運(yùn)用建模思想強(qiáng)化核心素養(yǎng)
——高三二輪復(fù)習(xí)“化工流程題中的審題策略和答題規(guī)范”課堂實(shí)錄

李志紅

（南京第二十七高級(jí)中學(xué)江蘇南京210001）

運(yùn)用建模思想強(qiáng)化核心素養(yǎng)
——高三二輪復(fù)習(xí)“化工流程題中的審題策略和答題規(guī)范”課堂實(shí)錄

李志紅

（南京第二十七高級(jí)中學(xué)江蘇南京210001）

建模思想是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要工具。文章以高三專題復(fù)習(xí)課“化工流程題中的審題策略和答題規(guī)范”為例，在課堂設(shè)計(jì)中力圖貫徹建模思想，將化工流程進(jìn)行程序化模型的建立，初步探究建模思想在高三復(fù)習(xí)課的應(yīng)用，以提升高三復(fù)習(xí)課效率。

建模思想；教學(xué)模式；核心素養(yǎng)

建模是一種科學(xué)的思維方法，是一種認(rèn)識(shí)的工具。其優(yōu)點(diǎn)在于把研究對(duì)象的一些次要細(xì)節(jié)和非本質(zhì)聯(lián)系或提取或舍去，從而建立程序化模型有助于判斷和推理。化學(xué)工業(yè)流程題是高三復(fù)習(xí)的重難點(diǎn)，在課堂設(shè)計(jì)中幫助學(xué)生建立化學(xué)工業(yè)流程的模型，有助于學(xué)生對(duì)化學(xué)工業(yè)流程各步驟及其作用有更清晰的理解，從而勝任化工流程類習(xí)題的考查，2017年3月筆者開設(shè)了一節(jié)以“化工流程題中的審題策略和答題規(guī)范”為主題的市公開課，以期探究建模思想在高三復(fù)習(xí)課的應(yīng)用，尋求高效復(fù)習(xí)課模式，現(xiàn)整理出本節(jié)課教學(xué)實(shí)錄，以求教讀者。

一、對(duì)在教學(xué)中滲透建模思想的思考

近些年江蘇高考考查中的16、19兩題均以化工流程題為背景對(duì)元素化合物知識(shí)進(jìn)行考查，16題側(cè)重于化工流程中的反應(yīng)原理和操作層面的條件控制，而19題更側(cè)重于化工流程中實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的考查，化工流程題分值大、份量重，但同學(xué)們卻因情境多變、信息提取不夠有效而對(duì)此題型產(chǎn)生畏難心理。因此本節(jié)課的設(shè)計(jì)力圖將化工流程進(jìn)行程序化模型的建立，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到“原材料的預(yù)處理—化學(xué)除雜—核心反應(yīng)—分離提純—洗滌檢驗(yàn)—純度計(jì)算”的完整流程結(jié)構(gòu)，從而學(xué)會(huì)對(duì)題給流程信息進(jìn)行有效提取，繼而學(xué)會(huì)提綱挈領(lǐng)利用模型進(jìn)行審題分析、利用工業(yè)流程結(jié)構(gòu)信息前后推敲并幫助解題。

建模思想在高三化學(xué)復(fù)習(xí)課中的使用可以提高復(fù)習(xí)效率，并對(duì)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)進(jìn)行有效的強(qiáng)化，因此筆者認(rèn)為建模思想在復(fù)習(xí)課的應(yīng)用是有效的，并值得嘗試。

二、教學(xué)過程實(shí)錄

［教師］大家好！今天我們復(fù)習(xí)的專題是“化工流程題的審題策略和答題規(guī)范”。

［教師］板書標(biāo)題。

［教師］老師手上有一塊天然的硫鐵礦礦石，大家請(qǐng)看它的放大圖片，鏡頭下的硫鐵礦有一種迷人的光澤，表面規(guī)則美麗的小凸起是共生的石英晶體SiO2。

［學(xué)生］傳閱礦石，激發(fā)興趣。

［教師］硫鐵礦主要成分FeS2，常含有SiO2、Al2O3雜質(zhì)，它是一種重要的化工原料，主要用于煅燒產(chǎn)生SO2而用于硫酸的工業(yè)制造。

［圖片展示］可是硫鐵礦煅燒得到的固體燒渣又該如何利用呢？

［教師］硫鐵礦燒渣常用于人工合成FeSO4糖漿、顆粒、藥片等各種補(bǔ)血藥物。接下來，我們來模擬設(shè)計(jì)，用硫鐵礦燒渣制備綠礬FeSO4·7H2O。

［學(xué)生思考］用硫鐵礦燒渣（主要成分Fe2O3，含少量SiO2、Al2O3）制備綠礬FeSO4·7H2O，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)反應(yīng)原理，用化學(xué)式和無機(jī)框圖格式繪制反應(yīng)流程在學(xué)案上書寫，小組討論交流并匯報(bào)（可選用的試劑：鐵粉、稀硫酸和NaOH溶液）。

金屬離子Fe3+Al3+Fe2+開始沉淀的pH 1.1 3.0 5.8沉淀完全的pH 3.2 5.0 8.8

上表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計(jì)算）。

［學(xué)生］小組交流討論，抽樣實(shí)物投影展示反應(yīng)原理設(shè)計(jì)方案，學(xué)生板書。

［師生討論］多組方案進(jìn)行探討比較，選擇最優(yōu)方案。

［教師］請(qǐng)同學(xué)們用紅筆將自己設(shè)計(jì)的反應(yīng)流程劃分階段，并標(biāo)注各階段的作用。

引導(dǎo)學(xué)生將反應(yīng)原理設(shè)計(jì)劃分為三個(gè)階段：

①原材料預(yù)處理；②核心反應(yīng)和化學(xué)除雜；③產(chǎn)品的分離提純。

［教師］同學(xué)們?nèi)绻闶且晃换瘜W(xué)工程師，即將把自己設(shè)計(jì)好的方案投入繁忙的車間進(jìn)行大批量生產(chǎn)，從提高速率、增大產(chǎn)率角度考慮，在生產(chǎn)的不同階段，還需要考慮哪些實(shí)際操作方面的問題呢？我們往往把這些問題稱為工業(yè)生產(chǎn)的條件控制。

［教師］老師將我們?cè)诠I(yè)流程題中常見的條件控制做成了卡片，請(qǐng)一名同學(xué)上臺(tái)，為反應(yīng)流程的三個(gè)階段選擇適合的條件控制，以利于提高速率、增大產(chǎn)率，可以和臺(tái)下同學(xué)互動(dòng)。

［學(xué)生］黑板上卡片對(duì)號(hào)入座：

粉碎過篩、研磨；升高溫度；充分?jǐn)嚢瑁〝嚢璋簦?；提高反?yīng)物的濃度；調(diào)節(jié)pH值（控制金屬離子水解）；調(diào)節(jié)pH值（控制核心反應(yīng)）；酸溶（堿溶）；空氣攪拌；環(huán)境保護(hù)（資源綜合利用）；蒸發(fā)結(jié)晶（濃縮結(jié)晶）；過濾（趁熱過濾）；洗滌（冰水洗、醇洗）；檢驗(yàn)洗滌是否完全；干燥（低溫干燥）。

［教師］引導(dǎo)學(xué)生討論提高溫度（防止揮發(fā)分解和促進(jìn)不必要的水解）、提高濃度（對(duì)后續(xù)反應(yīng)是否有影響）、空氣攪拌（是否有易氧化物質(zhì)存在）等措施的選擇性使用。

［ppt展示］請(qǐng)結(jié)合下圖中綠礬溶解度曲線，思考如何從FeSO4溶液分離提純得到綠礬FeSO4·7H2O晶體？（討論分離提純方法的選擇性使用）

［學(xué)生回答］加熱濃縮至60℃飽和溶液，冷卻至近0℃結(jié)晶，過濾，少量冰水洗滌，低溫干燥。

［教師］化學(xué)反應(yīng)原理和條件控制就像兩條紅線，貫穿在化工流程題的考查中。我們經(jīng)過討論，掌握了解題的框架結(jié)構(gòu)和基本的思考過程，我們接下來嘗試一下。

［解析］對(duì)學(xué)生提出要求。解題步驟：（1）審題，用下劃線畫出關(guān)鍵詞；（2）在流程圖中標(biāo)出相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)式（;3）將工業(yè)流程題框圖進(jìn)行階段劃分，讀取信息并規(guī)范作答。

［學(xué)生二模試卷圖片］分析學(xué)生的審題過程和解題思路。

16、（2017南京二模）硫酸鋅可用于制造鋅鋇白、印染媒染劑等。用鋅白礦（主要成分為ZnO，還含有Fe2O3、CuO、SiO2等雜質(zhì)）制備ZnSO4·7H2O的流程如下。

相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol/L計(jì)算）如下表：

金屬離子Fe3+Fe2+Zn2+開始沉淀的pH 1.1 5.8 6.4沉淀完全的pH 3.2 8.8 8.0

（1）“濾渣1”的主要成分為（填化學(xué)式）?！八峤边^程中，提高鋅元素浸出率的措施有：適當(dāng)提高酸的濃度、（填一種）。

（2）“置換”過程中，加入適量的鋅粉，除與溶液中的Fe3+、H+反應(yīng)外，另一主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

（3）“氧化”一步中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。溶液pH控制在［3.2，6.4）之間的目的是。

（4）“母液”中含有的鹽類物質(zhì)有（填化學(xué)式）。

［詳細(xì)解析］

步驟：

（1）劃分流程，表揚(yáng)學(xué)生良好的審題習(xí)慣。

（2）分析原材料預(yù)處理步驟中的濾渣1和條件控制的方法選擇。

（3）“置換”過程中，加入適量的鋅粉，除與溶液中的Fe3+、H+反應(yīng)外，另一主反應(yīng)的化學(xué)方程式是什么？討論離子反應(yīng)的先后順序問題，結(jié)合后一步KMnO4氧化除鐵，確定“置換”過程中的離子反應(yīng)以及濾渣2的成分為Cu。

（4）核心考點(diǎn)：“氧化”一步中的離子反應(yīng)方程式書寫，展示學(xué)生答案并進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，提醒找全反應(yīng)物、尊重原題給定條件，教師板書該離子反應(yīng)方程式并教會(huì)配平方法。

（5）引導(dǎo)學(xué)生積極思考

［學(xué)生討論并講解］

①Fe2+如何反應(yīng)生成Fe（OH）3？

②酸性KMnO4作強(qiáng)氧化劑的一般還原產(chǎn)物是什么？此題產(chǎn)物是什么？

③再讀題，為了得到MnO2而非Mn2+，進(jìn)行了怎么樣的條件控制？

④因此，氧化反應(yīng)時(shí)pH值控制在［3.2，6.4）區(qū)間共有哪些作用？

⑤為避免引入Mn2+雜質(zhì)，KMnO4在弱酸性條件下被還原為易于分離的MnO2，此時(shí)加入過量KMnO4是否合適？

（6）規(guī)范作答并進(jìn)行訂正。

［課堂總結(jié)］學(xué)會(huì)在形形色色的化工制備的新背景下，認(rèn)識(shí)到共同的“原材料的預(yù)處理—化學(xué)除雜—核心反應(yīng)—分離提純—洗滌檢驗(yàn)—純度計(jì)算”的模型結(jié)構(gòu)，這種程序化有利于我們進(jìn)行清晰的審題，在新背景下透過現(xiàn)象、看到本質(zhì)，再運(yùn)用我們牢固的基礎(chǔ)知識(shí)、規(guī)范的書寫表達(dá)，同學(xué)們方能在嚴(yán)苛的解題考驗(yàn)中立于不敗之林?？煽偨Y(jié)為“審題有策略、答題有規(guī)范”，下課！謝謝大家。

三、教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)，從硫鐵礦石實(shí)物的觀察過渡到燒渣人工合成FeSO4藥物的實(shí)際用途，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到化學(xué)工業(yè)制備推動(dòng)人類文明進(jìn)步的作用，同時(shí)以此為載體，讓學(xué)生模擬設(shè)計(jì)用硫鐵礦燒渣制備綠礬FeSO4·7H2O反應(yīng)原理（改編自2013年江蘇高考卷19題），小組交流討論實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)缺點(diǎn)并進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)方案選擇。方案選擇的熱烈討論，引發(fā)了學(xué)生對(duì)工業(yè)流程實(shí)際操作層面上條件控制的再思考，而化工流程題中的反應(yīng)原理和實(shí)際操作的條件控制兩方面正是該類考查的重難點(diǎn)。

教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生建立化工流程中物質(zhì)制備的“原材料的預(yù)處理—化學(xué)除雜—核心反應(yīng)—分離提純—洗滌檢驗(yàn)—純度計(jì)算”的模型結(jié)構(gòu)，程序化思維有利于學(xué)生在新背景下透過現(xiàn)象看本質(zhì)，清晰審題，更有益于幫助學(xué)生在反應(yīng)原理、反應(yīng)條件、符號(hào)、圖形等眾多信息中提煉出簡化和清楚的反應(yīng)主線。因此，對(duì)化工制備流程模型的建立，解決的不是一道習(xí)題，而是一類問題。

建模思想在高三化學(xué)復(fù)習(xí)課中的嘗試使用提高了復(fù)習(xí)課效率，提供給學(xué)生解決化工流程題的一個(gè)思維角度，并有效地提升了學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)，此節(jié)課僅作為筆者對(duì)建模思想應(yīng)用于高三復(fù)習(xí)教學(xué)和提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的一個(gè)粗淺和不成熟的嘗試以供讀者賜教。

［1］鐘啟泉.基于核心素養(yǎng)的課程發(fā)展：挑戰(zhàn)與課題［J］.全球教育展望，2016（1）：2-4

［2］蓋建民.模型化思維論析［J］.科學(xué)技術(shù)與辯證法，2001（1）：17-21

［3］王敬義.建模思想在化學(xué)學(xué)習(xí)中的幾種應(yīng)用［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2007（3）：20-21

1008-0546（2017）09-0043-03

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10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.013