知识结构化 思维有序化——以高三二轮复习课“物质的分离与提纯”为例

蔡德洋

(福建省晋江市季延中学,福建 晋江 362200)

经过一轮复习及一系列试题训练后,学生遇到陌生情境问题依然显得力不从心,无法将之与所学知识、教材内容或见过的同类型试题进行联系,往往在看到答案后才恍然大悟、懊悔不已.主要原因是,学生的学习多停留在“记忆、理解”的层次,属于浅层学习,只发展了低阶思维[1].要想提高二轮复习的有效性,教师就要组织学生开展深度学习,提高学生“应用、分析、综合和评价”等高阶思维能力.

黎加厚教授认为深度学习是在理解的基础上,学习者能够批判地学习新知识、新理念,并将它们融入原有的认知结构中,且能够将已有的知识迁移到新的情境中,做出决策和解决问题的学习[2].在高三二轮专题复习课堂上进行深度学习,可以通过设置一系列有层次的情境问题,在解决问题过程中,通过比较和分析、概括和归纳等方法将零散的知识整合起来,形成知识体系,构建解决问题的思维模型,实现知识的结构化和思维的有序化,然后将之有效地迁移应用于真实问题的解决,最终达到深度学习的效果.

1 以深度学习为指引的设计思路

物质的分离与提纯是化学实验基本实验操作,在化工生产或科学研究领域中具有广泛的应用.结晶、过滤、洗涤、干燥是最常见的从溶液中获取固态产品的分离提纯方式,是高考的高频考点.结晶原理和方式的选择对学生而言也是一个难点,究其原因主要有:一是学生对物质分离与提纯的常见方法的认识是单一、零散的,缺乏系统性,没有形成有序、系统的思维模型[3];二是缺乏实践操作,对分离与提纯的方法的选择只停留在记忆层面,没有深入学习,面对陌生、真实的情境问题,学生无法根据物质具体性质、图表信息调整思路,采用不同的操作方式解决问题.基于此,本节课尝试将结晶、过滤、洗涤、干燥等重要系列操作的相关知识整合起来,并构建通过物质性质和题目信息选择结晶方式的思维模型,实现知识的结构化和思维的有序化,以期达到深度学习的效果,提高二轮复习的实效性.具体教学目标设计如下:(1)在多种不同情境中,通过对比和分析、概括和归纳整合多种不同的结晶、过滤方式,构建知识网络体系;(2)通过多层次问题情境,构建根据物质性质、图像信息选择合适的结晶方式的思维模型;(3)通过简单实验方案设计、问题解决,迁移应用模型;(4)掌握关于洗涤问题的答题模板,能根据物质性质选择干燥方法.

2 构建思维模型促进深度学习的过程设计

2.1 创设多层次问题情境,建构思维模型

【问题情境】 如图1所示是氯化钠、硝酸钾等固体物质的溶解度曲线,请填写下列物质的结晶方法.

图1 溶解度曲线

①氯化钠:____;

②CuSO4·5H2O:____;

③从MgCl2溶液中获得无水MgCl2:____;

④提纯混有少量NaCl的KNO3:____;

⑤提纯混有少量KNO3的NaCl:____;

⑥提纯混有较多NaCl的KNO3:____;

模型的构建应适合学生的认知发展,需要一个循序渐进的过程,从最简单的、学生最熟悉的问题出发,逐步过渡到复杂问题.通过问题或知识的递进式呈现,不断刺激学生的思维发展,才能起到不断强化从而构建解决问题模型的作用[4].

通过学生熟悉的答题模式,设计从单一溶液到混合溶液,从含少量杂质到含较多杂质的分离提纯的相关问题情境,引导着学生进行循序渐进、层层递进的思考.在解决问题的过程中回顾蒸发结晶和蒸发浓缩、冷却结晶的区别及适用范围.待学生完成后,教师提问:基于物质的什么性质选择结晶方式?再次引发学生积极思考.在对比、分析中理清思路,主动建构基于物质性质和题给信息选择结晶方式的思维模型(如图2所示).

图2 选择结晶方式进行分离提纯的思维模型

上述问题⑥难度比较大,通过教师引导和学生分组讨论,补充完善思维模型:(1)单一组分溶液或者当杂质少量时,可直接根据上述模型选择结晶方式进行分离提纯;(2)若混合体系各组分的量都不少时,根据蒸发结晶原理,一般溶解较小的物质先析出,利用该原理可进行物质的制备.

2.2 联系教材,整合零散知识,构建知识网络,完善思维模型

通过上述思维模型,引导学生联系必修一教材中的侯氏制碱法的基本原理:相同条件下,碳酸氢钠的溶解度较小(见图3),因此在饱和氯化钠溶液中,通入氨气和二氧化碳可以获得碳酸氢钠固体.巩固上述模型的同时,教师提出问题:怎么从母液中获得氯化铵晶体呢?学生很自然地得出通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法可以获得氯化铵固体.教师再次提出问题:观察溶解度数据,该方法可以将氯化铵固体尽可能析出吗?由此引发学生重新审视模型,并调动所学知识,从沉淀溶解平衡的两个角度——平衡移动及Ksp与Qc的关系思考问题,理解实际工业生产中获取氯化铵固体的方法(见图4),实现跨模块知识的融合,并从变温结晶方式拓展到常温结晶方式以及重结晶,形成知识网络体系(见图5).通过此环节的设计,引导学生在真实情境中敢于打破原有思维模型的束缚,从不同角度思考问题,整合知识的同时也进一步完善思维模型.

图3 溶解度曲线

图4 侯氏制碱法

图5 结晶法知识体系

2.3 感悟高考典型试题,应用模型,巩固认知

【试题情境】工业生产的硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质,其纯度不符合某实验室的要求,请问:实验室可以采用什么方法纯化硫化钠粗品?应如何操作?已知:硫化钠易溶于热乙醇,重金属硫化物难溶于乙醇.(改编自2022全国甲卷27)

学生完成实验设计,展示并进行评价,同时教师提出问题:(1)为什么要趁热过滤?(2)如何确保在趁热过滤中,溶质不析出(从操作和仪器改进角度)?以该问题为支点,从结晶自然地过渡到过滤方式的拓展知识——热过滤和减压过滤,然后展示该高考题的问题设置,让学生感悟高考试题中对重结晶、过滤、洗涤、干燥等必备知识,以及信息获取与加工、逻辑推理与论证和批判性思维与反思等关键能力的考查.再以此展开,依次有序地完成结晶、过滤、洗涤、干燥这一系列操作的知识体系建构.

3 基于高三二轮复习实效的建议与反思

基于上述课例的研究,笔者对提高二轮复习的课堂实效提出以下两点建议与反思.

3.1 打破模块限制,构建知识体系,提升思维水平

俗话说,巧妇难为无米之炊.知识是思维的基础,掌握丰富的知识体系,才能进行更深入的思考;而孰能生巧,则说明对知识的深入思考和运用,可以进一步提升自己的认识水平,甚至能拓展、创新.因此,二轮复习应该注重不同章节、不同模块知识间的联系,使学生能从多重的角度和多维的层面接触知识、理解知识,以提升学生在新情境中灵活提取知识、应用知识的能力,发展学生思维的全面性[5].

3.2 构建思维模型,但不固化模型,提升学科素养

思维模型能帮助学生解决问题,但也容易造成生搬硬套,反而不利于学生思维的发展和问题的解决.因此在教学中,引导学生建构思维模型的同时,若能设计引发认知冲突的问题情境,为学生提供打破思维模型束缚的示范,帮助学生体验建构模型、认知冲突、修正或完善模型、应用模型等过程,有利于发展学生模型认知的学科核心素养.

4 结束语

现今高考化学试题趋向于以陌生、真实的情境呈现,不仅仅考查学生掌握知识的多少,更多地考查学生的能力,要求学生能用所学知识进行“应用、分析、综合和评价”.为适应新高考选拔人才的要求,教师需要不断探索深度学习的教学模式,发展学生高阶思维.