蘇忠波

摘 要：高三復(fù)習(xí)課《突破化工流程圖題》教學(xué)中融入素養(yǎng)理念，通過(guò)層遞性問(wèn)題設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生求知欲，突破重難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng);化工流程;核心素養(yǎng)

2019年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試大綱理科化學(xué)寫(xiě)到：“以能力測(cè)試為主，將在測(cè)試考生必備知識(shí)、關(guān)鍵能力和思維方法的基礎(chǔ)上，全面檢測(cè)考生化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。”“化工流程圖題”是近年高考化學(xué)全國(guó)卷中?？碱}型，要求學(xué)生有較強(qiáng)化學(xué)學(xué)習(xí)能力和學(xué)科素養(yǎng)才能更好面對(duì)。

一、“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)

化學(xué)是一門從研究微觀的分子、原子、離子，再到解釋宏觀變化現(xiàn)象的科學(xué)。在化工流程圖題教學(xué)中以物質(zhì)變化為主線，驅(qū)動(dòng)學(xué)生從微觀層面入手，利用元素守恒，找出每一階段的主產(chǎn)物和副產(chǎn)物，層層剖析，分析流程。

問(wèn)題：圖1是工業(yè)上用氧化鋁礦石（含氧化鐵雜質(zhì)）為原料冶煉鋁的工藝流程，請(qǐng)回答：氧化鋁礦石→產(chǎn)品（Al），從宏觀微觀角度分析，流程中的物質(zhì)經(jīng)歷了怎樣的變化？試劑X可以是氨水嗎？能否用鹽酸或稀硫酸替換CO2？

學(xué)生頭腦風(fēng)暴：學(xué)生討論，有代表發(fā)言。學(xué)生相互點(diǎn)評(píng)。

設(shè)計(jì)意圖：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)學(xué)生從微觀的粒子轉(zhuǎn)化，分析出宏觀物質(zhì)變化的本質(zhì)，構(gòu)建宏微觀念。認(rèn)識(shí)到化工流程圖題實(shí)質(zhì)是對(duì)混合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、除雜、分離、提純。設(shè)置的問(wèn)題還包括：流程圖中制備的產(chǎn)品是什么？以什么樣的微粒形式存在？加入下一步劑后，能與哪些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)？生成物以什么形態(tài)的粒子存在？用什么樣的方法能將其轉(zhuǎn)化或出去？學(xué)生體會(huì)變化的實(shí)質(zhì)，分析出微觀和宏觀之間的本質(zhì)聯(lián)系，建立宏微意識(shí)。

二、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)

模型認(rèn)知能力，主要包括建立模型（建模）和運(yùn)用模型（用模）兩個(gè)方面，建立模型是運(yùn)用模型的前提，運(yùn)用模型是建立模型的目標(biāo)。化工流程圖題的流程一般包括原料預(yù)處理、分離提純、凈化除雜等步驟，每一步都有特定的模式可借鑒。鼓勵(lì)學(xué)生多思考，大膽嘗試，構(gòu)建分析流程和解決問(wèn)題的分析模型，逐漸建立解決化工流程題的解題模型。

問(wèn)題：明礬（KAl（SO4）2·12H2O）是一種復(fù)鹽，實(shí)驗(yàn)室采用主要成分為Al（含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)）的廢易拉罐制備明礬，流程如圖2所示：

問(wèn)題：如何剖析流程？有哪些解決化工流程圖題的方法和策略可以介紹給大家？

學(xué)生頭腦風(fēng)暴：學(xué)生討論，有代表發(fā)言;相互點(diǎn)評(píng)，建模。

建模一：對(duì)照原料（首）和產(chǎn)品（尾），確定核心反應(yīng)和對(duì)應(yīng)的核心輔料，找出流程主線;

建模二：以核心輔料為界，把流程劃分為原料預(yù)處理、核心反應(yīng)和產(chǎn)品的分離提純?nèi)齻€(gè)階段，分段剖析，明析細(xì)節(jié)（圖3）。

設(shè)計(jì)意圖：以學(xué)生為中心，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，不斷討論分析，歸納出化工流程題結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和解題的基本思路和模式，樹(shù)立建模思想，完成建模，為以后用模做好準(zhǔn)備，培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科素養(yǎng)。

三、“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)

針對(duì)化工流程圖題中涉及到的實(shí)驗(yàn)方法和操作，設(shè)置問(wèn)題：原料預(yù)處理選擇水溶、酸浸、堿浸還是焙燒？分離除雜時(shí)是用酸或堿調(diào)pH除雜？或是加入沉淀劑沉淀雜質(zhì)？該選用什么樣的沉淀試劑？有沒(méi)有更好的原料預(yù)處理方案？拋出問(wèn)題給學(xué)生：如果你來(lái)設(shè)計(jì)流程，會(huì)如何優(yōu)化？有沒(méi)有其它更優(yōu)途徑？會(huì)遇到哪些困難？如何解決？......

問(wèn)題進(jìn)階：設(shè)計(jì)一道考察制備明礬的化工流程圖題，你會(huì)設(shè)置哪些問(wèn)題？

學(xué)生頭腦風(fēng)暴：學(xué)生討論，有代表發(fā)言，相互點(diǎn)評(píng)。

問(wèn)題進(jìn)階：化工流程圖題?？疾炷男┓矫?？需要同學(xué)們具備哪些知識(shí)？

設(shè)計(jì)意圖：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)學(xué)生動(dòng)腦動(dòng)口，提出新的方案和思路。尤其對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行凈化和除雜環(huán)節(jié)討論熱烈。比如學(xué)生對(duì)冷凝管的使用歸納到：若反應(yīng)物沸點(diǎn)低易揮發(fā)、產(chǎn)物沸點(diǎn)高難揮發(fā)，那么冷凝管的作用是冷凝回流反應(yīng)物，提高原料利用率，如實(shí)驗(yàn)室制備溴苯的實(shí)驗(yàn);若產(chǎn)物沸點(diǎn)低易揮發(fā)，那么冷凝管的作用是冷凝收集產(chǎn)物......還有學(xué)生歸納出一些物質(zhì)提純的新方法，如反滲透、反萃取等。通過(guò)學(xué)生思維不斷的碰撞摩擦，不僅鞏固了所學(xué)知識(shí)，還探究出一些新的實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)了學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的學(xué)科素養(yǎng)。

四、“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)

科學(xué)精神是一種實(shí)事求是的態(tài)度，社會(huì)責(zé)任即要我們具有可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)和綠色環(huán)保理念，并能對(duì)當(dāng)前熱點(diǎn)的化學(xué)相關(guān)事件作出價(jià)值判斷。化工流程圖題的素材，大多來(lái)自自然資源（如礦產(chǎn)資源）的開(kāi)發(fā)利用、廢棄物（如工業(yè)三廢）的回收再利用。以學(xué)生身邊的廢棄物為原料的化工流程圖題，更能激起他們的學(xué)習(xí)愿望和認(rèn)同感。

問(wèn)題：圖4是采用濕法冶金工藝回收新能源汽車的動(dòng)力電池——硫酸亞鐵鋰（LiFePO4）電池的工藝流程，可能遇到哪些環(huán)境問(wèn)題？如何預(yù)防和優(yōu)化？

活動(dòng)：學(xué)生討論交流，問(wèn)題集中在：使用硝酸會(huì)產(chǎn)生NOX污染空氣，正極片除了獲得Li外，其它成分可回收得到AI、Fe、P、炭黑等物質(zhì)，過(guò)程中的固液氣不能隨意排放，否則可能導(dǎo)致環(huán)境污染。

問(wèn)題進(jìn)階：現(xiàn)以回收汽車的鉛酸蓄電池為題材，請(qǐng)你查閱相關(guān)資料，繪制回收工藝流程圖，設(shè)置相關(guān)問(wèn)題，上臺(tái)展示。

設(shè)計(jì)意圖：以身邊的廢棄電池為素材，學(xué)生用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)回收流程，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，深刻領(lǐng)會(huì)綠色化學(xué)理念。尤其是工業(yè)三廢的處理及環(huán)境保護(hù)等熱點(diǎn)問(wèn)題，撥動(dòng)著他們的心弦，增強(qiáng)他們的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任。從做流程圖題到會(huì)設(shè)計(jì)流程圖題，再次促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張雪.高中化學(xué)教學(xué)中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[D].哈爾濱師范大學(xué)，2018.