促進學生核心素養發展的教學設計
———高三化工生產流程專題復習

◇ 北京 馮 姝 賀 新

1 傳統高三化工生產流程復習教學面臨的困境

化工生產流程是高考考查的重點,也是高三復習課中學生學習的難點.化工生產流程題對學生的綜合能力要求高,它通常以現代工業生產為依托,與化工生產成本、產品提純、環境保護等相融合,考查物質的制備、檢驗、分離提純等基本實驗原理在化工生產中的實際應用.由于化工生產活動與學生日常學習生活有一定距離,因此對這類試題存在畏難情緒,缺乏整體分析視角和分析思路.

傳統的高三化工生產流程復習教學大多采用講練結合復習方式,即引領學生將相關知識進行整合之后,就進入習題訓練.這種復習沒有結合實際生產生活,難以引發學生的認知沖突和學習興趣,長此以往容易陷入題海戰術,降低學生對化學學習的興趣,影響教學的實際效果,不利于學生化學學科核心素養的發展.

2 優化化工生產流程復習課教學的設計思路

在2017年普通高中化學課程標準中,學業水平考試命題明確建議：以核心素養為測試宗旨,以真實情境為測試載體,以實際問題為測試任務,以化學知識為解決問題的工具.真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺,為學生化學學科核心素養提供了真實的表現機會.課程標準也明確指出：化學核心素養是學生通過化學學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力.“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”等是化學學科核心素養構成的內涵要素.高中化學教學要以發展化學學科核心素養為主旨,倡導創設真實問題情境,重視教學內容的結構化設計,激發學生學習化學的興趣,促進學生學習方式的轉變,培養學生的創新精神和實踐能力.

因此,我們設計了“汽車中的化學——廢舊鉛蓄電池的回收”專題復習課,以“廢舊鉛蓄電池中成分復雜的鉛膏如何轉化為再生鉛”作為載體,創設復習化工生產流程的情境.通過分析生產工藝每個環節的目的和結果,形成化工生產流程中物質轉化的分析視角和分析思路.在分析問題、解決實際問題的過程中,培養學生應用已有知識綜合分析和解決實際問題的能力,在高三復習課上落實化學學科核心素養.

2.1 教學目標

1)鞏固元素化合物基礎知識,掌握物質轉化過程中核心方程式的準確書寫.學會提取信息,準確快速找出流程中的核心反應,分析每個工藝環節的目的.

2)通過討論、歸納、梳理、整理知識,形成化工生產流程中物質轉化的分析視角和分析思路.通過生產流程的方案設計,體會多、快、好、省的生產原則.理論聯系實際,明確解答化工生產流程題的解題思路和方法,并形成相應的策略.

3)通過對科學、技術、社會相互關系的了解,提升化學技術的興趣,增強社會責任感,體會化學對人類生活和生產所起的重要作用.培養理論聯系實際,結合生產實際提取信息和科學分析的能力.

2.2 教學重、難點

1)重點：復雜體系中物質的相互轉化原理.

2)難點：應用化工生產原則實現物質轉化.

2.3 教學過程

環節1課題引入

【視頻1】汽車啟動電池要更換,講述回收廢舊鉛蓄電池的意義.

【視頻2】廢舊鉛蓄電池回收工藝,如圖1所示,分析電池各部件回收方法.

活性填料和腐蝕后的極板組成了鉛膏.鉛膏化學成分是硫酸鉛、二氧化鉛、氧化鉛等.成分比較復雜,需要特定的方法回收處理.

【問題1】如何將回收的鉛膏轉化為鉛?

學生活動：觀看視頻,觀察廢舊鉛蓄電池回收工藝,思考鉛膏成分如何轉化為鉛.

設計意圖：引入專題復習課內容,從實際應用的視角,強化廢舊鉛蓄電池回收的意義,并形成貫穿性任務.

環節2 火法冶煉分析

【問題2】火法冶煉物質如何轉化? 存在哪些優缺點?

任務1：分析火法冶煉制出鉛中的物質及反應,如圖2所示.

學生活動：書寫PbO2和PbSO4反應方程式：

分析火法冶煉的優缺點.

優點：工藝簡單,還原劑焦炭便宜易得.

缺點：溫度高,能耗大;產生大量SO2,污染環境;高溫產生鉛蒸氣,鉛塵污染環境,降低鉛的回收效率.

設計意圖：從簡單的物質轉化層面分析,幫助學生形成分析角度.

環節3濕法RSR 工藝分析

【問題3】觀察整個流程,發生了哪些變化? 如何從鉛膏回收鉛? 分析流程,講述物質轉化采用的方法.

任務2：分析RSR 濕法工藝中的物質及其變化,如圖3所示.

學生活動：

1)提煉回收流程.

2)書寫核心物質轉化離子方程式.

過程1：PbO2＋SO2－3＝PbO＋SO2－4

過程2：PbSO4＋CO2－3＝PbCO3＋SO2－4

過程3：Pb2＋＋2e－＝Pb

教師活動：生產的核心是化學反應,物質轉化基于類別反應和氧化還原反應,如圖4所示.

圖4

學生活動：聆聽、思考、記錄.

教師活動：【追問】與火法冶煉相比,濕法RSR 工藝有哪些優缺點?

學生活動：

優點：污染小,得到高純鉛.

缺點：步驟多,分離提純復雜,試劑成本較高.

設計意圖：復雜問題情境中的分析梳理,抽提出工藝流程和核心化學反應,體會物質轉化的過程和方法,不斷應用方法以進一步固化.

環節4設計從鉛膏到鉛的回收方案

教師活動：要求學生利用已有知識和資料信息,設計回收鉛的方案.組織學生匯報討論,并評價方案.

任務3：設計從鉛膏回收鉛的方案,如圖5所示.

圖3

圖5

學生閱讀材料,設計方案;小組討論;組間交流匯報,并評價方案.

教師活動：小結生產實際中物質轉化的理念或原則,如圖6所示.

圖6

學生活動：聆聽、思考、記錄.

設計意圖：明確化工生產的核心是物質轉化,基于類別反應和氧化還原反應來選擇試劑,體會多快好省的生產原則.

環節5總結梳理

教師活動：梳理高考試題,體會復雜體系中化學反應的分析.

學生活動：高考真題試做.

設計意圖：明確高考題設問角度;形成化工生產流程中物質轉化的分析視角和分析思路.

3 教學反思

3.1 注重情境的導入,提高真實復雜情境問題的解決能力

高三化學總復習時間緊、內容多、任務重,教師一般采用教師講,學生練,很少有課堂導入環節.實踐證明,根據教材內容,設計復習內容時結合學生們熟悉的生產生活真實情境,在真實復雜情境中發現問題,解決問題才是化工生產流程的高效復習法.

本節課以“汽車中的化學——廢舊鉛蓄電池的回收”為題,分析廢舊汽車電池中鉛膏的回收和利用.課程內容基于實際回收工藝中的真實化工生產流程,也是在真實生產生活情境的基礎上思考設計課堂問題.通過“我的汽車需要更換電池,其他車主也是這樣嗎?”“廢舊鉛蓄電池如何回收呢?”這樣的真實問題引入整節課的學習,激發了學生的探究興趣,使學生從生活世界走進化學世界.3個核心問題——“如何將回收的鉛膏轉化為鉛?”“火法冶煉物質如何轉化? 存在哪些優缺點?”“觀察整個濕法流程,發生了哪些變化?如何從鉛膏回收鉛的?”和3個學習任務——“分析火法冶煉制出鉛中的物質及反應”“分析RSR 濕法工藝中的物質及其變化”“請你設計從鉛膏回收鉛的方案”一一對應,貫穿整個學科的教學內容.通過對從鉛膏回收鉛方案的設計與評價,形成物質轉化的分析視角和分析思路,提高學生應用已有知識綜合分析和解決真實復雜情境實際問題的能力.

3.2 注重學生參與,提升學生分析和解決實際問題的能力

在課堂組織形式上,學生為主體,大部分的內容由學生討論完成.通過學生間討論、歸納,師生共同梳理、整理知識,形成化工生產流程中物質轉化的分析視角和分析思路.學生通過小組討論,設計生產方案,再組間交流匯報,相互評價方案,非常有利于學生思維的外顯和碰撞,在討論匯報和評價生產方案中,明確化工生產的核心是物質轉化,基于類別反應和氧化還原反應來選擇試劑,體會多快好省的生產原則.

3.3 將問題和解決思路“結構化”,促進學習遷移

“結構化”是實現知識向素養轉化的有效途徑,“結構化”水平直接決定著素養發展水平.很多學生遇到化工生產流程問題時,沒有解決問題的思考角度,不知道用什么方法進行分析.因此,本節課教師通過引導學生分析火法冶煉和RSR 濕法工藝中的物質轉化,不僅整合了基本知識與技能,還通過對復雜問題情境的分析梳理,幫助學生提煉并形成化工生產中物質轉化的分析視角和分析思路.學生明確了解答化工生產題的解題思路和方法,形成了解決化工生產題的思路和策略,并將解決問題的知識方法和思維角度結構化.這樣對其他化工生產的問題學生就能學習遷移,分析和解決實際問題的能力得到提升.

4 結語

本次課的教學設計,改變了以往高三化工生產流程講練結合的復習方式,很好地將化工生產工藝和流程嵌入在真實的情境中,讓學生在分析和解決實際問題的過程中,明確物質轉化的分析視角和分析思路,在設計鉛膏轉化方案的過程中進行對比、評價和優化流程方案,體會多快好省的生產原則.通過高考真題試做,指導學生在解題過程中善于歸納、總結,形成解決化工生產題的思路和策略.本節課以真實情境為載體,以化學知識為解決問題的工具,優化了教學方法,切實提高了課堂教學效率,落實了化學學科核心素養,促進了學習的遷移.