優(yōu)化情境問題 驅(qū)動深度學習

謝小燕

摘 要：文章以梅州市模擬考試試題中的化學工業(yè)流程題、化學教材、高考真題、相關(guān)的化學科研成果等素材為依據(jù)，在“以礦石為原料的工藝流程除雜專題復習”教學中，通過創(chuàng)設(shè)情境素材，優(yōu)化情境問題，引導學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，達到深度學習、促進學生的核心素養(yǎng)發(fā)展的目的。

關(guān)鍵詞：情境教學;工藝流程;深度學習;高三一輪復習

深度學習是指教師借助一定的活動情境帶領(lǐng)學生超越表層的知識符號學習，進入知識內(nèi)在的邏輯形式和意義領(lǐng)域，挖掘知識內(nèi)涵的豐富價值，完整地實現(xiàn)知識教學對學生的發(fā)展價值。深度學習注重培養(yǎng)學生掌握學科知識的能力與知識遷移能力，同時達到學生能夠在真實情境中解決問題的目的。促進深度學習的策略有問題情境、認知沖突、思維可視、變式運用等。因此在深化課堂教學改革過程中，教師要積極探索情境和任務驅(qū)動的課堂教學，以促進學生深度學習。

一、教學背景分析

從學科的社會價值來看，化學工藝流程題用真實的科研成果和生產(chǎn)情境，以簡明的工藝流程圖，對實際生產(chǎn)中的重點環(huán)節(jié)進行再現(xiàn)，旨在引導學生在掌握書本知識的同時能夠關(guān)注和解決生產(chǎn)、生活中的實際問題，能夠達到培養(yǎng)學生的科學精神和社會責任感的目的，激發(fā)學生對化學學科的熱愛。從考查內(nèi)容看，化學工藝流程考點幾乎包羅高中所有主干知識，側(cè)重考查典型無機物的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系。從命題的角度看，不管是物質(zhì)制備類工藝流程還是物質(zhì)提純類工藝流程，都不可避免地涉及物質(zhì)的除雜和凈化問題，因此進行除雜專題復習很有必要。

二、教學目標

1. 通過分析“工藝流程圖”，提高有效信息提取能力，克服陌生情境帶來的困難，學會分析工藝流程圖中除雜的目的、試劑和操作，建立認知模型，并能運用模型解決問題。

2. 通過回顧教材中以礦物為原料的工藝流程中常見雜質(zhì)及其除去方法，歸納總結(jié)常見雜質(zhì)的除去方式和存在形式，落實證據(jù)推理與模型認知的學科素養(yǎng)。

3. 通過練習完成文獻和高考題中的工藝流程除雜任務，培養(yǎng)學生的知識遷移能力，同時培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與社會責任感。

三、教學框架

以組合為“物理+化學+生物”選科的高三普通班學生為授課對象，選取化學工藝流程除雜問題在高考、生產(chǎn)生活等方面的素材作為情境，教學框架設(shè)計如下圖所示。

四、教學過程

[情境引入]呈現(xiàn)2022年梅州市第一次模擬考試第18題工藝流程。

[教師提問]此工藝流程可以分為幾個步驟？各個步驟的作用是什么？從流程的各個箭頭的進出能獲取到哪些信息？

[情境任務]解決模擬考工藝流程中除雜問題。

[教師提問]（1）上述工藝流程中濾渣1和濾渣2主要成分是什么？

（2）加入鹽酸“酸溶”后濾液中存在的金屬陽離子有TiO___________，如果這些離子的濃度均小于0.01mol?L，采用氨水調(diào)節(jié)溶液pH應該達到使___________沉淀完全而___________不沉淀的目的，則調(diào)pH應控制的范圍是___________。

[教材情境]選取教材中典型的以礦物為原料的工藝流程中常見雜質(zhì)及其除去方法，達到回顧基礎(chǔ)知識的目的。

1. 九年級化學上冊中展示了地殼中的元素含量。地殼最多的元素有O/Si/Al/Fe，故礦石中一般含有硅、鋁和鐵的氧化物等雜質(zhì)。請思考除去這些物質(zhì)的常用方法。

[情境遷移]結(jié)合初高中知識，總結(jié)歸納氧化鎂中常見雜質(zhì)的除雜方法，如下表：

2. 高中化學人教版必修二（P106-107）

以鹵塊為原料生產(chǎn)輕質(zhì)氧化鎂，工藝流程如下圖所示。鹵塊主要成分是氯化鎂，還含有Fe、Fe、Mn等雜質(zhì)離子。

在實際生產(chǎn)中通常將Fe先氧化成Fe，再水解得到生成Fe（OH）3沉淀而除去，原因是絮狀的Fe（OH）2不易從溶液中除去。

3. 高中化學人教版選修四中提到常見雜質(zhì)的除去方法：工業(yè)原料氯化銨中含雜質(zhì)氯化鐵，使其溶解于水，再加入氨水調(diào)節(jié)pH至7～8，可使Fe生成Fe（OH）3沉淀而除去。除調(diào)節(jié)pH使生成氫氧化物沉淀外，以Na2S、H2S等作沉淀劑，使某些金屬離子如Cu2+、Hg等，生成極難溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分離、除去雜質(zhì)常用的方法。

[情境遷移]在上述基礎(chǔ)上，讓學生設(shè)計工業(yè)上用紅鋅礦（主要成分ZnO，含少量SiO、FeO、FeO、AlO）制備硫酸鋅的除雜流程。

已知：①ZnO是兩性氧化物;②相關(guān)金屬離子[c（Mn+）=0.1mol·L?1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍參考下表。

[情境拓展]以論文《由富錳渣制備無水氯化錳的工藝探索》中氯化錳的制備流程為背景，引導學生分析流程中的除雜問題。

[教師提問]（1）富錳渣一般含有錳、硅、鋁、鐵的氧化物及重金屬鹽等，請思考濾渣I和濾渣II的主要成分。

（2）請寫出二氧化錳氧化Fe2+的離子方程式_____________。

（3）已知“硫化除重金屬”時主要是將Hg2+沉淀下來，請寫出反應的離子方程式_____________，其平衡常數(shù)表達式K=___________。

（4）文獻指出干燥氯化錳晶體時的操作是“將未經(jīng)干燥的晶體放置于有氮氣或者惰性氣體的電烘箱內(nèi)，于200℃±3℃使結(jié)晶水逐漸脫去”，請簡述操作原因。

[情境應用]【2017新課標3卷】重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：

（2）濾渣1中含量最多的金屬元素是_________，濾渣2的主要成分是________及含硅雜質(zhì)。

（3）步驟④調(diào)濾液2的pH使之變_____（填“大”或“小”），原因是_____________________________（用離子方程式表示）。

五、教學思考

知識活化以及轉(zhuǎn)化為核心素養(yǎng)的重要途徑之一就是知識的情境化。用模擬考試中的問題引導學生思考此類題型為什么考、考什么和怎么考的問題，建立思維模型。用實際生產(chǎn)中的無水氯化錳的制備，呈現(xiàn)實際生產(chǎn)情境，培養(yǎng)學生“科學態(tài)度與社會責任”和“科學探究與創(chuàng)新意識”的學科素養(yǎng)。審視高考試題所蘊含的深刻內(nèi)涵，理解和感受所學知識、科學研究及實際生產(chǎn)應用之間的聯(lián)系是本節(jié)教學的重要目標。在實際教學中還可以根據(jù)學生實際情況選擇性地、合理地創(chuàng)設(shè)更多情境落實化學學科核心素養(yǎng)的理念，促進學生深度學習。

參考文獻：

[1]康淑敏.基于學科素養(yǎng)培育的深度學習研究[J].教育研究，2016（07）.

[2]周志明，蘇文征，李坤.由富錳渣制備無水氯化錳的工藝探索[J].無機鹽工業(yè)，2007（03）.

[*本文系廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃一般課題“基于核心素養(yǎng)的新教材高中化學課堂情境教學模式的實踐研究”（課題編號：2021YQJK382）的成果之一]