基于模型建構的初中化學復習課教學設計
——以“物質的分離與提純”為例

2024-02-29 02:33:02陳施施

云南化工 2024年2期

陳施施，李睿

(云南師范大學化學化工學院，云南昆明 650500)

化學科學思維是學生基于事實和邏輯進行獨立思考和判斷，對不同信息、觀點和結論進行質疑和批判，提出創造性見解的能力。它涵蓋了比較、分類、分析、綜合、歸納等科學方法，并強調基于實驗事實進行證據推理和模型建構的思維能力[1]。

化學科學思維是指像化學家一樣，在對物質進行分析、合成、轉換和建模的科學探究與實踐活動中，進行知識建構和推理應用的認知過程[2]。在化學科學中，模型具有非常重要的地位，如若沒有模型，化學科學的發展將無從談起。因此，我們可以說，模型是化學學科的基石[3]。因此，化學教育應注重培養和強化學生的化學科學思維能力，提升其獨立思考和解決問題的能力，從而助力學生在各個領域的學習和應用。

1 問題的提出

“物質分離和提純”是初中化學學習科學探究和化學實驗主題中不可或缺的一部分，也是科學探究能力培養的必要組成部分[4]。在進行相關調查后，發現初中化學物質分離和提純復習課的教學普遍存在以下幾個問題：①學生對分離和提純的概念了解不夠全面，缺乏整體性的認識能力；②學生無法選擇適用于不同物質的除雜方法；③日常教學僅注重知識和技能的單一領域，忽視物質分離和提純的思想方法和整體流程的熟練掌握。復習課教學應該突出方法的提煉和能力的提升，而不是簡單的知識重復講解。若教師過于強調自己的主導作用，會導致學生失去主動性，從而無法真正掌握復習的技巧和方法，這違背了培養學生自我學習能力的初衷。因此，我們應當關注學生的潛力，引導他們獨立思考和自主學習，讓他們能夠掌握復習的關鍵方法，提高自主學習能力[5]。因此，教師可以通過拓展模型應用，轉變碎片化知識為系統化知識，形成物質分離提純的思路和模型結構。該研究結合了當前的教學現狀，旨在構建初中“物質分離與提純”的思維模型，以提升學生發現問題和提出問題、分析問題和解決問題的能力。為此，本文設計并實施了一個基于模型建構的初中“物質分離與提純”的復習教學實踐。

2 物質分離與提純的模型

在結構、性質、方法、標準之間建立聯系，初步形成物質分離提純的一般思路，如圖1所示。該模型以物質的性質差異為關鍵切入點，基于物質分離提純的基本原則，選擇相應的物理方法或化學方法，再進行修正補充，最終達到分離提純的目的。教學過程中應致力于培養學生多元化的思維方式，鼓勵學生在不同層次的模型中進行自主構建，以激發他們的認知潛力。

圖1 物質分離與提純的思維模型

3 基于模型建構的“物質的分離與提純”教學分析

1)學情分析

在復習課階段，學生們已經初步地掌握了金屬、酸、堿和鹽的性質，對不同物質的特性有了較為全面的理解，能夠基于物質類別對其進行性質分析。此外，他們還熟悉了常見的物質分離方法：包括蒸餾、結晶、過濾等物理方法；以及轉化法、沉淀法和氣化法等化學方法。因此，他們已經具備解決簡單的除雜問題的能力。

2)教學目標

①理解物質的提純與物質的分離區別與聯系，了解物質的分離與提純基本原則 (不增、不減、易分離、易復原)。 ②學會尋找合適的方法對混合物進行分離、提純。 ③引導建立物質分離提純思維模型，有助于解決問題能力的提高和全面認知水平的提升，同時也培養創新高階思維。 ④通過創設不同的問題情境，加強對物質分離提純模型的應用，增強遷移創新能力。

3)教學思路

本節課的具體教學思路是：從真實情境出發，引出問題，任務驅動式引導學生初步構建和強化模型；通過以學生為主體的教學評一體化教學，進行深入的模型辨析，幫助學生掌握模型建構過程；通過拓展模型應用，進一步培養學生的學習興趣和解決問題的能力；最后將碎片化知識轉變為系統化知識，形成物質分離提純的一般思路，形成模型結構的系統化。這一教學過程能夠有效激發學生的學習興趣，提高學習效果，培養發現問題和提出問題、分析問題和解決問題的能力，從而提高學生的綜合素質和實踐能力[6]。具體教學思路見圖2。

圖2 基于模型建構的初中化學“物質分離與提純”教學思路

4 基于模型建構的“物質的分離與提純”教學設計

環節一：預設情境，引發質疑

【情境1】PPT展示視頻：元宵節是我們中國的傳統節日，元宵佳節賦予了人們對幸福美好生活的向往，在這天，小云同學想要和媽媽一起自制芝麻湯圓餡料，但她卻不慎將食鹽錯認為白糖加入了芝麻里面。為了不浪費食材，小云想尋求同學們的幫助，請同學借助化學課所學的知識幫小云同學分離提純芝麻與食鹽。

設計意圖：創設真實生活情境，以情境為主線，探究有關物質的分離提純方法，激發學生學習興趣，吸引學生主動探究，發展學生的科學探究與實踐、科學態度與責任的核心素養。

環節二：多重提問，初構模型

1)初步分析問題

【教師】首先我們要清楚什么是分離？什么是提純？以及分離提純的原則及方法。

【學生】分離指的是兩者都要恢復到原狀態。提純就是除雜，一般選擇提純更重要或者量比較多的物質。分離與提純的原則都是不增、不減、易分、易復原，方法有物理方法和化學方法。

2)深度探究問題

【教師】基于以上分析，小組合作討論設計方案，要求從以下內容匯報：分離提純芝麻與食鹽的依據什么？提純芝麻和提純食鹽的方法有什么不同？

【生】芝麻不溶于水，而食鹽溶于水，根據它們在水中溶解性的不同，加水溶解過濾，濾液就是食鹽水，濾渣就是芝麻。若要芝麻就對濾渣洗滌、干燥；若要食鹽就蒸發結晶濾液。

3)回憶探究過程

【教師】梳理 “分離提純芝麻與食鹽” 的研究思路。

【學生】第一步，明確混合物的成分，明確要分離提純什么物質(芝麻)；第二步，找到混合物成分之間的性質差異，比如說食鹽與芝麻的性質差異就是在水中的溶解性不同；第三步，根據它們之間的性質差異選擇對應的方法，將雜質轉化為非所需狀態，將所需物恢復到原狀態。如圖3所示。

圖3 學生展示：芝麻與食鹽的分離提純過程分析

【教師】在這個例子中，我們采用了過濾法和結晶法。除此之外，還有其他利用物理性質差異的分離提純例子嗎？

【學生】分離酒精和水，利用沸點不同可用蒸餾將其分離提純。

【教師】引導學生將以上研究思路遷移到一般性的物質分離提純問題中，學生初步形成“物質分離與提純”問題的思維模型，如圖4所示。

圖4 物質分離與提純的初構思維模型

設計意圖：在探究過程中，學生通過討論、思辨、概括歸納等方式，不斷完善物質分離和提純的基本思路：成分分析——性質差異——選擇方法。結合實際問題，由具體的探究過程初步構建物質分離提純的思維模型。將問題情景化以及觀念外顯化，學生能夠更好地理解和應用所學知識，更好地實現課程目標和理論與實踐的有效結合。提升學生科學思維、科學探究與實踐的核心素養。

環節三：認知沖突，完善模型

【情境2】上面是關于生活中分離提純的例子，將生活回歸到化學中，食鹽也就是我們化學中常見的氯化鈉。接下來就以提純氯化鈉為主線，看看下面幾個提純例子，括號內為雜質：NaCl(Na2SO4)、 NaCl(Na2CO3)、 NaCl(NaOH)同學們交流討論，利用初步構建的思維模型進行分析。

【學生】回顧思維模型，發現問題：找不到顯著的物理性質差異。

【教師】所以有時候僅利用物理方法解決物質分離提純問題是不夠的，大部分情況下要與化學方法相結合。

【教師】提出疑問：在解決物質分離提純的思維模型中，最關鍵的一步就是“性質差異”，那在這三個例子中，“性質差異”到底是什么？與分離提純芝麻與食鹽中的“性質差異”有什么區別？

【學生】陰離子不同。在分離芝麻與食鹽時，是從宏觀的物理性質出發，找到差異。而在這里，是從微觀的離子角度出發，找到離子間的差異。

設計意圖：旨在通過教學，讓學生自然地從物理方法轉向化學方法，引導他們從分離和提純物質性質差異的視角逐漸深入結構差異的認知領域，引導學生從宏觀到微觀的角度認識物質除雜過程，讓學生更好地掌握這一理論知識。在理解除雜的同時，通過從離子的視角看待物質，以及從離子的角度看待除雜，有更深入的認識，發展學生宏觀辨識與微觀探析的核心素養。

【教師】引導學生分析探究思路：從根本上來說，有以下步驟：①雜質離子是什么？②如何確定除雜試劑？③歸納三種情況分別采用什么化學方法？④寫出相應的化學反應方程式

【學生】第一步，明確混合物的成分；第二步，找到雜質離子，分別是硫酸根離子、碳酸根離子、氫氧根離子；第三步，根據雜質離子與所需離子的性質差異，確定除雜試劑和方法。歸納化學方法分離提純如表1所示。

【教師】通過這個例子，我們可以發現利用化學方法解決物質分離提純類問題時，與物理方法相比有什么不同？關鍵是什么？

【學生】關鍵就在于找到雜質區別于所需物之間的特有差異，再根據它的特有差異去一一對應選擇相應的方法，想盡辦法將不要的雜質發生化學反應轉化為想要的所需物或者轉化為非所需狀態。

【教師】根據分析過程，學生自主完善思維模型，小組匯報完善的模型。如圖5所示。

表1 學生匯報方案：物質分離提純的化學方法

圖5 物質分離與提純的二次完善思維模型

設計意圖：模型回顧，發現問題，形成認知沖突。在初構模型的基礎上，教師提出引導性問題，學生完成自主探究方案的設計，分析方案經歷一次應用所建思維模型的過程，自主完善模型，將探究過程與思維模型緊密結合，最終形成“物質分離與提純”的思維模型。發展學生的化學觀念、科學思維、科學探究與實踐的核心素養。

環節四：歸納總結，確立模型

【教師】以NaCl(Na2CO3)為例，以提問的方式引導學生梳理思維模型建構的思路。問題1：可不可以將除雜試劑換成稀硫酸？問題2：加入的稀鹽酸可不可以過量？問題3：如果過量怎么處理？

【學生】如果換成稀硫酸，就會引入新的雜質離子硫酸根離子，違背分離提純“不增雜”的原則。鹽酸過量，同理，會增加新的雜質HCl。如果過量，再加入適量的碳酸鈉溶液即可。

【教師】以上分析能得出什么結論？

【學生】在物質的分離提純中，不能違背分離提純的基本原則，所以選擇的試劑要合理、用量要合理、過量要處理。

【教師】歸納總結。問題1：對物質分離提純的思路有什么新的認識？問題2：請完整的說出物質分離提純的思維模型？并修改完善先前的思維模型。

【學生】在結構、性質、方法、標準之間建立聯系初步形成物質分離提純的一般思路(如圖1)。

設計意圖：讓學生學會反思，引導學生不僅從知識角度，也要從方法的角度總結反思以及內化。引導學生再次回顧模型和探究過程，針對模型的發展點進行鞏固完善。發展學生的化學觀念、科學思維、科學探究與實踐的核心素養。

5 教學反思

1)在真實問題情境中運用模型

學生在學習理論知識后，面對復雜情境時并不能很好地將所學知識與陌生問題解決相結合，這表明學生沒有建立相關理論和實踐之間的聯系。因此，在教學中需要創設真實問題情境，尤其要注重理論知識在復雜陌生環境中的應用，這樣的教學方式有助于提高學生解決問題的能力，幫助他們更好地將理論知識應用于實踐中，從而更好地實現課程目標中要求的理論與實際的有效結合。

2)注重培養學生的科學思維

設置了多個分離提純活動，包括物理方法和化學方法，難度逐漸加深，從簡到繁，知識結構層層遞進，邏輯層次清晰。

3)由淺入深地探究構建模型的過程