“模型建構(gòu)”在化工流程題教學(xué)中的應(yīng)用

江蘇無錫市僑誼實(shí)驗(yàn)中學(xué)（214026） 史育萌

化工流程題是以真實(shí)的化學(xué)工藝流程為試題背景，且信息量大、綜合性強(qiáng)、考查內(nèi)容豐富的一類題型，其命題符合課程標(biāo)準(zhǔn)提出的“基于真情境，解決真問題”的要求，越來越受到中考命題者的關(guān)注。但因?yàn)榛ち鞒叹嚯x生活較遠(yuǎn)，學(xué)生對(duì)其比較陌生，所以在解題時(shí)他們面臨著不小的困難。這可能會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏難和逃避情緒?？荚囍羞@類題型整體得分不高。如何改變化工流程題教學(xué)低效現(xiàn)狀，對(duì)廣大化學(xué)教師而言是個(gè)富有挑戰(zhàn)性的課題。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》指出：“通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律?！蓖ㄟ^課堂師生對(duì)話、課后作業(yè)反饋、試卷分析、問卷調(diào)查等可知，影響化工流程題教與學(xué)的首要因素是學(xué)生讀不懂題，看不懂流程圖。鑒于此，教師應(yīng)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化工流程題的題目結(jié)構(gòu)，提煉工藝流程圖基本單元，理解流程圖里的方框和箭頭的含義，逐步建構(gòu)化工流程圖的認(rèn)知模型，進(jìn)而順利解答化工流程題。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勅绾瓮ㄟ^模型建構(gòu)促進(jìn)化工流程題教學(xué)有效性的提高。

一、觀察真題，建構(gòu)化工流程題題目結(jié)構(gòu)模型

教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察化工流程類真題，以使學(xué)生對(duì)化工流程題的題目結(jié)構(gòu)和各部分呈現(xiàn)形式有概括性的認(rèn)識(shí)，并建構(gòu)試題結(jié)構(gòu)模型（如圖1）?；ち鞒填}題目結(jié)構(gòu)分為題頭、題干、題尾三部分，題頭通過語言文字簡(jiǎn)單介紹工藝生產(chǎn)的原材料和目的，有時(shí)也提供物質(zhì)的性質(zhì)和用途等信息；題干主要以框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來，題干是工藝流程題的核心；題尾為問題部分，主要呈現(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)的一系列問題，由學(xué)生根據(jù)已有的化學(xué)知識(shí)作出解答。

圖1 化工流程題題目結(jié)構(gòu)模型

通過引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)化工流程題題目結(jié)構(gòu)模型，可讓學(xué)生初步感知化工流程題各部分的功能和呈現(xiàn)形式，化解學(xué)生對(duì)陌生情境問題的畏難情緒，使學(xué)生愿意去閱讀題目，從而找到快速獲取題目信息的路徑。

二、結(jié)合教材，建構(gòu)化工流程圖基本單元模型

化工流程題的題干部分通常是一個(gè)流程圖，它是由方框和箭頭組成的基本單元連接而成的。讀圖識(shí)圖是解題的關(guān)鍵。在化工流程題教學(xué)中，教師應(yīng)將整個(gè)流程圖拆分為基本單元，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)各方框和箭頭所表示的含義，初步了解化工流程題的特點(diǎn)。

下面以“水的凈化”中自來水的生產(chǎn)工藝為例，引導(dǎo)學(xué)生初步建構(gòu)化學(xué)流程圖基本單元模型。

師：水的凈化過程主要解決三方面問題，即除去不溶性雜質(zhì)、可溶性雜質(zhì)和細(xì)菌。閱讀自來水廠凈水過程示意圖（如圖2），說說該示意圖都包含了哪些內(nèi)容。

圖2 自來水廠凈水過程示意圖

生1：由圖2可知，自來水生產(chǎn)的原料是水庫(kù)里的水，產(chǎn)品是自來水。從示意圖中還可以知道自來水的生產(chǎn)經(jīng)歷了“取水—吸附沉淀—過濾—除異味、色素—?dú)⒕玫阶詠硭钡冗^程，生產(chǎn)中使用的主要設(shè)備有沉淀池、過濾池、吸附池、清水池、配水泵，涉及的生產(chǎn)原理有絮凝劑吸附、固液分離、活性炭吸附、蛋白質(zhì)變性。

師：上述流程是自來水廠真實(shí)的生產(chǎn)過程，但有些過于煩瑣。請(qǐng)同學(xué)們嘗試用方框和箭頭簡(jiǎn)明扼要地設(shè)計(jì)能夠呈現(xiàn)生產(chǎn)步驟、生產(chǎn)原理、生產(chǎn)設(shè)備的自來水生產(chǎn)流程圖。

學(xué)生經(jīng)思考、討論后設(shè)計(jì)的自來水生產(chǎn)流程如圖3所示。

圖3 自來水生產(chǎn)流程圖

師：你能對(duì)這一的流程圖作出解釋嗎？

生2：流程圖是由方框和箭頭組成的，通常方框表示設(shè)備或者物質(zhì)，指向方框的箭頭表示“原料”或者“加入的物質(zhì)”，從方框指出的箭頭表示“產(chǎn)品”或者“副產(chǎn)品”，箭頭上一般標(biāo)識(shí)相關(guān)操作或者所添加的試劑。

師：結(jié)合工業(yè)用水重復(fù)利用示意圖（如圖4），你知道在流程圖中如何表示“物質(zhì)可循環(huán)利用”嗎？

圖4 工業(yè)用水重復(fù)利用示意圖

生3：用回頭箭頭表示“物質(zhì)可循環(huán)利用”。

師：請(qǐng)自主建構(gòu)化工流程圖基本單元模型。

學(xué)生通過思考、討論，得出如圖5 所示的化工流程圖基本單元模型。

圖5 化工流程圖基本單元模型

三、練習(xí)總結(jié)，建構(gòu)化工流程圖框架模型

化工流程題的命題背景資源廣泛，初中階段以海水、空氣、金屬資源、化石燃料甚至實(shí)驗(yàn)室或者化工生產(chǎn)為資源，以化學(xué)基本理論為主線，結(jié)合化學(xué)實(shí)踐進(jìn)行命題。概括起來基本可分為兩種常見題型，一種是從混合物中分離、提純某物質(zhì)，另一種是用一種物質(zhì)制備另一種物質(zhì)。教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中進(jìn)行題型歸類，總結(jié)解題方法，提煉生產(chǎn)流程框架。下面結(jié)合兩個(gè)具體的實(shí)例加以說明。

【例1】粗鹽中含有MgCl2、Na2SO4和CaCl2等可溶性雜質(zhì)，設(shè)計(jì)如圖6 的實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行除雜提純，以得到較純凈的NaCl 固體。下列做法正確的是（ ）。

圖6 粗鹽提純流程圖

A.操作a、操作b和操作c相同，都為過濾

B.若X、Y、Z 分別為NaOH、BaCl2、Na2CO3，則溶液N中的溶質(zhì)為CaCl2

C.若Z 為Na2CO3，則白色固體一定為BaCO3和CaCO3

D.加入過量的稀鹽酸的目的是除去過量的Na2CO3

解析：本題主要是考查混合物的除雜、分離、提純等實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)以及基本操作技能。解題時(shí)，考生需要明確想要得到的主要物質(zhì)是什么，原料中混有的雜質(zhì)有哪些；認(rèn)真分析當(dāng)某一試劑加入后，能與什么物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成了什么產(chǎn)物，要用什么樣的方法才能將雜質(zhì)除去。只有這樣，他們才能明白每一步操作的目的。結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)及各方面的條件進(jìn)行分析，可得正確答案為AC。

【例2】高純度的氧化銅可用作顏料、有機(jī)合成催化劑等，以下是用粗銅粉氧化法獲取高純度氧化銅的流程（如圖7）。

圖7 制備高純度氧化銅的流程圖

回答下列問題：

（1）寫出濾液A中所含的物質(zhì)：___________。

（2）洗滌固體B應(yīng)使用的試劑是___________。

解析：解題時(shí)首先要從題干中獲取要制備的是什么物質(zhì)，尋找在制備過程中所需的原料，寫出主要的化學(xué)方程式或制備原理，觀察有沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生，如果有，則剩余的步驟就是分離和提純。

通過分析流程可知濾液A 中含有硫酸銅和過量的硫酸，洗滌固體B 的目的是除去銅粉中的鐵粉，并生成硫酸亞鐵溶液，故所用的試劑是稀硫酸。

通過分析和比對(duì)上述兩道試題，發(fā)現(xiàn)化工流程圖框架呈現(xiàn)的是工業(yè)生產(chǎn)中原料經(jīng)過預(yù)處理、核心反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)品的過程，主要涉及物質(zhì)的分離和提純、除雜試劑的選擇、生產(chǎn)條件的控制等化學(xué)知識(shí)。建構(gòu)化工流程圖框架模型（如圖8），可以幫助學(xué)生把握問題的本質(zhì)，使學(xué)生能觸類旁通、舉一反三。

圖8 化工流程圖框架模型

化工流程題素材背景起點(diǎn)高，但落腳點(diǎn)依然是對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的考查，化工流程“主線與核心”模型的建構(gòu)，可以幫助學(xué)生把握化工流程題問題的本質(zhì)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)主干知識(shí)的學(xué)習(xí)。

四、示范指導(dǎo)，建構(gòu)化工流程題解題思路模型

“素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂教學(xué)，應(yīng)重視學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)思路的構(gòu)建。在具體的化學(xué)知識(shí)教學(xué)中，應(yīng)注重學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)思路的結(jié)構(gòu)化和顯性化。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對(duì)解答化工流程題有畏難情緒，不會(huì)在題頭信息、題干流程和題尾問題之間尋找關(guān)聯(lián)。這就需要教師發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，通過學(xué)法指導(dǎo)引領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)化工流程題解題思路模型（如圖9）。模型建構(gòu)過程如下：首先，從題頭中找到流程目的和原料，畫出關(guān)鍵字詞；其次，深度分析題干中的流程核心部分，尋找從原料到目標(biāo)產(chǎn)品所包含的反應(yīng)原理，把所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)用方程式表達(dá)出來，梳理出操作的線索；最后，把要回答的問題放到真實(shí)的流程背景中去考慮，得出答案后代入流程圖中檢驗(yàn)。

圖9 化工流程題解題思路模型

建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的解題思路模型，有助于學(xué)生解決陌生情境下的化工流程題，實(shí)現(xiàn)對(duì)解題思維的固化和遷移運(yùn)用。

五、教學(xué)反思

（一）熟練掌握常見氣體、離子的檢驗(yàn)方法以及除雜、提純的方法

常見物質(zhì)的分離、提純以及檢驗(yàn)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要內(nèi)容，也是中考的?？純?nèi)容，而從混合物中分離、提純某種物質(zhì)也是化工流程的常見步驟。掌握這部分知識(shí)對(duì)讀懂流程有著至關(guān)重要的作用。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生要通過比較熟練掌握常見物質(zhì)的性質(zhì)、常見的10 種沉淀物質(zhì)及其性質(zhì)以及離子的檢驗(yàn)方法，熟悉常見的分離方法及其適用范圍，能根據(jù)溶解度曲線圖選取結(jié)晶的方法等，以便正確解答題目。

（二）重視基礎(chǔ)，規(guī)范語言；專題訓(xùn)練，參悟答題技巧

化工流程題有著題目起點(diǎn)高、解答落點(diǎn)低的特點(diǎn)，因此具備扎實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基本技能是解題的關(guān)鍵。學(xué)生要重視學(xué)習(xí)化學(xué)基本概念、元素化合物性質(zhì)等基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)會(huì)將化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)與生活生產(chǎn)緊密聯(lián)系起來。教師應(yīng)采取問題討論方式，讓學(xué)生通過整理、分析、比較，歸納出若干個(gè)實(shí)驗(yàn)問題，熟悉化工流程題中的實(shí)驗(yàn)操作步驟，掌握主線，如粗鹽提純問題解決線“粗鹽→溶解→過量BaCl2溶液→過量NaOH 溶液→過量Na2CO3溶液→過濾→適量鹽酸→蒸發(fā)結(jié)晶”，結(jié)晶問題解決線“蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾→洗滌→干燥”，等等。這樣有利于學(xué)生分析和解決問題。另外，還要通過適當(dāng)?shù)牡湫土?xí)題訓(xùn)練和規(guī)范、精準(zhǔn)的語言描述練習(xí)，使學(xué)生習(xí)得解題方法，提高解題能力。