曹英

摘 要：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。課堂上從引導學生建構模型、應用模型到學生自主建構模型、應用模型再到自主綜合應用多種物質(zhì)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。

關鍵詞：模型建構；模型應用；問題設計

高中化學學科核心素養(yǎng)是學生發(fā)展核心素養(yǎng)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(nèi)容包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學精神與社會責任”等。

本文以“物質(zhì)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(jù)簡單的物質(zhì)分離和提純實例推理和建構出物質(zhì)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(yǎng)。

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(zhì)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(zhì)的分離和提純問題，為課堂上根據(jù)具體實例推理和建構出物質(zhì)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(zhì)的分離和提純流程圖作鋪墊。課前任務單具體內(nèi)容如下：

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(nèi)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。

（2）設計提純乙酸丁酯的實驗流程圖

（3）小組討論

苯甲酸廣泛應用于制藥和化工行業(yè)，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(huán)節(jié)和設計意圖

1.物質(zhì)分離和提純的區(qū)別及基本原則

[師]解決物質(zhì)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(zhì)還是提純物質(zhì)，分離物質(zhì)和提純物質(zhì)有什么區(qū)別呢？

[生]思考回答。

[師]其次，根據(jù)物質(zhì)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(jù)具體實例總結出的物質(zhì)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(zhì)分離和提純的區(qū)別及基本原則。

2.常用的物質(zhì)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(zhì)分離和提純方法。哪些物質(zhì)分離和提純方法與物質(zhì)的溶解度有關？

[生]思考回答。

設計意圖：立足于學生已有經(jīng)驗，讓學生從研究物質(zhì)的實驗方法這個角度來重新審視和梳理已有的物質(zhì)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(zhì)分離和提純方法：過濾、分液、萃取、紙層析、結晶）。

3.物質(zhì)的分離和提純的模型建構

[師]課前任務單中6個物質(zhì)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(zhì)再進行過濾……

[生]在教師的引導下建模：

[師]物質(zhì)的分離和提純分為兩大類，一類是混合物中的各物質(zhì)性質(zhì)不相似，能直接分離；一類是混合物中各物質(zhì)性質(zhì)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(zhì)轉化為性質(zhì)不相似的物質(zhì)，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(zhì)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(zhì)的分離和提純的模型，對物質(zhì)的提純和分離進行深層學習，促進學生對物質(zhì)分離和提純的深入思考，激發(fā)學生學習物質(zhì)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(zhì)并進行模型建構：

[師]依據(jù)我們建構的物質(zhì)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(zhì)是否相似，經(jīng)分析可知兩者均易溶于水，屬于性質(zhì)相似的物質(zhì)，不能直接分離，故采用結晶的方法將二者轉化為性質(zhì)不相似的物質(zhì)，使其中一種物質(zhì)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(fā)結晶，后者降溫結晶。

[師]追問：為什么前者用蒸發(fā)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(fā)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(xiàn)什么現(xiàn)象時停止加熱，蒸發(fā)的目的分別是什么？

[生]前者蒸發(fā)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(fā)至有極少量晶體析出或出現(xiàn)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(zhì)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(zhì)見表5）

[生]分析混合物的性質(zhì)，自主建構模型并設計流程圖（略）

[師]實際操作時還應考慮節(jié)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(zhì)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(jié)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(jié)課根據(jù)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(nèi)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(fā)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。

參考文獻：

[1]劉文兵，韓善芳.基于問題解決的“物質(zhì)的提純與分離”教學設計[J].化學教育，2012（10）：16-19.

[2]俞葉.“物質(zhì)的分離和提純”翻轉課堂教學設計[J].化學教與學，2017（12）：69-71.