史育萌
[摘 要]通過(guò)建構(gòu)化工流程題題目結(jié)構(gòu)模型、化工流程圖基本單元模型、化工流程圖框架模型、化工流程題解題思路模型等,提高化工流程題教學(xué)的有效性。
[關(guān)鍵詞]化工流程題;模型建構(gòu);真題
[中圖分類號(hào)]? ? G633.8? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058(2022)011-0068-03
化工流程題是以真實(shí)的化學(xué)工藝流程為試題背景,且信息量大、綜合性強(qiáng)、考查內(nèi)容豐富的一類題型,其命題符合課程標(biāo)準(zhǔn)提出的“基于真情境,解決真問(wèn)題”的要求,越來(lái)越受到中考命題者的關(guān)注。但因?yàn)榛ち鞒叹嚯x生活較遠(yuǎn),學(xué)生對(duì)其比較陌生,所以在解題時(shí)他們面臨著不小的困難。這可能會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏難和逃避情緒??荚囍羞@類題型整體得分不高。如何改變化工流程題教學(xué)低效現(xiàn)狀,對(duì)廣大化學(xué)教師而言是個(gè)富有挑戰(zhàn)性的課題。
《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出:“通過(guò)分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系,建立認(rèn)知模型,并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象,揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律?!蓖ㄟ^(guò)課堂師生對(duì)話、課后作業(yè)反饋、試卷分析、問(wèn)卷調(diào)查等可知,影響化工流程題教與學(xué)的首要因素是學(xué)生讀不懂題,看不懂流程圖。鑒于此,教師應(yīng)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化工流程題的題目結(jié)構(gòu),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(gòu)化工流程圖的認(rèn)知模型,進(jìn)而順利解答化工流程題。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),談?wù)勅绾瓮ㄟ^(guò)模型建構(gòu)促進(jìn)化工流程題教學(xué)有效性的提高。
一、觀察真題,建構(gòu)化工流程題題目結(jié)構(gòu)模型
教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察化工流程類真題,以使學(xué)生對(duì)化工流程題的題目結(jié)構(gòu)和各部分呈現(xiàn)形式有概括性的認(rèn)識(shí),并建構(gòu)試題結(jié)構(gòu)模型(如圖1)?;ち鞒填}題目結(jié)構(gòu)分為題頭、題干、題尾三部分,題頭通過(guò)語(yǔ)言文字簡(jiǎn)單介紹工藝生產(chǎn)的原材料和目的,有時(shí)也提供物質(zhì)的性質(zhì)和用途等信息;題干主要以框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來(lái),題干是工藝流程題的核心;題尾為問(wèn)題部分,主要呈現(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)的一系列問(wèn)題,由學(xué)生根據(jù)已有的化學(xué)知識(shí)作出解答。
通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)化工流程題題目結(jié)構(gòu)模型,可讓學(xué)生初步感知化工流程題各部分的功能和呈現(xiàn)形式,化解學(xué)生對(duì)陌生情境問(wèn)題的畏難情緒,使學(xué)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(jié)合教材,建構(gòu)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(gè)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(shí)圖是解題的關(guān)鍵。在化工流程題教學(xué)中,教師應(yīng)將整個(gè)流程圖拆分為基本單元,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)各方框和箭頭所表示的含義,初步了解化工流程題的特點(diǎn)。
下面以“水的凈化”中自來(lái)水的生產(chǎn)工藝為例,引導(dǎo)學(xué)生初步建構(gòu)化學(xué)流程圖基本單元模型。
師:水的凈化過(guò)程主要解決三方面問(wèn)題,即除去不溶性雜質(zhì)、可溶性雜質(zhì)和細(xì)菌。閱讀自來(lái)水廠凈水過(guò)程示意圖(如圖2),說(shuō)說(shuō)該示意圖都包含了哪些內(nèi)容。
生1:由圖2可知,自來(lái)水生產(chǎn)的原料是水庫(kù)里的水,產(chǎn)品是自來(lái)水。從示意圖中還可以知道自來(lái)水的生產(chǎn)經(jīng)歷了“取水—吸附沉淀—過(guò)濾—除異味、色素—?dú)⒕玫阶詠?lái)水”等過(guò)程,生產(chǎn)中使用的主要設(shè)備有沉淀池、過(guò)濾池、吸附池、清水池、配水泵,涉及的生產(chǎn)原理有絮凝劑吸附、固液分離、活性炭吸附、蛋白質(zhì)變性。
師:上述流程是自來(lái)水廠真實(shí)的生產(chǎn)過(guò)程,但有些過(guò)于煩瑣。請(qǐng)同學(xué)們嘗試用方框和箭頭簡(jiǎn)明扼要地設(shè)計(jì)能夠呈現(xiàn)生產(chǎn)步驟、生產(chǎn)原理、生產(chǎn)設(shè)備的自來(lái)水生產(chǎn)流程圖。
學(xué)生經(jīng)思考、討論后設(shè)計(jì)的自來(lái)水生產(chǎn)流程如圖3所示。
師:你能對(duì)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(shè)備或者物質(zhì),指向方框的箭頭表示“原料”或者“加入的物質(zhì)”,從方框指出的箭頭表示“產(chǎn)品”或者“副產(chǎn)品”,箭頭上一般標(biāo)識(shí)相關(guān)操作或者所添加的試劑。
師:結(jié)合工業(yè)用水重復(fù)利用示意圖(如圖4),你知道在流程圖中如何表示“物質(zhì)可循環(huán)利用”嗎?
生3:用回頭箭頭表示“物質(zhì)可循環(huán)利用”。
師:請(qǐng)自主建構(gòu)化工流程圖基本單元模型。
學(xué)生通過(guò)思考、討論,得出如圖5所示的化工流程圖基本單元模型。
三、練習(xí)總結(jié),建構(gòu)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(shí)驗(yàn)室或者化工生產(chǎn)為資源,以化學(xué)基本理論為主線,結(jié)合化學(xué)實(shí)踐進(jìn)行命題。概括起來(lái)基本可分為兩種常見(jiàn)題型,一種是從混合物中分離、提純某物質(zhì),另一種是用一種物質(zhì)制備另一種物質(zhì)。教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中進(jìn)行題型歸類,總結(jié)解題方法,提煉生產(chǎn)流程框架。下面結(jié)合兩個(gè)具體的實(shí)例加以說(shuō)明。
【例1】粗鹽中含有MgCl2、Na2SO4和CaCl2等可溶性雜質(zhì),設(shè)計(jì)如圖6的實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行除雜提純,以得到較純凈的NaCl固體。下列做法正確的是()。
A.操作a、操作b和操作c相同,都為過(guò)濾
B.若X、Y、Z分別為NaOH、BaCl2、Na2CO3,則溶液N中的溶質(zhì)為CaCl2
C.若Z為Na2CO3,則白色固體一定為BaCO3和CaCO3
D.加入過(guò)量的稀鹽酸的目的是除去過(guò)量的Na2CO3
解析:本題主要是考查混合物的除雜、分離、提純等實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)以及基本操作技能。解題時(shí),考生需要明確想要得到的主要物質(zhì)是什么,原料中混有的雜質(zhì)有哪些;認(rèn)真分析當(dāng)某一試劑加入后,能與什么物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成了什么產(chǎn)物,要用什么樣的方法才能將雜質(zhì)除去。只有這樣,他們才能明白每一步操作的目的。結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)及各方面的條件進(jìn)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(jī)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)。
回答下列問(wèn)題:
(1)寫(xiě)出濾液A中所含的物質(zhì):? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。
(2)洗滌固體B應(yīng)使用的試劑是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。
解析:解題時(shí)首先要從題干中獲取要制備的是什么物質(zhì),尋找在制備過(guò)程中所需的原料,寫(xiě)出主要的化學(xué)方程式或制備原理,觀察有沒(méi)有副產(chǎn)物產(chǎn)生,如果有,則剩余的步驟就是分離和提純。
通過(guò)分析流程可知濾液A中含有硫酸銅和過(guò)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(guò)分析和比對(duì)上述兩道試題,發(fā)現(xiàn)化工流程圖框架呈現(xiàn)的是工業(yè)生產(chǎn)中原料經(jīng)過(guò)預(yù)處理、核心反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)品的過(guò)程,主要涉及物質(zhì)的分離和提純、除雜試劑的選擇、生產(chǎn)條件的控制等化學(xué)知識(shí)。建構(gòu)化工流程圖框架模型(如圖8),可以幫助學(xué)生把握問(wèn)題的本質(zhì),使學(xué)生能觸類旁通、舉一反三。
化工流程題素材背景起點(diǎn)高,但落腳點(diǎn)依然是對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的考查,化工流程“主線與核心”模型的建構(gòu),可以幫助學(xué)生把握化工流程題問(wèn)題的本質(zhì),加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)主干知識(shí)的學(xué)習(xí)。
四、示范指導(dǎo),建構(gòu)化工流程題解題思路模型
“素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂教學(xué),應(yīng)重視學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)思路的構(gòu)建。在具體的化學(xué)知識(shí)教學(xué)中,應(yīng)注重學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)思路的結(jié)構(gòu)化和顯性化。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對(duì)解答化工流程題有畏難情緒,不會(huì)在題頭信息、題干流程和題尾問(wèn)題之間尋找關(guān)聯(lián)。這就需要教師發(fā)揮示范引領(lǐng)作用,通過(guò)學(xué)法指導(dǎo)引領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)化工流程題解題思路模型(如圖9)。模型建構(gòu)過(guò)程如下:首先,從題頭中找到流程目的和原料,畫(huà)出關(guān)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(biāo)產(chǎn)品所包含的反應(yīng)原理,把所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)用方程式表達(dá)出來(lái),梳理出操作的線索;最后,把要回答的問(wèn)題放到真實(shí)的流程背景中去考慮,得出答案后代入流程圖中檢驗(yàn)。
建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的解題思路模型,有助于學(xué)生解決陌生情境下的化工流程題,實(shí)現(xiàn)對(duì)解題思維的固化和遷移運(yùn)用。
五、教學(xué)反思
(一)熟練掌握常見(jiàn)氣體、離子的檢驗(yàn)方法以及除雜、提純的方法
常見(jiàn)物質(zhì)的分離、提純以及檢驗(yàn)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要內(nèi)容,也是中考的??純?nèi)容,而從混合物中分離、提純某種物質(zhì)也是化工流程的常見(jiàn)步驟。掌握這部分知識(shí)對(duì)讀懂流程有著至關(guān)重要的作用。在學(xué)習(xí)過(guò)程中,學(xué)生要通過(guò)比較熟練掌握常見(jiàn)物質(zhì)的性質(zhì)、常見(jiàn)的10種沉淀物質(zhì)及其性質(zhì)以及離子的檢驗(yàn)方法,熟悉常見(jiàn)的分離方法及其適用范圍,能根據(jù)溶解度曲線圖選取結(jié)晶的方法等,以便正確解答題目。
(二)重視基礎(chǔ),規(guī)范語(yǔ)言;專題訓(xùn)練,參悟答題技巧
化工流程題有著題目起點(diǎn)高、解答落點(diǎn)低的特點(diǎn),因此具備扎實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基本技能是解題的關(guān)鍵。學(xué)生要重視學(xué)習(xí)化學(xué)基本概念、元素化合物性質(zhì)等基礎(chǔ)知識(shí),學(xué)會(huì)將化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)與生活生產(chǎn)緊密聯(lián)系起來(lái)。教師應(yīng)采取問(wèn)題討論方式,讓學(xué)生通過(guò)整理、分析、比較,歸納出若干個(gè)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題,熟悉化工流程題中的實(shí)驗(yàn)操作步驟,掌握主線,如粗鹽提純問(wèn)題解決線“粗鹽→溶解→過(guò)量BaCl2溶液→過(guò)量NaOH溶液→過(guò)量Na2CO3溶液→過(guò)濾→適量鹽酸→蒸發(fā)結(jié)晶”,結(jié)晶問(wèn)題解決線“蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾→洗滌→干燥”,等等。這樣有利于學(xué)生分析和解決問(wèn)題。另外,還要通過(guò)適當(dāng)?shù)牡湫土?xí)題訓(xùn)練和規(guī)范、精準(zhǔn)的語(yǔ)言描述練習(xí),使學(xué)生習(xí)得解題方法,提高解題能力。
[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]
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(責(zé)任編輯 羅 艷)