基于高考化學情境素材的高三二輪復習教學探索

廣東

(作者單位：深圳市龍崗區(qū)布吉高級中學)

一、問題的提出

傳統(tǒng)的二輪復習大都習慣以高考試卷的題型為中心設計小專題進行解題方法突破，再輔助大量的習題進行鞏固。課堂往往為了追求“高效”，會省去實驗和探究知識的內在邏輯關系等關鍵環(huán)節(jié)，對單一考點的題型歸納講解后直接進入高考模擬題講解，課堂內容呈現出與一輪復習界限極為分明的特點，導致學生可能因為基礎知識與考點割裂、斷層而聽不懂，或者能聽懂卻無法遷移到試題的陌生新情境中。近幾年，一線教師為了解決復習課內容枯燥無趣、學生參與度低和遷移能力差等問題，進行了很多基于高中化學核心素養(yǎng)下教學模式的有益探索：如以“純堿的生產”為載體，選擇和整合了鈉及其化合物的相關知識，使教學在工業(yè)生產的具體問題提出和解決中不斷推進，促進學生核心素養(yǎng)的達成；又如以“污水處理——電浮選凝聚法”的實驗為主題，融入了電解池的原理剖析，優(yōu)化改進并拓展延伸，培養(yǎng)學生獲取信息、分析信息、設計實驗方案等方面的能力，發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)。

文獻表明目前很多教學探索均體現了知識問題化、問題情境化的思路，將相關知識進行整合，以真實情境為載體，引導學生在分析和解決問題中運用所學知識進行遷移應用，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。筆者認為高三二輪復習課應該具備“有趣、有用”的特點，“有趣”體現在學習方式的多樣化，“有用”體現在基礎知識方法的價值化，而情境則是構建“有趣、有用”復習課的根本。

二、基于高考化學情境素材的教學

1.高中化學教學情境的分類

單旭峰依據課程標準中情境素材內容，參照課程情境素材分類方法，基于情境素材的來源將目前高考化學情境素材分為了這幾個方面：

圖1 高考化學情境素材的分類

基于上述情境下的教學就是通過情境設計讓學生認識到知識的效用，利用所學知識理解、分析和解決真實世界中的問題，完成知識的意義建構。整節(jié)課的情境之間圍繞所學知識呈現出一定的關聯性和邏輯性，在整個教學活動中能持續(xù)激發(fā)、維持、推動學生思考，讓學生不斷深入學習，實現類情境的模仿應用、新情境的遷移應用、陌生情境的創(chuàng)新應用。

2.高中化學教學情境的特征及創(chuàng)設的要求

教學情境的本質屬性是蘊含學科問題，核心內涵是引導知識建構，深層價值是促進知識遷移，情感取向是弘揚學科價值?；瘜W教學情境要以全面發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)為主旨，要包含化學問題，促進學生通過化學課程學習形成關鍵能力和必備品格，并有利于開展“素養(yǎng)為本”的教學。

三、教學案例

1.教材內容分析

“鋁及其化合物”是元素化合物知識的重要內容，筆者從知識整合和情境類別兩個層面，分析了在鋁及其化合物內容的教學中創(chuàng)設真實情境的視角和思路。

圖2 創(chuàng)設真實情境的思路結構圖

根據思路結構圖，以“從鋁土礦中提取鋁”為情境切入點，確立了如下教學目標：復習鞏固鋁及其化合物知識，建構從金屬礦石中獲得金屬的一般思路和模型，提高工藝流程分析能力；體驗從化學原理到實驗設計到工業(yè)生產的過程，培養(yǎng)“科學探究與創(chuàng)新意識”學科核心素養(yǎng)及“歸納與論證”能力。

2.教學過程

環(huán)節(jié)一：金屬冶煉之理

【師】請同學們閱讀資料卡片，完成下面的活動：

【活動】將你所知道的金屬礦物和其單質填在價類二維圖對應的位置上。

鋁的冶煉

鐵的冶煉

銅的冶煉

【讀圖識理】由價類二維圖可知金屬冶煉是先除去礦石中的雜質，再將純凈的金屬化合物還原得到金屬單質，表現為金屬元素的化合價降低。

【設計意圖】通過資料卡片引導學生分析為什么要進行金屬冶煉，找到知識的入手視角。從熟悉的價類二維圖出發(fā)，讓學生整理常見的金屬礦石，并從氧化還原的角度分析金屬冶煉的原理。從原理導入，培養(yǎng)學生形成從宏觀和微觀相結合的視角分析問題的一般思路和方法。

環(huán)節(jié)二：金屬冶煉之法

【師】請同學們分析圖4，思考下面的問題：

圖4 金屬與其被發(fā)現及運用的最早年代圖

問題1：從圖4中可以看出，金屬的活潑性與其被冶煉使用的年代大致有何關系？

問題2：銅比金活潑，為什么人類使用的第一種金屬是銅而不是金？

問題3：鋁是地殼中含量最多的金屬，活潑性比金屬鈉弱，為什么鋁的冶煉年代卻比鈉還要晚？

【設計意圖】通過對圖表的學習，可以提高學生從圖像中獲取信息的能力，了解金屬冶煉的影響因素：活潑性、金屬儲量、冶煉技術難度等。從大致規(guī)律進一步理解金屬冶煉原理，金屬越活潑越難被還原，從兩個反常數據引出鋁的冶煉工藝。通過該環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生分析圖表、數據的能力。

環(huán)節(jié)三：鋁的冶煉工藝

【師】請大家閱讀資料卡，思考關于鋁的冶煉工藝，你從資料卡片中獲得了哪些有用的信息？

【生】1.金屬冶煉的過程：篩選原料、探尋原理、剖析技術；2.鋁土礦是冶煉鋁的主要原料，其主要成分是氧化鋁，且含有Fe2O3、SiO2等雜質；3.鋁采用電解熔融氧化鋁的方式制取；4.電解氧化鋁時對其純度要求較高。

【設計意圖】通過該環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生獲取有用信息的能力，形成在金屬冶煉過程中的一般思路，將問題分解為從鋁土礦到氧化鋁再到鋁，進而剝離出其中隱藏的分離提純的知識和金屬冶煉方法。

【思考】根據上述資料，如果你是化學工程師，給你一塊鋁土礦，你打算如何獲得鋁？

【信息提示】若沒有思路，試試先填寫表格中對應的離子反應方程式。

表1

表2

【設計意圖】構建鋁及其化合物性質與真實冶煉情境之間的橋梁，使知識不僅是重復再現，而是體現類比遷移的功能價值。有利于學生進一步深刻體會：金屬及其化合物性質是金屬冶煉、金屬材料加工和使用的基礎，并能從中感受到學科知識的價值和魅力，激發(fā)學生學習的熱情。

【小組1】黑板展寫

【小組2】黑板展寫

【質疑1】第一組的步驟中分別用到了哪些分離方法？除了這些，還有哪些常見的分離提純方法？

【生】步驟中均用到了過濾，常見的分離提純方法還有：萃取、分液、蒸發(fā)結晶、冷卻結晶、蒸餾等。

【設計意圖】從學生的方案中引出工藝流程中的物質分離的常見方法，引導學生在工藝流程中根據分離目的選擇合適的分離方法。

【質疑2】第一組的三次過濾中濾液、濾渣的成分是否正確？

【生】濾液成分不正確，漏掉了加進去的過量試劑。

【設計意圖】引導學生根據工藝流程每一步中發(fā)生的反應情況及試劑量確定濾液和濾渣成分，培養(yǎng)學生變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng)。

【質疑3】第二組同學認為用堿溶會大大減少工藝步驟，但問題是最后無法分離硅酸和氫氧化鋁，他們的工藝過程是否正確？

【提示】已知工業(yè)上鋁土礦(Al2O3、Fe2O3、SiO2)用NaOH溶解時會生成鋁硅酸鈉沉淀(Na2Al2Si2O8·nH2O)，請寫出該反應的化學方程式。

【生】觀察法。

【師】金屬硅酸鹽廣泛存在于金屬礦石中，請大家將硅酸鹽改寫成氧化物的形式后再試試。

【師】如果你是工程師，你認為上述哪種方案更適合工業(yè)生產，說出你的理由(從原料消耗、步驟難易、產率大小、環(huán)保等方面考慮)。

【設計意圖】結合鋁提取的真實情境，從學生出現的問題處開展精準教學，引導學生關注工藝流程中的分離方法、成分分析及陌生情境下的方程式書寫等考點，在問題驅動下培養(yǎng)學生分析、設計、評價等高階思維能力，使教學過程具有生長性。

環(huán)節(jié)四：從金屬礦石中獲得金屬的一般思路和方法

【師】通過從鋁土礦提取鋁的過程學習可以知道金屬的獲得大都經歷根據元素主要存在的情況確定原料，再通過分離提純方法得到適合冶煉的物質，最后再根據金屬冶煉方法獲得金屬的過程。整個工藝流程需要保證過程科學、成本低廉、節(jié)能環(huán)保等。

圖5

環(huán)節(jié)五：探究高考，明確考向

【例1】(2019·全國卷Ⅲ·26改編)高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備，工藝如圖6所示。回答下列問題：

圖6

相關金屬離子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如表3：

表3

(1)若原料中的鋁元素主要以Al2O3形式存在，寫出“溶浸”中鋁元素相關的離子方程式：___________。

(2)“調pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應調節(jié)為________～6之間，寫出此步驟中與鋁元素相關的離子方程式：____________________。

【例2】(2020·全國卷Ⅰ·26改編)釩具有廣泛用途，黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。

圖7

(1)“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，隨濾液②可除去金屬離子K+、Mg2+、Na+、Mn2+，以及部分的________。

(2)“調pH”中有沉淀生成，生成沉淀反應的化學方程式是____________________。

【答案】(1)Al3+和Fe3+

【設計意圖】結合教學目標和學生現有的能力水平，改編相關的高考題，將知識融入工藝流程情境中，讓學生更接近真實的化工生產，利用所學知識解決問題。改編后的試題更具有教學評價功能，能有效的檢測課堂所學知識的掌握程度，真正的實現“教、學、評”一體化，讓二輪復習更具實效性。

3.教學反思

真實情境下的課堂教學效果良好。主要體現在以下幾個方面：

第一，課堂更有趣。從知識整合和情境類別兩個層面進行了分析融合，從傳統(tǒng)的基于知識邏輯結構驅動的教學轉向基于項目驅動的教學，豐富的素材提升了復習課的新奇度，體現了知識的工具性，極大地發(fā)揮了學生的主觀能動性。

第二，課堂氛圍更活躍。從傳統(tǒng)的解題方法突破性復習轉向探究性教學，恰當的信息提示解決了學生能力水平參差不齊的問題，讓所有學生在自主設計實驗探究的過程中，應用知識解決問題，感受知識的“有趣”。

第三，課堂更深入。從傳統(tǒng)的知識與情境相互割裂轉向情境與問題相互交融，在工藝生產中體會鋁及其化合物的轉化，讓學生感受到知識的“有用”。

第四，課堂更有效。從傳統(tǒng)的練習轉向高考題改編，借助高考題的情境素材，結合學生能力水平進行改編，檢測課堂所學知識的掌握程度，實現“教、學、評”一體化，提高復習效率。

第五，課堂更多維。從傳統(tǒng)的課后單向評價轉向“教、學、評”一體化。學生在真實情境的實驗設計、評價交流過程中，能及時發(fā)現自己知識儲備及思維方法的不足，反思和調整自己的學習策略。同時，教師也能根據學生的課堂表現，調整教學策略。