基于模型建構的高三復習課“物質的分離和提純”教學設計

曹 英

（上海交通大學附屬中學嘉定分校，上海）

高中化學學科核心素養是學生發展核心素養的重要組成部分，是高中生通過化學課程學習所獲得的，主要內容包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”等。

本文以“物質的分離和提純”為例，從簡單混合物分離和提純展開，闡述如何根據簡單的物質分離和提純實例推理和建構出物質的分離和提純的模型，然后應用模型去解決情境中的問題。通過設計出有價值的問題層層深入，使學生主動參與、互相合作、積極探究，在課堂活動中自主推理和建構模型、應用模型，讓學生在問題解決中形成化學核心素養。

一、設計課前任務單、課堂任務單

任務單是教師設計指導學生自主學習的方案，是學生高效自主學習的支架與載體。

1.課前任務單

高三學生對物質的分離和提純的基礎知識已能熟練掌握，故筆者以課前任務單的形式，讓學生自主復習鞏固；設計6個簡單的物質的分離和提純問題，為課堂上根據具體實例推理和建構出物質的分離和提純的模型做鋪墊；讓學生畫出粗鹽提純的流程圖，為課堂上設計物質的分離和提純流程圖作鋪墊。課前任務單具體內容如下：已知粗鹽中含有雜質離子Ca2+、Mg2+、SO42-、K+，畫出粗鹽提純的流程圖。流程圖示例如下：注：（ ）中填“試劑名稱”，［ ］中填“操作名稱”中填“物質的名稱”

表1 物質分離和提純的基本原則

表2 常用的物質分離和提純方法

表3 物質的分離和提純實例

2.課堂任務單

課堂任務單為學生提供三個情境，分別選取了高三拓展教材上的學生原理性知識存在漏洞的重結晶、乙酸丁酯的提純，以及涉及多種分離和提純方法的綜合應用題。課堂任務單具體內容如下：

（1）結晶法

①畫出流程圖：除去氯化鈉中的少量硝酸鉀 ②畫出流程圖：除去硝酸鉀中的少量氯化鈉

③活學活用：設計以1∶1硝酸鈉和氯化鉀為原料制備硝酸鉀的工藝流程圖。

表4 四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/100g水）

（2）設計提純乙酸丁酯的實驗流程圖

表5 物質的相關性質

（3）小組討論

苯甲酸廣泛應用于制藥和化工行業，某同學嘗試用甲苯的氧化反應制備苯甲酸，反應原理：

一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反應一段時間后停止反應，設計流程圖分離出苯甲酸和回收未反應的甲苯。已知：苯甲酸在25℃和95℃時溶解度分別為0.3g和6.9g。

二、教學主要環節和設計意圖

1.物質分離和提純的區別及基本原則

［師］解決物質分離和提純的問題時，首先要明確問題要求，是要求分離物質還是提純物質，分離物質和提純物質有什么區別呢？

［生］思考回答。

［師］其次，根據物質分離和提純的基本原則，選擇合適的試劑和方法進行分離、提純。課前任務單中大家根據具體實例總結出的物質的分離和提純的基本原則有哪些？

設計意圖：設計具有針對性的具體實例，喚醒學生的記憶，總結出物質分離和提純的區別及基本原則。

2.常用的物質分離和提純方法

［師］在課前任務單中大家歸納整理了常用的物質分離和提純方法。哪些物質分離和提純方法與物質的溶解度有關？

［生］思考回答。

設計意圖：立足于學生已有經驗，讓學生從研究物質的實驗方法這個角度來重新審視和梳理已有的物質的分離和提純基礎知識，對已有知識歸類建構（與溶解度有關的物質分離和提純方法：過濾、分液、萃取、紙層析、結晶）。

3.物質的分離和提純的模型建構

［師］課前任務單中6個物質的分離和提純實例（見表3）：①②和③可直接分離，④⑤和⑥不可直接分離，為什么？

［生］①中食鹽易溶于水而泥沙難溶于水，故可直接過濾，④中食鹽和Ca2+、SO42-、Mg2+都易溶于水，故不可直接過濾，采用沉淀法將Ca2+、SO42-、Mg2+轉化為難溶于水的物質再進行過濾……

［生］在教師的引導下建模：

［師］物質的分離和提純分為兩大類，一類是混合物中的各物質性質不相似，能直接分離；一類是混合物中各物質性質相似，不能直接分離，應采用合適的物理方法（結晶法、萃取法等）或化學方法（氣體法、沉淀法等）將混合物中的各物質轉化為性質不相似的物質，再進行分離。

設計意圖：利用課前任務單上的6個簡單的物質分離和提純實例，從簡單混合物分離和提純展開，引導學生建構出物質的分離和提純的模型，對物質的提純和分離進行深層學習，促進學生對物質分離和提純的深入思考，激發學生學習物質的分離和提純的興趣和探究欲望。

4.建構模型，應用模型，化解難題

（1）教師引導學生建構模型和應用模型

學生活動1：除去NaCl中混有的少量KNO3，除去KNO3中混有的少量NaCl

［生］在教師的引導下，分析混合物的性質并進行模型建構：

［師］依據我們建構的物質的分離和提純的模型，我們首先分析混合物中的NaCl和KNO3性質是否相似，經分析可知兩者均易溶于水，屬于性質相似的物質，不能直接分離，故采用結晶的方法將二者轉化為性質不相似的物質，使其中一種物質結晶析出，然后采用過濾的方法進行分離。

［師］分別采用哪種結晶方法？

［生］前者蒸發結晶，后者降溫結晶。

［師］追問：為什么前者用蒸發結晶，后者用降溫結晶？

［生］因為NaCl的溶解度隨溫度的升高變化極小，故蒸發結晶使NaCl析出；因為KNO3的溶解度隨溫度的降低急劇減小，故降溫結晶使KNO3析出。

［師］再追問：為什么前者選擇讓NaCl析出而后者選擇讓KNO3析出？

［生］當氯化鈉中混有少量硝酸鉀時，因硝酸鉀的含量較低，使硝酸鉀從溶液中結晶析出較難，所以選擇將氯化鈉結晶析出，而將硝酸鉀留在母液中除去。同理，當硝酸鉀中混有少量氯化鈉時，選擇將硝酸鉀結晶析出。

［生］畫出流程圖（略）。

［師］除去NaCl中混有的少量KNO3和KNO3中混有的少量NaCl，分別加熱至出現什么現象時停止加熱，蒸發的目的分別是什么？

［生］前者蒸發至有大量晶體析出時，停止加熱，目的是析出大量晶體；后者蒸發至有極少量晶體析出或出現晶膜時停止加熱，目的是得到熱飽和溶液。

學生活動2：活學活用——以1∶1的NaNO3和KCl為原料制備硝酸鉀（相關性質見表4）

［師］引導：NaNO3和KCl正常條件下是不反應的，為了得到KNO3，需盡量將Na+、Cl-除掉。

［生］設計工藝流程圖并講解。

（2）學生自主建構模型和應用模型

學生活動3：設計提純乙酸丁酯的實驗流程圖（相關性質見表5）［生］分析混合物的性質，自主建構模型并設計流程圖（略）

［師］實際操作時還應考慮節約成本，引導學生對流程圖進行修正。

（3）學生自主建構模型和應用模型，化解難題

學生活動4：小組討論，設計流程圖分離出苯甲酸和回收甲苯。

［生］展示設計的流程圖，自主講解（略）。

設計意圖：高三學生對分離和提純的基礎知識已能熟練掌握，但對于知識在情境中的應用仍存在較大問題。筆者給學生提供三個情境，從引導學生建構模型、應用模型到自主建構模型、應用模型再到自主綜合應用多種物質分離和提純方法化解難題，層層深入和遞進，讓學生體會模型建構的重要性和有效性。

三、教學評價與反思

本節課受到蒞臨專家的高度評價：容量大、層次高、素材豐富、主線分明，師生互動和生生互動效果好；教師課下付出多，做到了教師走下來，學生走上去。

本節課根據簡單分離和提純實例提煉出分離和提純的模型展開，然后以利用模型去解決問題這條主線進行設計。課前任務單中針對教學目標設計了有價值、有針對性的問題，確保了問題有效服務于課堂教學內容和目標。課堂任務單中設計多個活動，活動中教師只擔任引導者的角色，引導學生遷移應用、激發生成，而學生成為課堂的主導者，大膽進行模型建構，應用模型化解難題，讓學生在活動中獲得成功體驗，領會到模型建構的重要性和有效性。整個過程行云流水，沒有刻意去融合方法和能力，而是按設計的問題順水推舟，拾級登峰。