)這類試題存在畏難情緒,缺乏整體分析視角和分析思路.

傳統(tǒng)的高三化工生產(chǎn)流程復(fù)習(xí)教學(xué)大多采用講練結(jié)合復(fù)習(xí)方式,即引領(lǐng)學(xué)生將相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合之后,就進(jìn)入習(xí)題訓(xùn)練.這種復(fù)習(xí)沒有結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)生活,難以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突和學(xué)習(xí)興趣,長此以往容易陷入題海戰(zhàn)術(shù),降低學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,影響教學(xué)的實(shí)際效果,不利于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.

2 優(yōu)化化工生產(chǎn)流程復(fù)習(xí)課教學(xué)的設(shè)計(jì)思路

在2017年普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中,學(xué)業(yè)水平考試命題明確建議：以核心素養(yǎng)為測(cè)試宗旨,以真實(shí)情境為測(cè)試載體,以實(shí)際問題為測(cè)試任務(wù),以化學(xué)知識(shí)為解決問題的工具.真實(shí)、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái),為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì).課程標(biāo)準(zhǔn)也明確指出：化學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生通過化學(xué)學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)構(gòu)成的內(nèi)涵要素.高中化學(xué)教學(xué)要以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨,倡導(dǎo)創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境,重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力.

因此,我們?cè)O(shè)計(jì)了“汽車中的化學(xué)——廢舊鉛蓄電池的回收”專題復(fù)習(xí)課,以“廢舊鉛蓄電池中成分復(fù)雜的鉛膏如何轉(zhuǎn)化為再生鉛”作為載體,創(chuàng)設(shè)復(fù)習(xí)化工生產(chǎn)流程的情境.通過分析生產(chǎn)工藝每個(gè)環(huán)節(jié)的目的和結(jié)果,形成化工生產(chǎn)流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析視角和分析思路.在分析問題、解決實(shí)際問題的過程中,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用已有知識(shí)綜合分析和解決實(shí)際問題的能力,在高三復(fù)習(xí)課上落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

2.1 教學(xué)目標(biāo)

1)鞏固元素化合物基礎(chǔ)知識(shí),掌握物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中核心方程式的準(zhǔn)確書寫.學(xué)會(huì)提取信息,準(zhǔn)確快速找出流程中的核心反應(yīng),分析每個(gè)工藝環(huán)節(jié)的目的.

2)通過討論、歸納、梳理、整理知識(shí),形成化工生產(chǎn)流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析視角和分析思路.通過生產(chǎn)流程的方案設(shè)計(jì),體會(huì)多、快、好、省的生產(chǎn)原則.理論聯(lián)系實(shí)際,明確解答化工生產(chǎn)流程題的解題思路和方法,并形成相應(yīng)的策略.

3)通過對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)相互關(guān)系的了解,提升化學(xué)技術(shù)的興趣,增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感,體會(huì)化學(xué)對(duì)人類生活和生產(chǎn)所起的重要作用.培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際提取信息和科學(xué)分析的能力.

2.2 教學(xué)重、難點(diǎn)

1)重點(diǎn)：復(fù)雜體系中物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化原理.

2)難點(diǎn)：應(yīng)用化工生產(chǎn)原則實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化.

2.3 教學(xué)過程

環(huán)節(jié)1課題引入

【視頻1】汽車啟動(dòng)電池要更換,講述回收廢舊鉛蓄電池的意義.

【視頻2】廢舊鉛蓄電池回收工藝,如圖1所示,分析電池各部件回收方法.

活性填料和腐蝕后的極板組成了鉛膏.鉛膏化學(xué)成分是硫酸鉛、二氧化鉛、氧化鉛等.成分比較復(fù)雜,需要特定的方法回收處理.

【問題1】如何將回收的鉛膏轉(zhuǎn)化為鉛?

學(xué)生活動(dòng)：觀看視頻,觀察廢舊鉛蓄電池回收工藝,思考鉛膏成分如何轉(zhuǎn)化為鉛.

設(shè)計(jì)意圖：引入專題復(fù)習(xí)課內(nèi)容,從實(shí)際應(yīng)用的視角,強(qiáng)化廢舊鉛蓄電池回收的意義,并形成貫穿性任務(wù).

環(huán)節(jié)2 火法冶煉分析

【問題2】火法冶煉物質(zhì)如何轉(zhuǎn)化? 存在哪些優(yōu)缺點(diǎn)?

任務(wù)1：分析火法冶煉制出鉛中的物質(zhì)及反應(yīng),如圖2所示.

學(xué)生活動(dòng)：書寫PbO2和PbSO4反應(yīng)方程式：

分析火法冶煉的優(yōu)缺點(diǎn).

優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單,還原劑焦炭便宜易得.

缺點(diǎn)：溫度高,能耗大;產(chǎn)生大量SO2,污染環(huán)境;高溫產(chǎn)生鉛蒸氣,鉛塵污染環(huán)境,降低鉛的回收效率.

設(shè)計(jì)意圖：從簡單的物質(zhì)轉(zhuǎn)化層面分析,幫助學(xué)生形成分析角度.

環(huán)節(jié)3濕法RSR 工藝分析

【問題3】觀察整個(gè)流程,發(fā)生了哪些變化? 如何從鉛膏回收鉛? 分析流程,講述物質(zhì)轉(zhuǎn)化采用的方法.

任務(wù)2：分析RSR 濕法工藝中的物質(zhì)及其變化,如圖3所示.

學(xué)生活動(dòng)：

1)提煉回收流程.

2)書寫核心物質(zhì)轉(zhuǎn)化離子方程式.

過程1：PbO2＋SO2－3＝PbO＋SO2－4

過程2：PbSO4＋CO2－3＝PbCO3＋SO2－4

過程3：Pb2＋＋2e－＝Pb

教師活動(dòng)：生產(chǎn)的核心是化學(xué)反應(yīng),物質(zhì)轉(zhuǎn)化基于類別反應(yīng)和氧化還原反應(yīng),如圖4所示.

圖4

學(xué)生活動(dòng)：聆聽、思考、記錄.

教師活動(dòng)：【追問】與火法冶煉相比,濕法RSR 工藝有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?

學(xué)生活動(dòng)：

優(yōu)點(diǎn)：污染小,得到高純鉛.

缺點(diǎn)：步驟多,分離提純復(fù)雜,試劑成本較高.

設(shè)計(jì)意圖：復(fù)雜問題情境中的分析梳理,抽提出工藝流程和核心化學(xué)反應(yīng),體會(huì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程和方法,不斷應(yīng)用方法以進(jìn)一步固化.

環(huán)節(jié)4設(shè)計(jì)從鉛膏到鉛的回收方案

教師活動(dòng)：要求學(xué)生利用已有知識(shí)和資料信息,設(shè)計(jì)回收鉛的方案.組織學(xué)生匯報(bào)討論,并評(píng)價(jià)方案.

任務(wù)3：設(shè)計(jì)從鉛膏回收鉛的方案,如圖5所示.

圖3

圖5

學(xué)生閱讀材料,設(shè)計(jì)方案;小組討論;組間交流匯報(bào),并評(píng)價(jià)方案.

教師活動(dòng)：小結(jié)生產(chǎn)實(shí)際中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的理念或原則,如圖6所示.

圖6

學(xué)生活動(dòng)：聆聽、思考、記錄.

設(shè)計(jì)意圖：明確化工生產(chǎn)的核心是物質(zhì)轉(zhuǎn)化,基于類別反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)來選擇試劑,體會(huì)多快好省的生產(chǎn)原則.

環(huán)節(jié)5總結(jié)梳理

教師活動(dòng)：梳理高考試題,體會(huì)復(fù)雜體系中化學(xué)反應(yīng)的分析.

學(xué)生活動(dòng)：高考真題試做.

設(shè)計(jì)意圖：明確高考題設(shè)問角度;形成化工生產(chǎn)流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析視角和分析思路.

3 教學(xué)反思

3.1 注重情境的導(dǎo)入,提高真實(shí)復(fù)雜情境問題的解決能力

高三化學(xué)總復(fù)習(xí)時(shí)間緊、內(nèi)容多、任務(wù)重,教師一般采用教師講,學(xué)生練,很少有課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié).實(shí)踐證明,根據(jù)教材內(nèi)容,設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)內(nèi)容時(shí)結(jié)合學(xué)生們熟悉的生產(chǎn)生活真實(shí)情境,在真實(shí)復(fù)雜情境中發(fā)現(xiàn)問題,解決問題才是化工生產(chǎn)流程的高效復(fù)習(xí)法.

本節(jié)課以“汽車中的化學(xué)——廢舊鉛蓄電池的回收”為題,分析廢舊汽車電池中鉛膏的回收和利用.課程內(nèi)容基于實(shí)際回收工藝中的真實(shí)化工生產(chǎn)流程,也是在真實(shí)生產(chǎn)生活情境的基礎(chǔ)上思考設(shè)計(jì)課堂問題.通過“我的汽車需要更換電池,其他車主也是這樣嗎?”“廢舊鉛蓄電池如何回收呢?”這樣的真實(shí)問題引入整節(jié)課的學(xué)習(xí),激發(fā)了學(xué)生的探究興趣,使學(xué)生從生活世界走進(jìn)化學(xué)世界.3個(gè)核心問題——“如何將回收的鉛膏轉(zhuǎn)化為鉛?”“火法冶煉物質(zhì)如何轉(zhuǎn)化? 存在哪些優(yōu)缺點(diǎn)?”“觀察整個(gè)濕法流程,發(fā)生了哪些變化?如何從鉛膏回收鉛的?”和3個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)——“分析火法冶煉制出鉛中的物質(zhì)及反應(yīng)”“分析RSR 濕法工藝中的物質(zhì)及其變化”“請(qǐng)你設(shè)計(jì)從鉛膏回收鉛的方案”一一對(duì)應(yīng),貫穿整個(gè)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容.通過對(duì)從鉛膏回收鉛方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià),形成物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析視角和分析思路,提高學(xué)生應(yīng)用已有知識(shí)綜合分析和解決真實(shí)復(fù)雜情境實(shí)際問題的能力.

3.2 注重學(xué)生參與,提升學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力

在課堂組織形式上,學(xué)生為主體,大部分的內(nèi)容由學(xué)生討論完成.通過學(xué)生間討論、歸納,師生共同梳理、整理知識(shí),形成化工生產(chǎn)流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析視角和分析思路.學(xué)生通過小組討論,設(shè)計(jì)生產(chǎn)方案,再組間交流匯報(bào),相互評(píng)價(jià)方案,非常有利于學(xué)生思維的外顯和碰撞,在討論匯報(bào)和評(píng)價(jià)生產(chǎn)方案中,明確化工生產(chǎn)的核心是物質(zhì)轉(zhuǎn)化,基于類別反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)來選擇試劑,體會(huì)多快好省的生產(chǎn)原則.

3.3 將問題和解決思路“結(jié)構(gòu)化”,促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移

“結(jié)構(gòu)化”是實(shí)現(xiàn)知識(shí)向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的有效途徑,“結(jié)構(gòu)化”水平直接決定著素養(yǎng)發(fā)展水平.很多學(xué)生遇到化工生產(chǎn)流程問題時(shí),沒有解決問題的思考角度,不知道用什么方法進(jìn)行分析.因此,本節(jié)課教師通過引導(dǎo)學(xué)生分析火法冶煉和RSR 濕法工藝中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化,不僅整合了基本知識(shí)與技能,還通過對(duì)復(fù)雜問題情境的分析梳理,幫助學(xué)生提煉并形成化工生產(chǎn)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析視角和分析思路.學(xué)生明確了解答化工生產(chǎn)題的解題思路和方法,形成了解決化工生產(chǎn)題的思路和策略,并將解決問題的知識(shí)方法和思維角度結(jié)構(gòu)化.這樣對(duì)其他化工生產(chǎn)的問題學(xué)生就能學(xué)習(xí)遷移,分析和解決實(shí)際問題的能力得到提升.

4 結(jié)語

本次課的教學(xué)設(shè)計(jì),改變了以往高三化工生產(chǎn)流程講練結(jié)合的復(fù)習(xí)方式,很好地將化工生產(chǎn)工藝和流程嵌入在真實(shí)的情境中,讓學(xué)生在分析和解決實(shí)際問題的過程中,明確物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析視角和分析思路,在設(shè)計(jì)鉛膏轉(zhuǎn)化方案的過程中進(jìn)行對(duì)比、評(píng)價(jià)和優(yōu)化流程方案,體會(huì)多快好省的生產(chǎn)原則.通過高考真題試做,指導(dǎo)學(xué)生在解題過程中善于歸納、總結(jié),形成解決化工生產(chǎn)題的思路和策略.本節(jié)課以真實(shí)情境為載體,以化學(xué)知識(shí)為解決問題的工具,優(yōu)化了教學(xué)方法,切實(shí)提高了課堂教學(xué)效率,落實(shí)了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),促進(jìn)了學(xué)習(xí)的遷移.