优化情境问题,驱动深度学习
谢小燕
摘 要：文章以梅州市模拟考试试题中的化学工业流程题、化学教材、高考真题、相关的化学科研成果等素材为依据，在“以矿石为原料的工艺流程除杂专题复习”教学中，通过创设情境素材，优化情境问题，引导学生发现问题和解决问题，达到深度学习、促进学生的核心素养发展的目的。
关键词：情境教学;工艺流程;深度学习;高三一轮复习
深度学习是指教师借助一定的活动情境带领学生超越表层的知识符号学习，进入知识内在的逻辑形式和意义领域，挖掘知识内涵的丰富价值，完整地实现知识教学对学生的发展价值。深度学习注重培养学生掌握学科知识的能力与知识迁移能力，同时达到学生能够在真实情境中解决问题的目的。促进深度學习的策略有问题情境、认知冲突、思维可视、变式运用等。因此在深化课堂教学改革过程中，教师要积极探索情境和任务驱动的课堂教学，以促进学生深度学习。
一、教学背景分析
从学科的社会价值来看，化学工艺流程题用真实的科研成果和生产情境，以简明的工艺流程图，对实际生产中的重点环节进行再现，旨在引导学生在掌握书本知识的同时能够关注和解决生产、生活中的实际问题，能够达到培养学生的科学精神和社会责任感的目的，激发学生对化学学科的热爱。从考查内容看，化学工艺流程考点几乎包罗高中所有主干知识，侧重考查典型无机物的性质及其转化关系。从命题的角度看，不管是物质制备类工艺流程还是物质提纯类工艺流程，都不可避免地涉及物质的除杂和净化问题，因此进行除杂专题复习很有必要。
二、教学目标
1. 通过分析“工艺流程图”，提高有效信息提取能力，克服陌生情境带来的困难，学会分析工艺流程图中除杂的目的、试剂和操作，建立认知模型，并能运用模型解决问题。
2. 通过回顾教材中以矿物为原料的工艺流程中常见杂质及其除去方法，归纳总结常见杂质的除去方式和存在形式，落实证据推理与模型认知的学科素养。
3. 通过练习完成文献和高考题中的工艺流程除杂任务，培养学生的知识迁移能力，同时培养学生的科学态度与社会责任感。
三、教学框架
以组合为“物理+化学+生物”选科的高三普通班学生为授课对象，选取化学工艺流程除杂问题在高考、生产生活等方面的素材作为情境，教学框架设计如下图所示。
四、教学过程
[情境引入]呈现2022年梅州市第一次模拟考试第18题工艺流程。
[教师提问]此工艺流程可以分为几个步骤？各个步骤的作用是什么？从流程的各个箭头的进出能获取到哪些信息？
[情境任务]解决模拟考工艺流程中除杂问题。
[教师提问]（1）上述工艺流程中滤渣1和滤渣2主要成分是什么？
（2）加入盐酸“酸溶”后滤液中存在的金属阳离子有TiO___________，如果这些离子的浓度均小于0.01mol⋅L，采用氨水调节溶液pH应该达到使___________沉淀完全而___________不沉淀的目的，则调pH应控制的范围是___________。
[教材情境]选取教材中典型的以矿物为原料的工艺流程中常见杂质及其除去方法，达到回顾基础知识的目的。
1. 九年级化学上册中展示了地壳中的元素含量。地壳最多的元素有O/Si/Al/Fe，故矿石中一般含有硅、铝和铁的氧化物等杂质。请思考除去这些物质的常用方法。
[情境迁移]结合初高中知识，总结归纳氧化镁中常见杂质的除杂方法，如下表：
2. 高中化学人教版必修二（P106-107）
以卤块为原料生产轻质氧化镁，工艺流程如下图所示。卤块主要成分是氯化镁，还含有Fe、Fe、Mn等杂质离子。
在实际生产中通常将Fe先氧化成Fe，再水解得到生成Fe（OH）3沉淀而除去，原因是絮状的Fe（OH）2不易从溶液中除去。
3. 高中化学人教版选修四中提到常见杂质的除去方法：工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至7～8，可使Fe生成Fe（OH）3沉淀而除去。除调节pH使生成氢氧化物沉淀外，以Na2S、H2S等作沉淀剂，使某些金属离子如Cu2+、Hg等，生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分离、除去杂质常用的方法。
[情境迁移]在上述基础上，让学生设计工业上用红锌矿（主要成分ZnO，含少量SiO、FeO、FeO、AlO）制备硫酸锌的除杂流程。
已知：①ZnO是两性氧化物;②相关金属离子[c（Mn+）=0.1mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围参考下表。
[情境拓展]以论文《由富锰渣制备无水氯化锰的工艺探索》中氯化锰的制备流程为背景，引导学生分析流程中的除杂问题。
[教师提问]（1）富锰渣一般含有锰、硅、铝、铁的氧化物及重金属盐等，请思考滤渣I和滤渣II的主要成分。
（2）请写出二氧化锰氧化Fe2+的离子方程式_____________。
（3）已知“硫化除重金属”时主要是将Hg2+沉淀下来，请写出反应的离子方程式_____________，其平衡常数表达式K=___________。
（4）文献指出干燥氯化锰晶体时的操作是“将未经干燥的晶体放置于有氮气或者惰性气体的电烘箱内，于200℃±3℃使结晶水逐渐脱去”，请简述操作原因。
[情境应用]【2017新课标3卷】重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
（2）滤渣1中含量最多的金属元素是_________，滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。
（3）步骤④调滤液2的pH使之变_____（填“大”或“小”），原因是_____________________________（用离子方程式表示）。
五、教学思考
知识活化以及转化为核心素养的重要途径之一就是知识的情境化。用模拟考试中的问题引导学生思考此类题型为什么考、考什么和怎么考的问题，建立思维模型。用实际生产中的无水氯化锰的制备，呈现实际生产情境，培养学生“科学态度与社会责任”和“科学探究与创新意识”的学科素养。审视高考试题所蕴含的深刻内涵，理解和感受所学知识、科学研究及实际生产应用之间的联系是本节教学的重要目标。在实际教学中还可以根据学生实际情况选择性地、合理地创设更多情境落实化学学科核心素养的理念，促进学生深度学习。
参考文献：
[1]康淑敏.基于学科素养培育的深度学习研究[J].教育研究，2016（07）.
[2]周志明，苏文征，李坤.由富锰渣制备无水氯化锰的工艺探索[J].无机盐工业，2007（03）.
[*本文系广东省教育科研“十三五”规划一般课题“基于核心素养的新教材高中化学课堂情境教学模式的实践研究”（课题编号：2021YQJK382）的成果之一]
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