“模型建構”在化工流程題教學中的應用

江蘇無錫市僑誼實驗中學（214026） 史育萌

化工流程題是以真實的化學工藝流程為試題背景，且信息量大、綜合性強、考查內容豐富的一類題型，其命題符合課程標準提出的“基于真情境，解決真問題”的要求，越來越受到中考命題者的關注。但因為化工流程距離生活較遠，學生對其比較陌生，所以在解題時他們面臨著不小的困難。這可能會使學生產生畏難和逃避情緒。考試中這類題型整體得分不高。如何改變化工流程題教學低效現狀，對廣大化學教師而言是個富有挑戰性的課題。

《普通高中化學課程標準（2017 年版）》指出：“通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。”通過課堂師生對話、課后作業反饋、試卷分析、問卷調查等可知，影響化工流程題教與學的首要因素是學生讀不懂題，看不懂流程圖。鑒于此，教師應幫助學生認識化工流程題的題目結構，提煉工藝流程圖基本單元，理解流程圖里的方框和箭頭的含義，逐步建構化工流程圖的認知模型，進而順利解答化工流程題。筆者結合自身的教學實踐經驗，談談如何通過模型建構促進化工流程題教學有效性的提高。

一、觀察真題，建構化工流程題題目結構模型

教師要引導學生觀察化工流程類真題，以使學生對化工流程題的題目結構和各部分呈現形式有概括性的認識，并建構試題結構模型（如圖1）。化工流程題題目結構分為題頭、題干、題尾三部分，題頭通過語言文字簡單介紹工藝生產的原材料和目的，有時也提供物質的性質和用途等信息；題干主要以框圖形式將原料到產品的主要生產工藝流程表示出來，題干是工藝流程題的核心；題尾為問題部分，主要呈現根據生產過程設計的一系列問題，由學生根據已有的化學知識作出解答。

圖1 化工流程題題目結構模型

通過引導學生建構化工流程題題目結構模型，可讓學生初步感知化工流程題各部分的功能和呈現形式，化解學生對陌生情境問題的畏難情緒，使學生愿意去閱讀題目，從而找到快速獲取題目信息的路徑。

二、結合教材，建構化工流程圖基本單元模型

化工流程題的題干部分通常是一個流程圖，它是由方框和箭頭組成的基本單元連接而成的。讀圖識圖是解題的關鍵。在化工流程題教學中，教師應將整個流程圖拆分為基本單元，引導學生認識各方框和箭頭所表示的含義，初步了解化工流程題的特點。

下面以“水的凈化”中自來水的生產工藝為例，引導學生初步建構化學流程圖基本單元模型。

師：水的凈化過程主要解決三方面問題，即除去不溶性雜質、可溶性雜質和細菌。閱讀自來水廠凈水過程示意圖（如圖2），說說該示意圖都包含了哪些內容。

圖2 自來水廠凈水過程示意圖

生1：由圖2可知，自來水生產的原料是水庫里的水，產品是自來水。從示意圖中還可以知道自來水的生產經歷了“取水—吸附沉淀—過濾—除異味、色素—殺菌—得到自來水”等過程，生產中使用的主要設備有沉淀池、過濾池、吸附池、清水池、配水泵，涉及的生產原理有絮凝劑吸附、固液分離、活性炭吸附、蛋白質變性。

師：上述流程是自來水廠真實的生產過程，但有些過于煩瑣。請同學們嘗試用方框和箭頭簡明扼要地設計能夠呈現生產步驟、生產原理、生產設備的自來水生產流程圖。

學生經思考、討論后設計的自來水生產流程如圖3所示。

圖3 自來水生產流程圖

師：你能對這一的流程圖作出解釋嗎？

生2：流程圖是由方框和箭頭組成的，通常方框表示設備或者物質，指向方框的箭頭表示“原料”或者“加入的物質”，從方框指出的箭頭表示“產品”或者“副產品”，箭頭上一般標識相關操作或者所添加的試劑。

師：結合工業用水重復利用示意圖（如圖4），你知道在流程圖中如何表示“物質可循環利用”嗎？

圖4 工業用水重復利用示意圖

生3：用回頭箭頭表示“物質可循環利用”。

師：請自主建構化工流程圖基本單元模型。

學生通過思考、討論，得出如圖5 所示的化工流程圖基本單元模型。

圖5 化工流程圖基本單元模型

三、練習總結，建構化工流程圖框架模型

化工流程題的命題背景資源廣泛，初中階段以海水、空氣、金屬資源、化石燃料甚至實驗室或者化工生產為資源，以化學基本理論為主線，結合化學實踐進行命題。概括起來基本可分為兩種常見題型，一種是從混合物中分離、提純某物質，另一種是用一種物質制備另一種物質。教學中教師要引導學生在解決問題的過程中進行題型歸類，總結解題方法，提煉生產流程框架。下面結合兩個具體的實例加以說明。

【例1】粗鹽中含有MgCl2、Na2SO4和CaCl2等可溶性雜質，設計如圖6 的實驗流程進行除雜提純，以得到較純凈的NaCl 固體。下列做法正確的是（ ）。

圖6 粗鹽提純流程圖

A.操作a、操作b和操作c相同，都為過濾

B.若X、Y、Z 分別為NaOH、BaCl2、Na2CO3，則溶液N中的溶質為CaCl2

C.若Z 為Na2CO3，則白色固體一定為BaCO3和CaCO3

D.加入過量的稀鹽酸的目的是除去過量的Na2CO3

解析：本題主要是考查混合物的除雜、分離、提純等實驗的基礎知識以及基本操作技能。解題時，考生需要明確想要得到的主要物質是什么，原料中混有的雜質有哪些；認真分析當某一試劑加入后，能與什么物質發生反應，生成了什么產物，要用什么樣的方法才能將雜質除去。只有這樣，他們才能明白每一步操作的目的。結合物質的性質及各方面的條件進行分析，可得正確答案為AC。

【例2】高純度的氧化銅可用作顏料、有機合成催化劑等，以下是用粗銅粉氧化法獲取高純度氧化銅的流程（如圖7）。

圖7 制備高純度氧化銅的流程圖

回答下列問題：

（1）寫出濾液A中所含的物質：___________。

（2）洗滌固體B應使用的試劑是___________。

解析：解題時首先要從題干中獲取要制備的是什么物質，尋找在制備過程中所需的原料，寫出主要的化學方程式或制備原理，觀察有沒有副產物產生，如果有，則剩余的步驟就是分離和提純。

通過分析流程可知濾液A 中含有硫酸銅和過量的硫酸，洗滌固體B 的目的是除去銅粉中的鐵粉，并生成硫酸亞鐵溶液，故所用的試劑是稀硫酸。

通過分析和比對上述兩道試題，發現化工流程圖框架呈現的是工業生產中原料經過預處理、核心反應得到目標產品的過程，主要涉及物質的分離和提純、除雜試劑的選擇、生產條件的控制等化學知識。建構化工流程圖框架模型（如圖8），可以幫助學生把握問題的本質，使學生能觸類旁通、舉一反三。

圖8 化工流程圖框架模型

化工流程題素材背景起點高，但落腳點依然是對化學基礎知識和基本技能的考查，化工流程“主線與核心”模型的建構，可以幫助學生把握化工流程題問題的本質，加強學生對化學主干知識的學習。

四、示范指導，建構化工流程題解題思路模型

“素養為本”的化學課堂教學，應重視學生化學學習思路的構建。在具體的化學知識教學中，應注重學生化學學習思路的結構化和顯性化。教學中發現有些學生對解答化工流程題有畏難情緒，不會在題頭信息、題干流程和題尾問題之間尋找關聯。這就需要教師發揮示范引領作用，通過學法指導引領學生建構化工流程題解題思路模型（如圖9）。模型建構過程如下：首先，從題頭中找到流程目的和原料，畫出關鍵字詞；其次，深度分析題干中的流程核心部分，尋找從原料到目標產品所包含的反應原理，把所發生的化學反應用方程式表達出來，梳理出操作的線索；最后，把要回答的問題放到真實的流程背景中去考慮，得出答案后代入流程圖中檢驗。

圖9 化工流程題解題思路模型

建構結構化的解題思路模型，有助于學生解決陌生情境下的化工流程題，實現對解題思維的固化和遷移運用。

五、教學反思

（一）熟練掌握常見氣體、離子的檢驗方法以及除雜、提純的方法

常見物質的分離、提純以及檢驗是化學實驗中的重要內容，也是中考的常考內容，而從混合物中分離、提純某種物質也是化工流程的常見步驟。掌握這部分知識對讀懂流程有著至關重要的作用。在學習過程中，學生要通過比較熟練掌握常見物質的性質、常見的10 種沉淀物質及其性質以及離子的檢驗方法，熟悉常見的分離方法及其適用范圍，能根據溶解度曲線圖選取結晶的方法等，以便正確解答題目。

（二）重視基礎，規范語言；專題訓練，參悟答題技巧

化工流程題有著題目起點高、解答落點低的特點，因此具備扎實的化學基礎知識和實驗基本技能是解題的關鍵。學生要重視學習化學基本概念、元素化合物性質等基礎知識，學會將化學實驗知識與生活生產緊密聯系起來。教師應采取問題討論方式，讓學生通過整理、分析、比較，歸納出若干個實驗問題，熟悉化工流程題中的實驗操作步驟，掌握主線，如粗鹽提純問題解決線“粗鹽→溶解→過量BaCl2溶液→過量NaOH 溶液→過量Na2CO3溶液→過濾→適量鹽酸→蒸發結晶”，結晶問題解決線“蒸發濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌→干燥”，等等。這樣有利于學生分析和解決問題。另外，還要通過適當的典型習題訓練和規范、精準的語言描述練習，使學生習得解題方法，提高解題能力。