基于模型建构的高三复习课“物质的分离和提纯”教学设计

曹英

摘 要：高三学生对分离和提纯的基础知识已能熟练掌握，但对于知识在情境中的应用仍存在较大问题。课堂上从引导学生建构模型、应用模型到学生自主建构模型、应用模型再到自主综合应用多种物质分离和提纯方法化解难题，层层深入和递进，让学生体会模型建构的重要性和有效性。

关键词：模型建构；模型应用；问题设计

高中化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是高中生通过化学课程学习所获得的，主要内容包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等。

本文以“物质的分离和提纯”为例，从简单混合物分离和提纯展开，阐述如何根据简单的物质分离和提纯实例推理和建构出物质的分离和提纯的模型，然后应用模型去解决情境中的问题。通过设计出有价值的问题层层深入，使学生主动参与、互相合作、积极探究，在课堂活动中自主推理和建构模型、应用模型，让学生在问题解决中形成化学核心素养。

一、设计课前任务单、课堂任务单

任务单是教师设计指导学生自主学习的方案，是学生高效自主学习的支架与载体。

1.课前任务单

高三学生对物质的分离和提纯的基础知识已能熟练掌握，故笔者以课前任务单的形式，让学生自主复习巩固；设计6个简单的物质的分离和提纯问题，为课堂上根据具体实例推理和建构出物质的分离和提纯的模型做铺垫；让学生画出粗盐提纯的流程图，为课堂上设计物质的分离和提纯流程图作铺垫。课前任务单具体内容如下：

2.课堂任务单

课堂任务单为学生提供三个情境，分别选取了高三拓展教材上的学生原理性知识存在漏洞的重结晶、乙酸丁酯的提纯，以及涉及多种分离和提纯方法的综合应用题。课堂任务单具体内容如下：

（1）结晶法

①画出流程图：除去氯化钠中的少量硝酸钾 ②画出流程图：除去硝酸钾中的少量氯化钠

③活学活用：设计以1∶1硝酸钠和氯化钾为原料制備硝酸钾的工艺流程图。

（2）设计提纯乙酸丁酯的实验流程图

（3）小组讨论

苯甲酸广泛应用于制药和化工行业，某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸，反应原理：

一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应，设计流程图分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。已知：苯甲酸在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g。

二、教学主要环节和设计意图

1.物质分离和提纯的区别及基本原则

[师]解决物质分离和提纯的问题时，首先要明确问题要求，是要求分离物质还是提纯物质，分离物质和提纯物质有什么区别呢？

[生]思考回答。

[师]其次，根据物质分离和提纯的基本原则，选择合适的试剂和方法进行分离、提纯。课前任务单中大家根据具体实例总结出的物质的分离和提纯的基本原则有哪些？

设计意图：设计具有针对性的具体实例，唤醒学生的记忆，总结出物质分离和提纯的区别及基本原则。

2.常用的物质分离和提纯方法

[师]在课前任务单中大家归纳整理了常用的物质分离和提纯方法。哪些物质分离和提纯方法与物质的溶解度有关？

[生]思考回答。

设计意图：立足于学生已有经验，让学生从研究物质的实验方法这个角度来重新审视和梳理已有的物质的分离和提纯基础知识，对已有知识归类建构（与溶解度有关的物质分离和提纯方法：过滤、分液、萃取、纸层析、结晶）。

3.物质的分离和提纯的模型建构

[师]课前任务单中6个物质的分离和提纯实例（见表3）：①②和③可直接分离，④⑤和⑥不可直接分离，为什么？

[生]①中食盐易溶于水而泥沙难溶于水，故可直接过滤，④中食盐和Ca2+、SO42-、Mg2+都易溶于水，故不可直接过滤，采用沉淀法将Ca2+、SO42-、Mg2+转化为难溶于水的物质再进行过滤……

[生]在教师的引导下建模：

[师]物质的分离和提纯分为两大类，一类是混合物中的各物质性质不相似，能直接分离；一类是混合物中各物质性质相似，不能直接分离，应采用合适的物理方法（结晶法、萃取法等）或化学方法（气体法、沉淀法等）将混合物中的各物质转化为性质不相似的物质，再进行分离。

设计意图：利用课前任务单上的6个简单的物质分离和提纯实例，从简单混合物分离和提纯展开，引导学生建构出物质的分离和提纯的模型，对物质的提纯和分离进行深层学习，促进学生对物质分离和提纯的深入思考，激发学生学习物质的分离和提纯的兴趣和探究欲望。

4.建构模型，应用模型，化解难题

（1）教师引导学生建构模型和应用模型

学生活动1：除去NaCl中混有的少量KNO3，除去KNO3中混有的少量NaCl

[生]在教师的引导下，分析混合物的性质并进行模型建构：

[师]依据我们建构的物质的分离和提纯的模型，我们首先分析混合物中的NaCl和KNO3性质是否相似，经分析可知两者均易溶于水，属于性质相似的物质，不能直接分离，故采用结晶的方法将二者转化为性质不相似的物质，使其中一种物质结晶析出，然后采用过滤的方法进行分离。

[师]分别采用哪种结晶方法？

[生]前者蒸发结晶，后者降温结晶。

[师]追问：为什么前者用蒸发结晶，后者用降温结晶？

[生]因为NaCl的溶解度随温度的升高变化极小，故蒸发结晶使NaCl析出；因为KNO3的溶解度随温度的降低急剧减小，故降温结晶使KNO3析出。

[师]再追问：为什么前者选择让NaCl析出而后者选择让KNO3析出？

[生]当氯化钠中混有少量硝酸钾时，因硝酸钾的含量较低，使硝酸钾从溶液中结晶析出较难，所以选择将氯化钠结晶析出，而将硝酸钾留在母液中除去。同理，当硝酸钾中混有少量氯化钠时，选择将硝酸钾结晶析出。

[生]画出流程图（略）。

[师]除去NaCl中混有的少量KNO3和KNO3中混有的少量NaCl，分别加热至出现什么现象时停止加热，蒸发的目的分别是什么？

[生]前者蒸发至有大量晶体析出时，停止加热，目的是析出大量晶体；后者蒸发至有极少量晶体析出或出现晶膜时停止加热，目的是得到热饱和溶液。

学生活动2：活学活用——以1∶1的NaNO3和KCl为原料制备硝酸钾（相关性质见表4）

[师]引导：NaNO3和KCl正常条件下是不反应的，为了得到KNO3，需尽量将Na+、Cl-除掉。

[生]设计工艺流程图并讲解。

（2）学生自主建构模型和应用模型

学生活动3：设計提纯乙酸丁酯的实验流程图（相关性质见表5）

[生]分析混合物的性质，自主建构模型并设计流程图（略）

[师]实际操作时还应考虑节约成本，引导学生对流程图进行修正。

（3）学生自主建构模型和应用模型，化解难题

学生活动4：小组讨论，设计流程图分离出苯甲酸和回收甲苯。

[生]展示设计的流程图，自主讲解（略）。

设计意图：高三学生对分离和提纯的基础知识已能熟练掌握，但对于知识在情境中的应用仍存在较大问题。笔者给学生提供三个情境，从引导学生建构模型、应用模型到自主建构模型、应用模型再到自主综合应用多种物质分离和提纯方法化解难题，层层深入和递进，让学生体会模型建构的重要性和有效性。

三、教学评价与反思

本节课受到莅临专家的高度评价：容量大、层次高、素材丰富、主线分明，师生互动和生生互动效果好；教师课下付出多，做到了教师走下来，学生走上去。

本节课根据简单分离和提纯实例提炼出分离和提纯的模型展开，然后以利用模型去解决问题这条主线进行设计。课前任务单中针对教学目标设计了有价值、有针对性的问题，确保了问题有效服务于课堂教学内容和目标。课堂任务单中设计多个活动，活动中教师只担任引导者的角色，引导学生迁移应用、激发生成，而学生成为课堂的主导者，大胆进行模型建构，应用模型化解难题，让学生在活动中获得成功体验，领会到模型建构的重要性和有效性。整个过程行云流水，没有刻意去融合方法和能力，而是按设计的问题顺水推舟，拾级登峰。

参考文献：

[1]刘文兵，韩善芳.基于问题解决的“物质的提纯与分离”教学设计[J].化学教育，2012（10）：16-19.

[2]俞叶.“物质的分离和提纯”翻转课堂教学设计[J].化学教与学，2017（12）：69-71.