從自然界中獲取物質(zhì)資源

褚幼萍

摘要：以“從自然界中獲取物質(zhì)資源”為情境，在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中解讀化學(xué)學(xué)科內(nèi)涵，建構(gòu)化學(xué)核心觀念，闡述化學(xué)與技術(shù)、與社會(huì)、與自然的關(guān)系，滲透哲學(xué)思想教育，樹(shù)立正確的人生觀和世界觀。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)；自然界；物質(zhì)資源；核心觀念

文章編號(hào)：1008-0546（2016）05-0081-06 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.032

一、教學(xué)背景

浙江省學(xué)業(yè)水平雖然擴(kuò)大了考試范圍，但降低了難度要求，考試范圍及教學(xué)內(nèi)容的確定側(cè)重于形成整個(gè)學(xué)科知識(shí)體系，使學(xué)生更清晰地看到化學(xué)學(xué)科的全部面貌；關(guān)注以核心知識(shí)為載體，建構(gòu)學(xué)科觀念，理解學(xué)科特征和研究方法，實(shí)現(xiàn)“知識(shí)本位”向“觀念建構(gòu)”的轉(zhuǎn)變。

高一的學(xué)生，需要知道什么？他們未必會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)，又憑什么選擇化學(xué)？即使學(xué)，將來(lái)也不一定從事化學(xué)行業(yè)的工作。所以對(duì)他們來(lái)說(shuō)，更重要的是知道化學(xué)是什么。懂得必要的化學(xué)常識(shí)是一方面，而學(xué)科觀念的培養(yǎng)和理性思維的發(fā)展是更重要的一方面，這將有利于他們作出明智的判斷與決策，使他們更安全愉悅地工作和生活，也為他們?cè)黾恿艘恍┥钌系那槿?，因?yàn)樯詈妥匀唤缰锌偞嬖谥瘜W(xué)問(wèn)題，不思則無(wú)，思則深遠(yuǎn)。正如王立志所說(shuō)：“教育的目標(biāo)是培養(yǎng)既有文化，又有專業(yè)知識(shí)的人才。專業(yè)知識(shí)是一個(gè)人事業(yè)起步的基礎(chǔ)，而文化則引導(dǎo)他走向人生的深邃和高雅?！?/p>

那么，化學(xué)是什么？化學(xué)不是讓學(xué)生知道海水中有哪些物質(zhì)，而是化學(xué)對(duì)待這個(gè)物質(zhì)世界獨(dú)特而又通達(dá)的態(tài)度、觀念和思想，以及化學(xué)能為人類社會(huì)做些什么？化學(xué)有哪些思想觀念？結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，能量最低，動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)中的“變”與“不變”，實(shí)驗(yàn)的重要與美麗……這些都是化學(xué)學(xué)科的文化內(nèi)涵[1]?；瘜W(xué)的內(nèi)涵賦予化學(xué)獨(dú)特的創(chuàng)造力，從無(wú)到有，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從粗躁到精細(xì)，從有限到無(wú)限……

在整個(gè)中學(xué)化學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是非常重要的組成部分，是最常用的教學(xué)方法和有效的學(xué)習(xí)方式。宋心琦教授說(shuō)：“整個(gè)科學(xué)發(fā)展史實(shí)際上是由千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)集成的。教材不過(guò)是對(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證的科學(xué)實(shí)驗(yàn)成果的合乎邏輯、有序的文字表述而已。初等化學(xué)教材中，除去化學(xué)語(yǔ)言外，所有的化學(xué)知識(shí)、基本概念和理論的陳述，實(shí)際上都是在闡述前人科學(xué)實(shí)驗(yàn)的成果[2]?！彼曰瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)不僅包含著科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，還凝結(jié)著人類智慧的結(jié)晶，是一株生機(jī)勃勃的“鮮活樹(shù)”，理所當(dāng)然也就成為建構(gòu)學(xué)科觀念，發(fā)展理性思維，培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)的絕佳素材。筆者借助“自然界中獲取物質(zhì)資源”這一素材作為實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的情境，嘗試從“觀念建構(gòu)”的角度來(lái)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值，用“學(xué)科觀念”整合學(xué)科知識(shí)并統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)，將零散的知識(shí)通過(guò)“觀念”這座橋梁轉(zhuǎn)化成“能力”，并力求發(fā)揮學(xué)科觀念的育人功能，結(jié)合哲學(xué)思想的滲透，培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀和方法論，塑造有智慧有品格的社會(huì)公民。

二、教學(xué)流程

學(xué)科知識(shí)是形成學(xué)科素養(yǎng)的載體，是形成課堂中“知識(shí)主線”的根基和源泉，是不可回避的課堂主角。經(jīng)過(guò)高一一年的學(xué)習(xí)，學(xué)生或多或少積累了關(guān)于“海水資源的開(kāi)發(fā)和利用”、“金屬礦物的開(kāi)發(fā)和利用”、“三種化石燃料的綜合利用”三方面的知識(shí)內(nèi)容。而這三類自然資源的開(kāi)發(fā)利用囊括了中學(xué)化學(xué)中大量的實(shí)驗(yàn)操作，也展現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)與工業(yè)生產(chǎn)的密切聯(lián)系，成為“實(shí)驗(yàn)綜合運(yùn)用”的背景。高一實(shí)驗(yàn)主要包含了“物質(zhì)的分離與提純”、“物質(zhì)的制備與檢驗(yàn)”等常見(jiàn)操作，這是本節(jié)課的知識(shí)細(xì)節(jié)，也串成了本節(jié)課的“知識(shí)線”。一節(jié)課中還要有隱性的“暗線”，即“思想方法線”，這是師生思想碰撞、情感交流和價(jià)值認(rèn)同的脈動(dòng)線，是知識(shí)升華成能力的演化歷程。高一學(xué)生已經(jīng)初步接觸了化學(xué)的一些核心觀念，這為收獲貫穿于整節(jié)課堂的暗線作了鋪墊。表1為本節(jié)課的大致教學(xué)流程，簡(jiǎn)要羅列了本節(jié)課的“知識(shí)線”和同步展開(kāi)的“思想方法線”。 表2呈現(xiàn)的是本堂課中的學(xué)習(xí)任務(wù)單。

三、 教學(xué)片斷

1. 從海水中獲取物質(zhì)資源

（1）人與自然

<導(dǎo)入>：人的生存需要哪些基本物質(zhì)？自然界為人類提供了哪些資源？

<投影>：自然界為人類提供的物質(zhì)資源

海洋：水和無(wú)機(jī)物等

陸地：土壤、礦石、化石燃料等

空氣：氧氣、氮?dú)獾?/p>

動(dòng)植物：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、皮毛等

<師>：上述問(wèn)題對(duì)你有什么啟示？

<生>：關(guān)愛(ài)自然，珍愛(ài)資源。

（2）實(shí)驗(yàn)中洞悉化學(xué)觀念

<任務(wù)1>：從海洋中獲得淡水、氯化鈉、碘單質(zhì)的操作方法、原理及實(shí)驗(yàn)儀器。

<問(wèn)題組一>：①海水中獲得淡水與實(shí)驗(yàn)室里制備蒸餾水的原理都是利用沸點(diǎn)不同，解釋沸點(diǎn)不同的原因。

②石油的主要成分是各種烴類物質(zhì)，工業(yè)上能通過(guò)分餾手段進(jìn)行分離，這又說(shuō)明了什么？

③已知直接蒸餾不能除盡乙醇中的少量水，思考：如何才能制得無(wú)水乙醇？

<小結(jié)>：組成物質(zhì)的微粒不同，相互間作用力不同：化學(xué)鍵的鍵能大于分子間作用力，而不同的分子，分子間作用力又各不相同；生石灰能將水轉(zhuǎn)化成沸點(diǎn)更高的氫氧化鈣，避免了對(duì)蒸餾乙醇的干擾，這利用了化學(xué)轉(zhuǎn)化法。

<問(wèn)題組二>：蒸餾操作時(shí)，溫度計(jì)的位置在哪？為什么？在下面實(shí)驗(yàn)中，溫度計(jì)的位置又是怎樣的？①水浴加熱法制備硝基苯。② 170℃時(shí)，濃硫酸催化乙醇制備乙烯。請(qǐng)分析歸納在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何確定溫度計(jì)的位置？

<小結(jié)>：溫度計(jì)的使用從根本上說(shuō)，取決于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，因?yàn)槟康闹苯記Q定了儀器的選擇與使用。因此，要學(xué)會(huì)從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)儀器及其操作規(guī)則，深入理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)性和安全性問(wèn)題。

<延伸>：從海水中獲得的精鹽在化工上還可以制備哪些物質(zhì)？

<小結(jié)>：利用物理手段，我們可以從海水中獲得淡水和氯化鈉；而借助科技的力量和化學(xué)轉(zhuǎn)化規(guī)律，我們還可以進(jìn)一步制備自然界中難以直接獲取的物質(zhì)，如金屬鈉、氯堿工業(yè)和制堿工業(yè)等，這是化學(xué)創(chuàng)造力及社會(huì)價(jià)值所在。當(dāng)然，化學(xué)的創(chuàng)造力一定是在遵循自然規(guī)律、掌握物質(zhì)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮人類智慧的結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)教學(xué)應(yīng)該注重對(duì)課程內(nèi)容的精神理解，而不是在解題細(xì)節(jié)上過(guò)分關(guān)注；應(yīng)該注重科學(xué)研究的方法和思想的掌握，而不是化學(xué)知識(shí)本身。這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，一方面促進(jìn)學(xué)生重溫并遷移應(yīng)用已學(xué)知識(shí)，另一方面希冀從源頭上澄清這些操作的內(nèi)在原因，讓學(xué)生知其然，并知其所以然，建構(gòu)起“微粒觀”、“變化觀”和“化學(xué)價(jià)值觀”，領(lǐng)悟“利用化學(xué)的方法和手段，達(dá)到利用自然、改造自然的目的，充分展現(xiàn)化學(xué)作為‘中心科學(xué)的社會(huì)價(jià)值”。

（3）實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)辯證、聯(lián)系地看待問(wèn)題

<問(wèn)題組三>：①“FeCl2”、“FeCl3”溶液蒸發(fā)結(jié)晶能否得到相應(yīng)固體？為什么？②請(qǐng)用已學(xué)知識(shí)解釋“我國(guó)北方地區(qū)的某些小鹽湖，冬天湖底有純堿晶體析出，夏天偶爾可見(jiàn)有食鹽晶體析出”的現(xiàn)象。為了支持你的觀點(diǎn)，還需要什么文獻(xiàn)資料？（溶解度與溫度變化的曲線圖）③分析上述兩種結(jié)晶方法的使用規(guī)律。④運(yùn)用上述知識(shí)，思考如何分離硝酸鉀與氯化鈉的混合物？

在對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻結(jié)晶兩種方法進(jìn)行梳理后，筆者試圖以第四個(gè)問(wèn)題為抓手，促進(jìn)學(xué)生綜合考慮各種因素，學(xué)會(huì)全面辯證地看待問(wèn)題。課堂上，學(xué)生提出了兩種方案：一種是，先溶解混合物得到濃溶液，再蒸發(fā)結(jié)晶，除去氯化鈉，最后冷卻結(jié)晶，制得硝酸鉀；一種是，先用少量的熱水配制較高濃度的混合物溶液，過(guò)濾除去無(wú)法溶解的氯化鈉，再降溫結(jié)晶，分離出硝酸鉀。就他們的反映看，高一的學(xué)生更傾向于使用后者。孰優(yōu)孰劣呢？顯然不能一概而論。針對(duì)這兩種方法，筆者先讓學(xué)生嘗試從產(chǎn)量上分析，是否存在差異。然后再引導(dǎo)他們思考以下兩種情況：硝酸鉀中含有少量的氯化鈉如何提純？氯化鈉中含有少量硝酸鉀又如何提純？最后讓學(xué)生分析討論，得出規(guī)律：誰(shuí)更易結(jié)晶，就相應(yīng)選擇何種手段。從能源角度看，這很容易理解，無(wú)論是什么因素導(dǎo)致何者更易析出，從而選擇相應(yīng)手段，將使能源盡可能節(jié)約，流程也盡可能簡(jiǎn)化，從而最大化地降低生產(chǎn)成本。

設(shè)計(jì)意圖：上述兩種結(jié)晶方法在初中和高中的教材里均有涉及，大多時(shí)候是結(jié)合使用，而先后順序的不同構(gòu)成了兩種不同的方案，但教師很多時(shí)候并未進(jìn)行系統(tǒng)講述，往往只是給出一個(gè)定性結(jié)論，然后讓學(xué)生“按圖索驥”、“依樣畫(huà)葫蘆”地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。這樣的教學(xué)容易造成學(xué)生片面、孤立地看待問(wèn)題，遇到不同的情景時(shí)，他們便難以調(diào)動(dòng)已有知識(shí)進(jìn)行分析判斷。筆者認(rèn)為只有從產(chǎn)率、能量和流程等角度綜合分析，才能讓學(xué)生看清問(wèn)題的本質(zhì)，讓知識(shí)變得靈活，易于提取?；瘜W(xué)一定是涉及“能量核算”的，而追求簡(jiǎn)約，定能給工業(yè)帶來(lái)效益，這些都是化學(xué)文化的重要內(nèi)涵，是學(xué)生非常樂(lè)于也易于接受的，是能夠幫助學(xué)生系統(tǒng)梳理學(xué)科知識(shí)，也是引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)合理看待生活生產(chǎn)中實(shí)際問(wèn)題的思想觀念，故在教學(xué)中不應(yīng)輕易擯棄。

<問(wèn)題組四>：除了蒸發(fā)結(jié)晶和降溫結(jié)晶外，我們還可以采用其他方法促使溶質(zhì)析出。接下來(lái)，請(qǐng)分析以下幾種現(xiàn)象的原因。

①觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并解釋：往飽和硫酸鉀溶液中滴加無(wú)水乙醇，溶液迅速變渾濁。

②除了改變?nèi)軇┩?，改變?nèi)苜|(zhì)能否使晶體析出？請(qǐng)舉例說(shuō)明。

③資料又給了你什么樣的啟發(fā)？

<資料>：每一種氨基酸在特定的pH條件下，溶解度最小，故可以通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的pH，使不同氨基酸析出而得到分離。

<生>：①實(shí)驗(yàn)中改變了溶劑的成分，使溶質(zhì)析出；②改變?nèi)苜|(zhì)結(jié)晶的方法有鹽析法：制備乙酸乙酯時(shí)，碳酸鈉降低了產(chǎn)物的溶解度；制備肥皂時(shí)，氯化鈉有利于產(chǎn)物的析出；蛋白質(zhì)在硫酸銨等濃無(wú)機(jī)鹽溶液中會(huì)發(fā)生凝結(jié)；③資料說(shuō)明了溶液的酸堿性對(duì)溶解度也會(huì)產(chǎn)生影響。

<小結(jié)>：用哲學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，事物是普遍聯(lián)系的，我們要學(xué)會(huì)用“聯(lián)系”的觀點(diǎn)來(lái)看待問(wèn)題。內(nèi)因需要關(guān)注，外因同樣不可忽視。這種思想反映在化學(xué)中，能得出“物質(zhì)的性質(zhì)是多因素函數(shù)”。所以在化學(xué)學(xué)科中，有系統(tǒng)研究“外界影響因素”的理論，如“反應(yīng)速率的影響因素”。

設(shè)計(jì)意圖：事實(shí)上，結(jié)晶法分離是基于在同一溫度下，溶液中所含物質(zhì)達(dá)到飽和濃度的先后次序的不同。以溫度對(duì)溶解度影響的不同為依據(jù)的體系，只有少數(shù)的特例，其中以氯化鈉最為典型[3]。當(dāng)我們把視野擴(kuò)大，會(huì)發(fā)現(xiàn)，改變?nèi)芤旱某煞?，也能?dǎo)致物質(zhì)溶解性變化而發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，這樣我們?cè)诮虒W(xué)中自然而然地就會(huì)將問(wèn)題三和問(wèn)題四串連起來(lái)，讓學(xué)生由此及彼系統(tǒng)地形成整體的認(rèn)識(shí)，使化學(xué)學(xué)習(xí)變得更舒暢、更通透、更深刻。

2. 從海帶中獲取碘單質(zhì)

（1）從“化學(xué)概念”到“人生哲理”

<概念辨析>：水和乙醇能作萃取劑嗎？

學(xué)生幾乎異口同聲地回答“不能”。

<問(wèn)>：請(qǐng)分析在下列例子中，水和乙醇都充當(dāng)什么角色？

<投影>：酒精浸泡藥材、酒精萃取豆油或蛋黃油、酒精提取植物中的黃酮和酚類物質(zhì)；水浸取甜菜中的糖類、泡茶、煲雞湯。

當(dāng)學(xué)生領(lǐng)悟到“水和乙醇原來(lái)也可以作萃取劑”后，筆者繼續(xù)追問(wèn)，揭示“萃取”的本質(zhì)。

<問(wèn)>：上述例子對(duì)你理解“萃取”有什么啟發(fā)？

<生>：改變了我對(duì)“萃取”的看法。不能只看表面字詞，關(guān)鍵要看原理。

<追問(wèn)>：那么，你認(rèn)為“萃取”的原理是什么？

<生>： 所選取的萃取劑不與原溶液反應(yīng)或互溶，被萃取的目標(biāo)物質(zhì)在原溶劑和萃取劑中的溶解能力不同。

<師>：嗯，我們要透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，四氯化碳或者任何一種溶劑都不是唯一的萃取劑，溶解能力的差異是選取萃取劑的一個(gè)重要原則，溶解能力的不同是發(fā)生“萃取”現(xiàn)象的根本驅(qū)動(dòng)力。事實(shí)上，在自然界和人類社會(huì)中，不同驅(qū)動(dòng)力發(fā)生的類似“萃取”的事件很多：生物遷徙的驅(qū)動(dòng)力在于氣候，“良禽擇木而棲”的驅(qū)動(dòng)力在于食物和巢穴，人才資源流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于各種各樣的需求。那么，一個(gè)人憑什么能夠成功地在不同單位之間發(fā)生流動(dòng)？對(duì)你們有什么啟迪？

<生>：憑個(gè)人的能力，所以我們要發(fā)展自己，學(xué)好本領(lǐng)。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生“由個(gè)別實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果，結(jié)合相關(guān)事例，獲得具有普適性的結(jié)論或推理”，傳遞的是一種思維，一種能力，一種藝術(shù)。學(xué)生對(duì)“萃取”從“概念誤解”到“原理透徹”，這過(guò)程中滋生的智慧與情感讓筆者欣喜萬(wàn)分。教學(xué)中要將學(xué)生隱性的知識(shí)和能力充分展現(xiàn)出來(lái)，使他們思維的發(fā)散性和深刻性得到錘煉，讓他們收獲方法、領(lǐng)悟思想、發(fā)展自己。

（2）“分液漏斗”中感悟“化學(xué)結(jié)構(gòu)觀”

<問(wèn)題五>：你認(rèn)為分液操作的關(guān)鍵是什么？（分層，界面清晰；準(zhǔn)確控制液體的流速）。對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器是什么？（梨形分液漏斗）

<任務(wù)2>：回憶萃取分液的整個(gè)操作過(guò)程，從結(jié)構(gòu)上分析：梨形分液漏斗如何滿足這些操作細(xì)節(jié)？

在完成任務(wù)2的過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生都停留在對(duì)分液漏斗結(jié)構(gòu)的描述上，而難以深入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)背后原因的思考，未建立起“儀器的結(jié)構(gòu)決定其功能”的觀念，自然也就沒(méi)有領(lǐng)會(huì)到科學(xué)家在思考這些問(wèn)題過(guò)程中展現(xiàn)出來(lái)的縝密思維和創(chuàng)新能力。“以學(xué)定教”理念告訴我，此時(shí)需要針對(duì)學(xué)生的思維障礙，做一些疏通和隨后的強(qiáng)化訓(xùn)練。因此筆者在啟發(fā)和總結(jié)之后，讓學(xué)生及時(shí)跟進(jìn)練習(xí)，進(jìn)一步鞏固所形成的思維模式。

<討論整理>：分液漏斗容積較大，有利于裝液和充分振蕩；上口玻璃塞可以在保證密封性的同時(shí)，又能取下放氣、控制內(nèi)外壓強(qiáng)、倒出上層液體；狹長(zhǎng)的下端有利于清晰地觀察界面分層，并減少放液操作引起的誤差；下端旋塞便于控制流速，準(zhǔn)確放出下端液體……

<變式訓(xùn)練>：對(duì)比蒸餾燒瓶、蒸發(fā)皿、坩堝的結(jié)構(gòu)，分析它們的相應(yīng)功能。

<設(shè)計(jì)意圖>：從“實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定了實(shí)驗(yàn)儀器的選擇，而儀器的結(jié)構(gòu)決定了其功能與操作”，再一次證實(shí)了“結(jié)構(gòu)觀”的普適性。當(dāng)學(xué)生建立起這種觀念后，在后續(xù)學(xué)習(xí)中碰到“滴定管”和“移液管”時(shí)，就會(huì)從實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢x器結(jié)構(gòu)上去分析它們的操作規(guī)則：哪些需要潤(rùn)洗，哪些需要檢漏。這些知識(shí)原本是很零散的，一旦賦予了化學(xué)觀念后，就體現(xiàn)出它的價(jià)值，因?yàn)樗鼈兪腔瘜W(xué)學(xué)科觀念實(shí)實(shí)在在的踐行者，體現(xiàn)著化學(xué)的“思維邏輯魅力”，學(xué)生的能力也應(yīng)是由這些知識(shí)的“珍珠”串起來(lái)的能力“項(xiàng)鏈”。所以“在理解基礎(chǔ)上的記憶”應(yīng)成為化學(xué)教學(xué)中的“家常菜”，而不是純粹的死記硬背各種條條框框或金科玉律。

3. 從礦物中獲取物質(zhì)資源

（1）“化學(xué)實(shí)驗(yàn)”走向“工業(yè)生產(chǎn)”

<任務(wù)3>：結(jié)合海帶中提取碘單質(zhì)的實(shí)驗(yàn)流程，請(qǐng)分析從礦物中獲取鐵、銅、鋁、硫和硅的工藝，哪些環(huán)節(jié)是相似的？又有什么區(qū)別？

<小結(jié)>：相同的環(huán)節(jié)有：原料選擇、碎、燒、溶、氧化還原反應(yīng)、產(chǎn)物的分離與提純。

不同點(diǎn)：①根據(jù)礦物的形態(tài)和工藝要求不同，采用不同的方式使礦物顆?；悍鬯?、剪碎、碾碎、搗碎等。②根據(jù)溫度和反應(yīng)類型，熱處理的方式不同：加熱、灼燒、煅燒或焙燒等。③根據(jù)礦物的性質(zhì)，選擇相應(yīng)的溶解法：水溶（鈉鹽、硝酸鹽）、酸溶（鋅礦、鎂礦）、堿溶（鋁土礦）、有機(jī)溶劑溶解法（硫礦）、特殊溶法（冰晶石溶解氧化鋁、混合溶劑溶解）。④“核心”反應(yīng)的條件不同：I-的氧化在常溫下就能實(shí)現(xiàn)，這類似于“水法冶金”；鐵和銅早在遠(yuǎn)古時(shí)代用“燒烤法”（熱還原法）就能還原煉制；鋁只能依靠電解法制?。涣蛩岬闹苽湫枰柚呋瘎?，實(shí)際工藝中還要考慮反應(yīng)程度；傳統(tǒng)煉硅法，從某種層面上說(shuō)，是萬(wàn)般困難，屬于一種綜合手段，因?yàn)槎趸枧c焦炭的反應(yīng)溫度太高，索性電能的發(fā)現(xiàn)讓高溫的獲得變得方便易行，為硅單質(zhì)的冶煉拓寬了道路。

<師>：從海帶和礦物的處理工藝，你聯(lián)想到什么？

<生>：不同的礦物在冶煉過(guò)程中有統(tǒng)一的工藝處理流程；但依據(jù)性質(zhì)不同，又各有差異性。

<師>：大家分析得很到位，世間的萬(wàn)千事物，既有共性，又有個(gè)性，所以我們?cè)谡J(rèn)識(shí)事物時(shí)，要把握事物的共性，能夠更快地切入主題，又要深諳事物的個(gè)性，盡量規(guī)避不必要的錯(cuò)誤。

<延伸>：若要檢驗(yàn)茶葉中的鐵、鈣、鋁元素，會(huì)用到上述流程中的哪些操作？

設(shè)計(jì)意圖：現(xiàn)代化學(xué)工藝流程是建立在化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。如果對(duì)碘的提取流程只是簡(jiǎn)單地教授，而沒(méi)有深化為“有機(jī)物中某些元素的檢驗(yàn)”一類實(shí)驗(yàn)流程，甚至拓展成更為廣闊的“礦物冶煉的化工流程”，那是不完整的，也是低效的。事實(shí)上，海帶中99.2%的碘為水溶性碘，而且浸出液主要以I-形式存在，該“浸泡”過(guò)程快速易行，只有少量的碘元素是有機(jī)態(tài)，且能在經(jīng)歷剪碎、灼燒灰化、煮沸溶解等環(huán)節(jié)后轉(zhuǎn)化成I-[4]。那么，教材為什么要保留傳統(tǒng)的看似“大費(fèi)周章”的流程呢？筆者認(rèn)為教材在編寫(xiě)時(shí)，想要借助實(shí)驗(yàn)室容易實(shí)現(xiàn)的“海帶實(shí)驗(yàn)”呈現(xiàn)一套系統(tǒng)的“有機(jī)物中某些元素的檢驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)方案，（如，茶葉中Ca、Al、Fe元素檢驗(yàn)的拓展課題），也粗線條地描繪出化工上大規(guī)模的“礦物開(kāi)發(fā)利用”的流程，帶領(lǐng)學(xué)生由實(shí)驗(yàn)室走向化工生產(chǎn)，將熟稔于心的原理應(yīng)用到更廣闊的實(shí)踐天地中，這樣才能讓學(xué)問(wèn)成為心靈的生動(dòng)本質(zhì)而不是儲(chǔ)藏在心里的惰性知識(shí)，讓學(xué)以致用成為每位學(xué)生的內(nèi)在秉性。

<問(wèn)題六>：冷凝管中水流方向的目的是什么？在煉鐵和硫酸工藝中，哪些環(huán)節(jié)的原理與之相似？

“放熱”和“對(duì)流”是化工的“不二”主題，而它的原型卻是來(lái)自化學(xué)中簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。冷凝管的水流與氣流方向相反，是為了延長(zhǎng)接觸時(shí)間，達(dá)到充分冷卻的目的，而在高爐煉鐵時(shí)，礦物和焦炭由爐頂投入，空氣從爐底鼓入，勢(shì)必造成固體和氣體相向而行，延長(zhǎng)了接觸時(shí)間，從而盡可能地充分反應(yīng)；而在硫酸工藝中，熱交換器的內(nèi)外管冷熱對(duì)流與實(shí)驗(yàn)室冷凝管的對(duì)流并無(wú)二致；再到吸收塔，生成的三氧化硫氣體從塔底升起，被由上而下噴灑的濃硫酸吸收，亦是為“放熱”與“對(duì)流”考慮設(shè)計(jì)的。當(dāng)然，除此之外的例子，在化工中還有很多。從充分冷卻到充分反應(yīng)，皆包含“放熱”和“對(duì)流”，這一系列看似復(fù)雜的操作工藝，原來(lái)皆濃縮于小小“冷凝管”中，學(xué)生怎會(huì)不豁然開(kāi)朗，滿心歡喜呢？

4. 從生物體中獲取物質(zhì)資源

<任務(wù)4>：借助資料，設(shè)計(jì)從生物體中獲取物質(zhì)資源的簡(jiǎn)要路線，思考過(guò)程中都分別使用了哪些實(shí)驗(yàn)手段？

就必修教材，上述問(wèn)題涉及到的相關(guān)實(shí)驗(yàn)有：醇類制作燃料電池、多糖類物質(zhì)水解、釀酒工藝、造紙工藝、人造絲和銅氨纖維的制作、從蛋白質(zhì)的水解獲取氨基酸、微生物發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸（如味精廠）、蛋白質(zhì)的鹽析與變性、油脂皂化、人造奶油。學(xué)生通過(guò)查閱網(wǎng)站和參考教輔資料，能設(shè)出更多的路線……在借助各種各樣實(shí)驗(yàn)方法的同時(shí)，別忘了告訴學(xué)生：人類自身有一套神奇高效的天然加工工具，那就是消化系統(tǒng)，它可以不斷地從生物體中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，維持正常的新陳代謝，保證人的各種體力和腦力活動(dòng)。同時(shí)還要向?qū)W生發(fā)出警示：人類不能無(wú)節(jié)制地向自然索取，我們要學(xué)會(huì)反饋，如廢物回收利用，凈化自然界。

5. 從空氣中獲取物質(zhì)資源

<任務(wù)5>：如何從空氣中分離出氮?dú)夂脱鯕?？如何除去空氣中的氧氣?/p>

<知識(shí)鏈接>：①已知空氣分離的三種常用方法：吸附法、膜分離法和低溫法。

吸附法：利用分子篩對(duì)不同分子的選擇吸附性來(lái)達(dá)到分離目的。

膜分離法：借助膜滲透技術(shù)，根據(jù)氧、氮通過(guò)膜的速率的不同，實(shí)現(xiàn)兩種組分的粗分離。

低溫法：利用空氣中各組分沸點(diǎn)的不同，通過(guò)一系列的工藝過(guò)程，將空氣液化，并通過(guò)精餾來(lái)達(dá)到不同組分的分離。

②除去氧氣的常用方法有兩種：一是液化空氣，再升高溫度，沸點(diǎn)低的氮?dú)庀纫莩?；一是碳在空氣中燃燒，再用堿吸收二氧化碳，即得氮?dú)狻?/p>

<討論>：上述分離方法的原理與你所學(xué)的哪些實(shí)驗(yàn)操作相似？

<問(wèn)題組七>：洗氣法是一種常用的實(shí)驗(yàn)手段。思考實(shí)驗(yàn)室制備氯氣時(shí)，哪些環(huán)節(jié)使用了洗氣法，分別使用了哪些試劑？

<拓展>：對(duì)空氣的利用，我們更多的時(shí)候是直接“轉(zhuǎn)化”，如：生物體從空氣中獲取氧氣或氮?dú)馐强俊稗D(zhuǎn)化法”；科學(xué)家測(cè)定氧氣含量也是借助“轉(zhuǎn)化法”，工業(yè)上煅燒礦物也是“轉(zhuǎn)化”氧氣；雷電時(shí)，氧氣和氮?dú)膺€能“轉(zhuǎn)化”成農(nóng)作物必要的“氮肥”……就你現(xiàn)在的知識(shí)，說(shuō)一說(shuō)空氣對(duì)地球上整個(gè)生物圈的意義？

除了要告訴學(xué)生空氣是寶貴的天然物質(zhì)資源，要避免污染空氣，保護(hù)自然環(huán)境，還要讓學(xué)生明白從固氮菌到工業(yè)合成氨氣，雖然在量上有了質(zhì)的飛躍，但是利用率低、成本高、污染環(huán)境，這些都在表明：人類還要不斷地向自然界學(xué)習(xí)，追求科學(xué)是永無(wú)止境的，真理永遠(yuǎn)在前方。

四、反思

本節(jié)課是筆者在我縣區(qū)內(nèi)圍繞“高一化學(xué)學(xué)業(yè)水平考試復(fù)習(xí)”教學(xué)研討展示的一節(jié)公開(kāi)課。在交流分享時(shí)，筆者談了自己在備課時(shí)的想法：如果教學(xué)的目標(biāo)一開(kāi)始就定位在熟練幾個(gè)常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)操作的考點(diǎn)上，那么我們能指望學(xué)生會(huì)產(chǎn)生多大的興趣？而且無(wú)論用何種形式去講授，學(xué)生能收獲的也就只有這幾個(gè)考點(diǎn)，頂多因?yàn)榻虒W(xué)形式或者任何噱頭讓學(xué)生感興趣那么兩三節(jié)課，之后便看透本質(zhì)而失去興趣。但如果教學(xué)目標(biāo)是停留在展現(xiàn)博大精深的核心觀念并感受其簡(jiǎn)約、普適、質(zhì)樸和理性之美，領(lǐng)悟“化學(xué)實(shí)驗(yàn)”背后折射出的科學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)和創(chuàng)新思維，渲染豐富的人文內(nèi)涵和絢爛的藝術(shù)之美，那么課堂的境界和層次自然就不同了。所以，只有以學(xué)科文化和審美藝術(shù)作為教學(xué)目標(biāo)，才能持續(xù)長(zhǎng)久地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。這就要求教師在備課時(shí)不能僅停留在學(xué)術(shù)形態(tài)的顯性知識(shí)層面上，還應(yīng)該關(guān)注并挖掘教育形態(tài)的緘默知識(shí)，不僅從形式上把課堂還給學(xué)生，更應(yīng)該從思維層面上激活學(xué)生。追求思維的提升是課堂教學(xué)永恒的話題，離開(kāi)學(xué)校若干年后的學(xué)生，也只可能剩下思想、觀念和方法，這將是永遠(yuǎn)留在他們腦際，伴隨他們終身的精神財(cái)富。

參考文獻(xiàn)

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