基于模型建構(gòu)的高三復(fù)習(xí)課“物質(zhì)的分離和提純”教學(xué)設(shè)計

曹 英

（上海交通大學(xué)附屬中學(xué)嘉定分校，上海）

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是高中生通過化學(xué)課程學(xué)習(xí)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(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神與社會責(zé)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(shí)例推理和建構(gòu)出物質(zhì)的分離和提純的模型，然后應(yīng)用模型去解決情境中的問題。通過設(shè)計出有價值的問題層層深入，使學(xué)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(gòu)模型、應(yīng)用模型，讓學(xué)生在問題解決中形成化學(xué)核心素養(yǎng)。

一、設(shè)計課前任務(wù)單、課堂任務(wù)單

任務(wù)單是教師設(shè)計指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方案，是學(xué)生高效自主學(xué)習(xí)的支架與載體。

1.課前任務(wù)單

高三學(xué)生對物質(zhì)的分離和提純的基礎(chǔ)知識已能熟練掌握，故筆者以課前任務(wù)單的形式，讓學(xué)生自主復(fù)習(xí)鞏固；設(shè)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(shí)例推理和建構(gòu)出物質(zhì)的分離和提純的模型做鋪墊；讓學(xué)生畫出粗鹽提純的流程圖，為課堂上設(shè)計物質(zhì)的分離和提純流程圖作鋪墊。課前任務(wù)單具體內(nèi)容如下：已知粗鹽中含有雜質(zhì)離子Ca2+、Mg2+、SO42-、K+，畫出粗鹽提純的流程圖。流程圖示例如下：注：（ ）中填“試劑名稱”，［ ］中填“操作名稱”中填“物質(zhì)的名稱”

表1 物質(zhì)分離和提純的基本原則

表2 常用的物質(zhì)分離和提純方法

表3 物質(zhì)的分離和提純實(shí)例

2.課堂任務(wù)單

課堂任務(wù)單為學(xué)生提供三個情境，分別選取了高三拓展教材上的學(xué)生原理性知識存在漏洞的重結(jié)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(yīng)用題。課堂任務(wù)單具體內(nèi)容如下：

（1）結(jié)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(xué)活用：設(shè)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。

表4 四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/100g水）

（2）設(shè)計提純乙酸丁酯的實(shí)驗(yàn)流程圖

表5 物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)

（3）小組討論

苯甲酸廣泛應(yīng)用于制藥和化工行業(yè)，某同學(xué)嘗試用甲苯的氧化反應(yīng)制備苯甲酸，反應(yīng)原理：

一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反應(yīng)一段時間后停止反應(yīng)，設(shè)計流程圖分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)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(xué)主要環(huán)節(jié)和設(shè)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(jìn)行分離、提純。課前任務(wù)單中大家根據(jù)具體實(shí)例總結(jié)出的物質(zhì)的分離和提純的基本原則有哪些？

設(shè)計意圖：設(shè)計具有針對性的具體實(shí)例，喚醒學(xué)生的記憶，總結(jié)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(wù)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(guān)？

［生］思考回答。

設(shè)計意圖：立足于學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生從研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)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(chǔ)知識，對已有知識歸類建構(gòu)（與溶解度有關(guān)的物質(zhì)分離和提純方法：過濾、分液、萃取、紙層析、結(jié)晶）。

3.物質(zhì)的分離和提純的模型建構(gòu)

［師］課前任務(wù)單中6個物質(zhì)的分離和提純實(shí)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(zhuǎn)化為難溶于水的物質(zhì)再進(jìn)行過濾……

［生］在教師的引導(dǎo)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(yīng)采用合適的物理方法（結(jié)晶法、萃取法等）或化學(xué)方法（氣體法、沉淀法等）將混合物中的各物質(zhì)轉(zhuǎn)化為性質(zhì)不相似的物質(zhì)，再進(jìn)行分離。

設(shè)計意圖：利用課前任務(wù)單上的6個簡單的物質(zhì)分離和提純實(shí)例，從簡單混合物分離和提純展開，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)出物質(zhì)的分離和提純的模型，對物質(zhì)的提純和分離進(jìn)行深層學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生對物質(zhì)分離和提純的深入思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)的分離和提純的興趣和探究欲望。

4.建構(gòu)模型，應(yīng)用模型，化解難題

（1）教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型和應(yīng)用模型

學(xué)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(dǎo)下，分析混合物的性質(zhì)并進(jìn)行模型建構(gòu)：

［師］依據(jù)我們建構(gòu)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(jié)晶的方法將二者轉(zhuǎn)化為性質(zhì)不相似的物質(zhì)，使其中一種物質(zhì)結(jié)晶析出，然后采用過濾的方法進(jìn)行分離。

［師］分別采用哪種結(jié)晶方法？

［生］前者蒸發(fā)結(jié)晶，后者降溫結(jié)晶。

［師］追問：為什么前者用蒸發(fā)結(jié)晶，后者用降溫結(jié)晶？

［生］因?yàn)镹aCl的溶解度隨溫度的升高變化極小，故蒸發(fā)結(jié)晶使NaCl析出；因?yàn)镵NO3的溶解度隨溫度的降低急劇減小，故降溫結(jié)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(dāng)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(jié)晶析出較難，所以選擇將氯化鈉結(jié)晶析出，而將硝酸鉀留在母液中除去。同理，當(dāng)硝酸鉀中混有少量氯化鈉時，選擇將硝酸鉀結(jié)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(xué)生活動2：活學(xué)活用——以1∶1的NaNO3和KCl為原料制備硝酸鉀（相關(guān)性質(zhì)見表4）

［師］引導(dǎo)：NaNO3和KCl正常條件下是不反應(yīng)的，為了得到KNO3，需盡量將Na+、Cl-除掉。

［生］設(shè)計工藝流程圖并講解。

（2）學(xué)生自主建構(gòu)模型和應(yīng)用模型

學(xué)生活動3：設(shè)計提純乙酸丁酯的實(shí)驗(yàn)流程圖（相關(guān)性質(zhì)見表5）［生］分析混合物的性質(zhì)，自主建構(gòu)模型并設(shè)計流程圖（略）

［師］實(shí)際操作時還應(yīng)考慮節(jié)約成本，引導(dǎo)學(xué)生對流程圖進(jìn)行修正。

（3）學(xué)生自主建構(gòu)模型和應(yīng)用模型，化解難題

學(xué)生活動4：小組討論，設(shè)計流程圖分離出苯甲酸和回收甲苯。

［生］展示設(shè)計的流程圖，自主講解（略）。

設(shè)計意圖：高三學(xué)生對分離和提純的基礎(chǔ)知識已能熟練掌握，但對于知識在情境中的應(yīng)用仍存在較大問題。筆者給學(xué)生提供三個情境，從引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型、應(yīng)用模型到自主建構(gòu)模型、應(yīng)用模型再到自主綜合應(yīng)用多種物質(zhì)分離和提純方法化解難題，層層深入和遞進(jìn)，讓學(xué)生體會模型建構(gòu)的重要性和有效性。

三、教學(xué)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(xué)生走上去。

本節(jié)課根據(jù)簡單分離和提純實(shí)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(jìn)行設(shè)計。課前任務(wù)單中針對教學(xué)目標(biāo)設(shè)計了有價值、有針對性的問題，確保了問題有效服務(wù)于課堂教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)。課堂任務(wù)單中設(shè)計多個活動，活動中教師只擔(dān)任引導(dǎo)者的角色，引導(dǎo)學(xué)生遷移應(yīng)用、激發(fā)生成，而學(xué)生成為課堂的主導(dǎo)者，大膽進(jìn)行模型建構(gòu)，應(yīng)用模型化解難題，讓學(xué)生在活動中獲得成功體驗(yàn)，領(lǐng)會到模型建構(gòu)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(shè)計的問題順?biāo)浦郏凹壍欠濉?/p>