優化情境問題 驅動深度學習

謝小燕

摘 要：文章以梅州市模擬考試試題中的化學工業流程題、化學教材、高考真題、相關的化學科研成果等素材為依據，在“以礦石為原料的工藝流程除雜專題復習”教學中，通過創設情境素材，優化情境問題，引導學生發現問題和解決問題，達到深度學習、促進學生的核心素養發展的目的。

關鍵詞：情境教學;工藝流程;深度學習;高三一輪復習

深度學習是指教師借助一定的活動情境帶領學生超越表層的知識符號學習，進入知識內在的邏輯形式和意義領域，挖掘知識內涵的豐富價值，完整地實現知識教學對學生的發展價值。深度學習注重培養學生掌握學科知識的能力與知識遷移能力，同時達到學生能夠在真實情境中解決問題的目的。促進深度學習的策略有問題情境、認知沖突、思維可視、變式運用等。因此在深化課堂教學改革過程中，教師要積極探索情境和任務驅動的課堂教學，以促進學生深度學習。

一、教學背景分析

從學科的社會價值來看，化學工藝流程題用真實的科研成果和生產情境，以簡明的工藝流程圖，對實際生產中的重點環節進行再現，旨在引導學生在掌握書本知識的同時能夠關注和解決生產、生活中的實際問題，能夠達到培養學生的科學精神和社會責任感的目的，激發學生對化學學科的熱愛。從考查內容看，化學工藝流程考點幾乎包羅高中所有主干知識，側重考查典型無機物的性質及其轉化關系。從命題的角度看，不管是物質制備類工藝流程還是物質提純類工藝流程，都不可避免地涉及物質的除雜和凈化問題，因此進行除雜專題復習很有必要。

二、教學目標

1. 通過分析“工藝流程圖”，提高有效信息提取能力，克服陌生情境帶來的困難，學會分析工藝流程圖中除雜的目的、試劑和操作，建立認知模型，并能運用模型解決問題。

2. 通過回顧教材中以礦物為原料的工藝流程中常見雜質及其除去方法，歸納總結常見雜質的除去方式和存在形式，落實證據推理與模型認知的學科素養。

3. 通過練習完成文獻和高考題中的工藝流程除雜任務，培養學生的知識遷移能力，同時培養學生的科學態度與社會責任感。

三、教學框架

以組合為“物理+化學+生物”選科的高三普通班學生為授課對象，選取化學工藝流程除雜問題在高考、生產生活等方面的素材作為情境，教學框架設計如下圖所示。

四、教學過程

[情境引入]呈現2022年梅州市第一次模擬考試第18題工藝流程。

[教師提問]此工藝流程可以分為幾個步驟？各個步驟的作用是什么？從流程的各個箭頭的進出能獲取到哪些信息？

[情境任務]解決模擬考工藝流程中除雜問題。

[教師提問]（1）上述工藝流程中濾渣1和濾渣2主要成分是什么？

（2）加入鹽酸“酸溶”后濾液中存在的金屬陽離子有TiO___________，如果這些離子的濃度均小于0.01mol?L，采用氨水調節溶液pH應該達到使___________沉淀完全而___________不沉淀的目的，則調pH應控制的范圍是___________。

[教材情境]選取教材中典型的以礦物為原料的工藝流程中常見雜質及其除去方法，達到回顧基礎知識的目的。

1. 九年級化學上冊中展示了地殼中的元素含量。地殼最多的元素有O/Si/Al/Fe，故礦石中一般含有硅、鋁和鐵的氧化物等雜質。請思考除去這些物質的常用方法。

[情境遷移]結合初高中知識，總結歸納氧化鎂中常見雜質的除雜方法，如下表：

2. 高中化學人教版必修二（P106-107）

以鹵塊為原料生產輕質氧化鎂，工藝流程如下圖所示。鹵塊主要成分是氯化鎂，還含有Fe、Fe、Mn等雜質離子。

在實際生產中通常將Fe先氧化成Fe，再水解得到生成Fe（OH）3沉淀而除去，原因是絮狀的Fe（OH）2不易從溶液中除去。

3. 高中化學人教版選修四中提到常見雜質的除去方法：工業原料氯化銨中含雜質氯化鐵，使其溶解于水，再加入氨水調節pH至7～8，可使Fe生成Fe（OH）3沉淀而除去。除調節pH使生成氫氧化物沉淀外，以Na2S、H2S等作沉淀劑，使某些金屬離子如Cu2+、Hg等，生成極難溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分離、除去雜質常用的方法。

[情境遷移]在上述基礎上，讓學生設計工業上用紅鋅礦（主要成分ZnO，含少量SiO、FeO、FeO、AlO）制備硫酸鋅的除雜流程。

已知：①ZnO是兩性氧化物;②相關金屬離子[c（Mn+）=0.1mol·L?1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍參考下表。

[情境拓展]以論文《由富錳渣制備無水氯化錳的工藝探索》中氯化錳的制備流程為背景，引導學生分析流程中的除雜問題。

[教師提問]（1）富錳渣一般含有錳、硅、鋁、鐵的氧化物及重金屬鹽等，請思考濾渣I和濾渣II的主要成分。

（2）請寫出二氧化錳氧化Fe2+的離子方程式_____________。

（3）已知“硫化除重金屬”時主要是將Hg2+沉淀下來，請寫出反應的離子方程式_____________，其平衡常數表達式K=___________。

（4）文獻指出干燥氯化錳晶體時的操作是“將未經干燥的晶體放置于有氮氣或者惰性氣體的電烘箱內，于200℃±3℃使結晶水逐漸脫去”，請簡述操作原因。

[情境應用]【2017新課標3卷】重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示：

（2）濾渣1中含量最多的金屬元素是_________，濾渣2的主要成分是________及含硅雜質。

（3）步驟④調濾液2的pH使之變_____（填“大”或“小”），原因是_____________________________（用離子方程式表示）。

五、教學思考

知識活化以及轉化為核心素養的重要途徑之一就是知識的情境化。用模擬考試中的問題引導學生思考此類題型為什么考、考什么和怎么考的問題，建立思維模型。用實際生產中的無水氯化錳的制備，呈現實際生產情境，培養學生“科學態度與社會責任”和“科學探究與創新意識”的學科素養。審視高考試題所蘊含的深刻內涵，理解和感受所學知識、科學研究及實際生產應用之間的聯系是本節教學的重要目標。在實際教學中還可以根據學生實際情況選擇性地、合理地創設更多情境落實化學學科核心素養的理念，促進學生深度學習。

參考文獻：

[1]康淑敏.基于學科素養培育的深度學習研究[J].教育研究，2016（07）.

[2]周志明，蘇文征，李坤.由富錳渣制備無水氯化錳的工藝探索[J].無機鹽工業，2007（03）.

[*本文系廣東省教育科研“十三五”規劃一般課題“基于核心素養的新教材高中化學課堂情境教學模式的實踐研究”（課題編號：2021YQJK382）的成果之一]