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(jì)

曹英

摘 要：高三學(xué)生對(duì)分離和提純的基礎(chǔ)知識(shí)已能熟練掌握，但對(duì)于知識(shí)在情境中的應(yīng)用仍存在較大問題。課堂上從引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型、應(yīng)用模型到學(xué)生自主建構(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(huì)模型建構(gòu)的重要性和有效性。

關(guān)鍵詞：模型建構(gòu)；模型應(yīng)用；問題設(shè)計(jì)

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(shí)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(shí)”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等。

本文以“物質(zhì)的分離和提純”為例，從簡(jiǎn)單混合物分離和提純展開，闡述如何根據(jù)簡(jiǎn)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(jì)出有價(jià)值的問題層層深入，使學(xué)生主動(dòng)參與、互相合作、積極探究，在課堂活動(dòng)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(jì)課前任務(wù)單、課堂任務(wù)單

任務(wù)單是教師設(shè)計(jì)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(duì)物質(zhì)的分離和提純的基礎(chǔ)知識(shí)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(jì)6個(gè)簡(jiǎn)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(jì)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：

2.課堂任務(wù)單

課堂任務(wù)單為學(xué)生提供三個(gè)情境，分別選取了高三拓展教材上的學(xué)生原理性知識(shí)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(jì)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(shè)計(jì)提純乙酸丁酯的實(shí)驗(yàn)流程圖

（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(shí)間后停止反應(yīng)，設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(shí)，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(jì)意圖：設(shè)計(jì)具有針對(duì)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(jì)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(gè)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(shí)，對(duì)已有知識(shí)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(gè)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(jì)意圖：利用課前任務(wù)單上的6個(gè)簡(jiǎn)單的物質(zhì)分離和提純實(shí)例，從簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)停止加熱，目的是得到熱飽和溶液。

學(xué)生活動(dòng)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(jì)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(dòng)3：設(shè)計(jì)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(jì)流程圖（略）

[師]實(shí)際操作時(shí)還應(yīng)考慮節(jié)約成本，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)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(dòng)4：小組討論，設(shè)計(jì)流程圖分離出苯甲酸和回收甲苯。

[生]展示設(shè)計(jì)的流程圖，自主講解（略）。

設(shè)計(jì)意圖：高三學(xué)生對(duì)分離和提純的基礎(chǔ)知識(shí)已能熟練掌握，但對(duì)于知識(shí)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(gè)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(huì)模型建構(gòu)的重要性和有效性。

三、教學(xué)評(píng)價(jià)與反思

本節(jié)課受到蒞臨專家的高度評(píng)價(jià)：容量大、層次高、素材豐富、主線分明，師生互動(dòng)和生生互動(dòng)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(jiǎn)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(jì)。課前任務(wù)單中針對(duì)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)了有價(jià)值、有針對(duì)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(jì)多個(gè)活動(dòng)，活動(dòng)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(dòng)中獲得成功體驗(yàn)，領(lǐng)會(huì)到模型建構(gòu)的重要性和有效性。整個(gè)過程行云流水，沒有刻意去融合方法和能力，而是按設(shè)計(jì)的問題順?biāo)浦郏凹?jí)登峰。

參考文獻(xiàn)：

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