知識結構化 思維有序化
——以高三二輪復習課“物質的分離與提純”為例

蔡德洋

(福建省晉江市季延中學,福建 晉江 362200)

經過一輪復習及一系列試題訓練后,學生遇到陌生情境問題依然顯得力不從心,無法將之與所學知識、教材內容或見過的同類型試題進行聯系,往往在看到答案后才恍然大悟、懊悔不已.主要原因是,學生的學習多停留在“記憶、理解”的層次,屬于淺層學習,只發展了低階思維[1].要想提高二輪復習的有效性,教師就要組織學生開展深度學習,提高學生“應用、分析、綜合和評價”等高階思維能力.

黎加厚教授認為深度學習是在理解的基礎上,學習者能夠批判地學習新知識、新理念,并將它們融入原有的認知結構中,且能夠將已有的知識遷移到新的情境中,做出決策和解決問題的學習[2].在高三二輪專題復習課堂上進行深度學習,可以通過設置一系列有層次的情境問題,在解決問題過程中,通過比較和分析、概括和歸納等方法將零散的知識整合起來,形成知識體系,構建解決問題的思維模型,實現知識的結構化和思維的有序化,然后將之有效地遷移應用于真實問題的解決,最終達到深度學習的效果.

1 以深度學習為指引的設計思路

物質的分離與提純是化學實驗基本實驗操作,在化工生產或科學研究領域中具有廣泛的應用.結晶、過濾、洗滌、干燥是最常見的從溶液中獲取固態產品的分離提純方式,是高考的高頻考點.結晶原理和方式的選擇對學生而言也是一個難點,究其原因主要有:一是學生對物質分離與提純的常見方法的認識是單一、零散的,缺乏系統性,沒有形成有序、系統的思維模型[3];二是缺乏實踐操作,對分離與提純的方法的選擇只停留在記憶層面,沒有深入學習,面對陌生、真實的情境問題,學生無法根據物質具體性質、圖表信息調整思路,采用不同的操作方式解決問題.基于此,本節課嘗試將結晶、過濾、洗滌、干燥等重要系列操作的相關知識整合起來,并構建通過物質性質和題目信息選擇結晶方式的思維模型,實現知識的結構化和思維的有序化,以期達到深度學習的效果,提高二輪復習的實效性.具體教學目標設計如下:(1)在多種不同情境中,通過對比和分析、概括和歸納整合多種不同的結晶、過濾方式,構建知識網絡體系;(2)通過多層次問題情境,構建根據物質性質、圖像信息選擇合適的結晶方式的思維模型;(3)通過簡單實驗方案設計、問題解決,遷移應用模型;(4)掌握關于洗滌問題的答題模板,能根據物質性質選擇干燥方法.

2 構建思維模型促進深度學習的過程設計

2.1 創設多層次問題情境,建構思維模型

【問題情境】 如圖1所示是氯化鈉、硝酸鉀等固體物質的溶解度曲線,請填寫下列物質的結晶方法.

圖1 溶解度曲線

①氯化鈉:____;

②CuSO4·5H2O:____;

③從MgCl2溶液中獲得無水MgCl2:____;

④提純混有少量NaCl的KNO3:____;

⑤提純混有少量KNO3的NaCl:____;

⑥提純混有較多NaCl的KNO3:____;

模型的構建應適合學生的認知發展,需要一個循序漸進的過程,從最簡單的、學生最熟悉的問題出發,逐步過渡到復雜問題.通過問題或知識的遞進式呈現,不斷刺激學生的思維發展,才能起到不斷強化從而構建解決問題模型的作用[4].

通過學生熟悉的答題模式,設計從單一溶液到混合溶液,從含少量雜質到含較多雜質的分離提純的相關問題情境,引導著學生進行循序漸進、層層遞進的思考.在解決問題的過程中回顧蒸發結晶和蒸發濃縮、冷卻結晶的區別及適用范圍.待學生完成后,教師提問:基于物質的什么性質選擇結晶方式?再次引發學生積極思考.在對比、分析中理清思路,主動建構基于物質性質和題給信息選擇結晶方式的思維模型(如圖2所示).

圖2 選擇結晶方式進行分離提純的思維模型

上述問題⑥難度比較大,通過教師引導和學生分組討論,補充完善思維模型:(1)單一組分溶液或者當雜質少量時,可直接根據上述模型選擇結晶方式進行分離提純;(2)若混合體系各組分的量都不少時,根據蒸發結晶原理,一般溶解較小的物質先析出,利用該原理可進行物質的制備.

2.2 聯系教材,整合零散知識,構建知識網絡,完善思維模型

通過上述思維模型,引導學生聯系必修一教材中的侯氏制堿法的基本原理:相同條件下,碳酸氫鈉的溶解度較小(見圖3),因此在飽和氯化鈉溶液中,通入氨氣和二氧化碳可以獲得碳酸氫鈉固體.鞏固上述模型的同時,教師提出問題:怎么從母液中獲得氯化銨晶體呢?學生很自然地得出通過蒸發濃縮、冷卻結晶的方法可以獲得氯化銨固體.教師再次提出問題:觀察溶解度數據,該方法可以將氯化銨固體盡可能析出嗎?由此引發學生重新審視模型,并調動所學知識,從沉淀溶解平衡的兩個角度——平衡移動及Ksp與Qc的關系思考問題,理解實際工業生產中獲取氯化銨固體的方法(見圖4),實現跨模塊知識的融合,并從變溫結晶方式拓展到常溫結晶方式以及重結晶,形成知識網絡體系(見圖5).通過此環節的設計,引導學生在真實情境中敢于打破原有思維模型的束縛,從不同角度思考問題,整合知識的同時也進一步完善思維模型.

圖3 溶解度曲線

圖4 侯氏制堿法

圖5 結晶法知識體系

2.3 感悟高考典型試題,應用模型,鞏固認知

【試題情境】工業生產的硫化鈉粗品中常含有一定量的煤灰及重金屬硫化物等雜質,其純度不符合某實驗室的要求,請問:實驗室可以采用什么方法純化硫化鈉粗品?應如何操作?已知:硫化鈉易溶于熱乙醇,重金屬硫化物難溶于乙醇.(改編自2022全國甲卷27)

學生完成實驗設計,展示并進行評價,同時教師提出問題:(1)為什么要趁熱過濾?(2)如何確保在趁熱過濾中,溶質不析出(從操作和儀器改進角度)?以該問題為支點,從結晶自然地過渡到過濾方式的拓展知識——熱過濾和減壓過濾,然后展示該高考題的問題設置,讓學生感悟高考試題中對重結晶、過濾、洗滌、干燥等必備知識,以及信息獲取與加工、邏輯推理與論證和批判性思維與反思等關鍵能力的考查.再以此展開,依次有序地完成結晶、過濾、洗滌、干燥這一系列操作的知識體系建構.

3 基于高三二輪復習實效的建議與反思

基于上述課例的研究,筆者對提高二輪復習的課堂實效提出以下兩點建議與反思.

3.1 打破模塊限制,構建知識體系,提升思維水平

俗話說,巧婦難為無米之炊.知識是思維的基礎,掌握豐富的知識體系,才能進行更深入的思考;而孰能生巧,則說明對知識的深入思考和運用,可以進一步提升自己的認識水平,甚至能拓展、創新.因此,二輪復習應該注重不同章節、不同模塊知識間的聯系,使學生能從多重的角度和多維的層面接觸知識、理解知識,以提升學生在新情境中靈活提取知識、應用知識的能力,發展學生思維的全面性[5].

3.2 構建思維模型,但不固化模型,提升學科素養

思維模型能幫助學生解決問題,但也容易造成生搬硬套,反而不利于學生思維的發展和問題的解決.因此在教學中,引導學生建構思維模型的同時,若能設計引發認知沖突的問題情境,為學生提供打破思維模型束縛的示范,幫助學生體驗建構模型、認知沖突、修正或完善模型、應用模型等過程,有利于發展學生模型認知的學科核心素養.

4 結束語

現今高考化學試題趨向于以陌生、真實的情境呈現,不僅僅考查學生掌握知識的多少,更多地考查學生的能力,要求學生能用所學知識進行“應用、分析、綜合和評價”.為適應新高考選拔人才的要求,教師需要不斷探索深度學習的教學模式,發展學生高階思維.