练习与实践名师教学设计1

注重理解真实情境的教学设计

——以高三复习课《理解化工生产中“pH值调节”的目的》为例

摘要：以高三复习课《理解化工生产中“pH值调节”的目的》为例，通过引领学生转变认识角度，理解真实情境下的化工生产。本文旨在探讨教学过程中如何引领学生转变认识角度：如果作为化学工程师，如何思考化学工业中的分离提纯问题，从而自我理解化工流程题中关于“pH值调节目的”，建构“调节pH值”目的一般分析思路模型，进而引导学生突破化工题分离提纯分析瓶颈。

关键词：真实情境、理解目的、模型建构、转变认识角度、调节pH值

一、教学主题内容及现状分析

1、教学主题内容

本节课是针对高三一轮复习中对高考“化工流程题”难点突破课例。

本节课的设计了以下环节：（1）课前测试，聚焦难点化工流程题中的“pH值调节”（2）设计“分离FeCl3、AlCl3混合溶液中的FeCl3、AlCl3”流程，回顾基础。（3）改变角色：作为化学工程师，如何细化、改进上述流程图。（4）将流程图中物质遮住，转变为化工题目中常见的“滤渣”“滤液”，反思如何分析出物质的成分。（5）归纳、提升化工生产中“调节pH值”目的分析一般思路模型。课后反思应用思路模型解决问题。

2、教学现状分析

笔者查阅近年的有关“化工流程题”教学策略相关文献发现：现有研究主要针对“化工流程题”内容如考查素材、知识点呈现并从教学者的角度给出答题策略建议[1][2][3][4]。对于如何突破学生学习此类题目具体难点，解决学生迷思没有明确的建议。

化工流程题是高考难点，为了真正了解学生的迷思，笔者进行了课前测试，题目如下。

下面是从锂辉石（Li2O•Al2O3•SiO2）中提出锂的工业流程示意图。

①高温煅烧时的反应原理为：Li2O•Al2O3•SiO2+K2SO4=K2O•Al2O3•SiO2+Li2SO4Li2O•Al2O3•SiO2+Na2SO4=Na2O•Al2O3•SiO2+Li2SO4 ②锂离子浸取液中含有的金属离子为：K、Na、Li、Fe、Fe、Al、Mn．

③几种金属离子沉淀完全的pH 金属离子

沉淀完全的pH Al（OH）3

4.7 Fe（OH）2

9.0 Fe（OH）3

3.2 Mn（OH）2

10.1 +++3+2+3+2+（1）滤渣2的主要成分为 。

（2）流程中分2次调节pH（pH7～8和pH>13），有研究者尝试只加一次浓NaOH溶液使pH>13，结果发现在加饱

和碳酸钠溶液沉锂后，随着放置时间延长，白色沉淀增加，最后得到的第

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Li2CO3产品中杂质增多，Li2CO3产品中杂质可能是 ，用离子方程式表示其产生的原因 。

课前测试结果分析：不理解“两次调节pH值目的”占全体样本的70%。在难点调查中，学生的主要困惑及归因分析如下表1。

表1学生的主要困惑及归因分析

编号

1 2 3 4 5 6 7 学生困惑内容

不明白流程各步骤中会产生什么沉淀

不知道流程中各步骤中溶液成分是什么

调节pH值的目的

为什么要分多次调节pH值

加入什么物质可以调节pH值

无从下手，怎样从题中提取有用的信息

给出的Ksp如何利用

归因分析

意识到化工流程中将物质转化为沉淀，过滤分离。但是无法分析具体物质的成分。

对于pH值调节的目的不理解，也不知道将溶液调至酸性还是碱性。

不能获取、利用题目中的有效信息，原因在于对pH值调节的目的不理解。

根据表1，出现“pH值调节”问题时，学生表现出的问题对正确分析整个化工流程带来很大的困扰。这些问题可以归结为对具体化工流程中“pH值调节目的”不理解，其深层次的原因是没有理解在真实化工生产中“pH值调节”的意义，对流程分析没有思路。

2019年的《普通高中化学课程标准》中明确提出：“以真实的化工生产过程为研究对象，借助相关资料对化工生产的原理、流程进行复原和模拟。了解溶液中pH的调控在工农业生产和科学研究中的应用[5]。”改变溶液中pH值，就是改变溶液中H+或者OH-的浓度，从而达到物质转化的目的。通过“调节pH值”，改变物质状态（转化为沉淀），利用过滤方法分离混合物，恰恰是工业生产实际中简单易行、降低成本的普遍方法。

所以，如果学生能够在分析化工流程中“pH值调节”问题时，理解真实化工生产中“pH值调节”的意义，主动结合流程寻找“pH值调节”的目的：“从怎样的混合物中分离出了哪种成分”，对于分析流程中各部分物质成分、pH值调节范围等问题，都会有明确的思路。

二、教学思想与创新点

1、教学内容是小落点，易深入，有大应用。

“pH值调节”是化工流程题中“物质分离”考点中的一个方面，“pH值调节目的”又是其中一个小问题，落点很小，容易将问题研究深入。虽然落点小，由于其分离方法的简便易行，又是化工流程中最常见的分离方法。而学生真正理解了“pH值调节”的目的，就可以自主关注到物质成分及物质状态的变化过程，从而突破整个化工流程分析难点，小落点却有大应用。

2、关注学生如何学，用常见流程的变化解决学生迷思的教学设计。

（1）本节课以学生较熟悉的“分离FeCl3、AlCl3混合溶液中的FeCl3、AlCl3”入手，通过让学生设计分离方法，复习元素化合物基本知识，使学生体验物质分离时需要考虑的两方面：物质转化及物质状态的变化。预设分离路线如图1。

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图1分离FeCl3、AlCl3混合溶液中的FeCl3、AlCl3预设分离路线

（2）通过让学生改进化工流程图，让学生体验真实化工生产中需要面对的现实问题，从根本上理解“pH值调节”的意义。并给出已知：Al(OH)3 在碱性条件下开始溶解的pH 值为7.8，完全溶解时的pH值为10.8。Al(OH)3 在酸性条件开始沉淀时pH 值为3.3，沉淀完全时的pH值为4.0[6]

。预设学生改进化工流程如图2。

图2学生细化改进化工流程图

（3）通过将上述化工流程图改编为考试常见化工流程题，促使学生反思面对化工流程题目，该如何分析。常见化工流程题目见图3。

图3改编化工流程题

3、强调真实情境理解的教学设计。

学生觉得化工题目难，一个重要原因就是化工生产与学生的生活常识距离遥远。单凭书本上的知识，很难真正理解真实化工生产需要考虑的问题。因此本节课设计让学生做设计工程师，目的在于改变学生看待化工生产问题的角色，从而理解真实的化工生产过程。

4、注重分析模型的归纳，应用小模型解决大问题。

学生对“pH值调节”目的在整个化工流程中的作用理解透彻了，但并不能直接应用于其他题目。换一个化工情境，如何分析“pH值调节”目的对于学生来说又是一个新困难。因此只有提炼出简洁有效的解题模型，利用建构、应用小分析模型，解决大问题。既然“pH值调节”在整个化工流程中的目的就是“从哪些混合物中分离某种物质”，如果能在审题时能够自觉寻找混合物、某物质的成分，“pH值调节”问题就都能迎刃而解。“从哪些混合物中分离某种物质”就是解决该问题的分析模型。

本节课让学生分组讨论，建构并呈现这个分析模型，得到了更加意想不到的效果。学生

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对化工题的分析方法也有了许多有价值的体会。在小组展示环节，各组提出很多解决化工题有用的办法。

三、教学目标

1、通过分析FeCl3、AlCl3混合溶液的分离，梳理基本知识，建构物质分离基本模型。

2、通过改编化工流程图，理解真实情境下化工生产“pH值调节”的目的。

3、通过改编成常见化工题目，反思解决方法，形成分析在流程图中“pH值调节”目的思维模型，并能应用。

四、教学流程

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五、课堂教学实录

【引入】在化工生产中常常需要进行pH值的调节。前测数据表明有70%同学不理解pH值调节的目的，本节课就和大家一起探讨“在真实工业生产中对pH值调节目的的理解”。

【回顾基础，初涉流程】

师：我们先来复习一个常见的物质分离方法：分离FeCl3、AlCl3混合溶液中的FeCl3、AlCl3。（课前学案，学生课前设计）

生1：在黑板上展示第四组的设计思路，见图4。

图4 第四组学生分离FeCl3、AlCl3混合溶液设计思路

HCl溶液

过滤

生2（结合流程图）展示：

步骤①中需要加入过量NaOH溶液使AlCl3转化为NaAlO2溶液，FeCl3转化为Fe(OH)3沉淀。通过过滤分离NaAlO2溶液和Fe(OH)3沉淀，从而将Al、Fe元素分开。

在步骤②中加入HCl溶液将NaAlO2溶液转化为AlCl3溶液。

但是我们有一个困惑：生成AlCl3溶液过程中，也生成了NaCl，不知道如何分离。

师点评亮点：①关注到了物质的状态，通过形成沉淀，过滤分离溶液和沉淀。

②从微观角度看待物质，分离Fe、Al元素。

③加入试剂，考虑量的问题：过量NaOH溶液。

师提问：第四小组的困惑，大家有没有更好的办法？如何分离生成AlCl3溶液过程中生成的NaCl杂质？

生3：通过将AlCl3转化为Al(OH)3沉淀除去。

生4：在AlCl3、NaCl溶液中通入过量CO2可以产生Al(OH)3沉淀。

师总结上述同学发言，调整流程图如图1：

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学生自行修正学案中流程图。

【转变角色、体验化工】

师提问：在真实的工业生产中，上述流程还需要怎样的细化，转变为化工流程图？请你作为化学工程师，讨论、细化流程。

小组讨论、展示。

生5：在步骤①中加入NH3·H2O，替代NaOH溶液，因为NaOH溶液更贵。

师点评：①贵贱是相对的，NaOH作为一种常见的工业用碱，比纯碱贵，但是比氨水要便宜。

②加入NH3·H2O能够起到NaOH溶液一样的作用么？

生6：NH3·H2O不能将AlCl3转化为NaAlO2溶液，NH3·H2O与Al3+反应制备Al(OH)3沉淀是书本上的实验。

师总结Al元素的性质转化关系：

师点评生5亮点：考虑到真实化工生产中的成本问题。从原料的价格方面考虑试剂的选择。

师结合同学回答总结：真实工业生产需要考虑的问题模型，如图5。

图5真实工业生产需要考虑的问题模型

环保

原理

成本

真实化工生产

装置

效率

生7：所以工业生产中调节pH值，可以保证更有效的转化物质，同时不浪费试剂。

师：这就是工业生产中调节pH值的意义，通过使物质转化为沉淀从而过滤分离，由于其操作简单，也是工业生产的常用分离方法。

【深入思考、真实情境】

师：改变原有流程为图6。给出信息：Al(OH)3 在碱性条件下开始溶解的pH 值为7.8，完全溶解时的pH值为10.8。Al(OH)3 在酸性条件开始沉淀时pH 值为3.3，沉淀完全时的pH值为4.0。

图6改编化工生产流程。

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学生讨论：pH值调节的范围。

生8：第一次调节pH值是为了让Fe元素沉淀、Al元素溶解，所以pH1>10.8。

生9：第二次调节pH值是为了让Al(OH)3完全沉淀4.0

师总结：

①如果我们明确了调解pH值的目的，我们就能够根据我们的目的来选择pH值调节的程度。

②根据目的选择pH值调节的数值：

如果我们需要让某种物质转化为沉淀，我们需要pH值>该物质完全沉淀时pH值。

如果我们需要让某种物质溶解，我们需要pH值<开始沉淀时的pH值。具体情况具体分析。

【归纳反思，建构模型】

师：调整现有流程为常见考题形式，见图3。这是我们常见的化工流程题目，面对这个题目我们该如何分析两次pH值调节的目的？

生10：第一步调节pH值分离出滤液Ⅰ和滤渣Ⅰ，我就不知道调节的目的是什么了。

师提示：缺乏对总体流程目的的理解，学会从整体流程中获取信息。

生11：整个流程的目的是分离FeCl3、AlCl3混合废液中的FeCl3、AlCl3。滤渣Ⅰ经过转化就得到FeCl3溶液，就说明滤渣Ⅰ就是含铁元素的沉淀即Fe(OH)3。所以第一步调节pH值的目的就是将FeCl3转化为Fe(OH)3，AlCl3转化为NaAlO2溶液。

师提问：反思我们分析的过程，如何分析pH值调节这个问题？

生12：先看pH值调节的目的是什么？

师总结：pH值调节的目的是：从哪些混合物中分离哪种成分。

师提问：如何从题目中获取信息，分析pH值调节的目的？

生13：找化工流程的总目的，结合流程的最后出口。

师组织学生讨论：化工题目中分析pH值目的的一般分析思路。小组讨论，并将讨论结果完成在白纸上，贴在黑板上展示。学生讨论结果展示如图7。

图7学生讨论结果展示

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全体同学一致选举第六组来介绍小组分析思路。

生14：①针对整个化工流程题来说，第一要先看题目，明目的，看产物。第二不仅要关注流程中物质的转化如价态的变化，还要关注物质状态的变化，沉淀、溶液等。

②对于pH值调节问题一要看环境，原有溶液的酸碱性。二要记得常见可溶于酸、碱的物质性质。三要明确pH值调节的目的。

生14的精彩分析赢得了全体同学的掌声。

师点评：生14的分析非常有启发性。不仅局限于pH值调节问题的分析，通过这个小问题，看到了整个化工流程题的解决方法—理解真实情境的工业生产目的。提到了pH值调节根本就是改变溶液中H+、OH-离子的浓度，转化物质的状态。也强调了元素化合物基本知识的重要性，本节课也暴露了大家的基本知识不过关，要加强训练。

【教师课堂板书】

§

高三一轮复习——理解化工生产中“pH值调节”的目的

六、教学效果及反思

1、本节课教学效果及反思

教学效果优秀。在课后的问卷调查中，95%的同学理解了化工题中的pH值调节需要在真实情境下理解其目的进行分析。在下一节课的讲评环节中，学生可以正确讲解前测题目中“pH值调节”的目的及方法。

”本节教学的优点：一是教学过程中深度与学生融合。依据对学生的点评推进环节，暴露学生错误，发现学生思维的亮点，在逐步修正错误，点评亮点过程中逐步推进环节改变学生认知。二是充分发挥小组团队的力量，集中讨论的过程中产生很多智慧。第六组最后的总结既谈到了本节课的主题pH值调节的解题方法，又谈到了对整个化工题的理解，这正是本节课设计的最终目的—小落点，大目标，赢得了全体同学的掌声。

本节课教学的缺点：本节课也暴露了学生元素化合物知识不扎实，对于Al元素间的转化过程不熟悉，应用起来会产生错误的问题。因此前面建构基本分离流程环节反复讨论，耗时较多。

2、高三复习课设计体会

结合广州市教育教研院王季常老师听课后对本节课的点评，反思整个教学设计的过程，

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对今后的高三复习课设计有如下体会。

高三复习课选题要突破学生真实的学困点。反思本节课设计前，作者对本班学生进行了详细的调研考成绩分析。与所在年级、区内、甚至市内综合平均分进行对比，找到学生普遍薄弱的问题：化工流程中物质成分的分析。再针对这个问题，进行问卷调查，实际了解学生的真实困难。又经过前测，统计数据，表明总样本的70%对“调节pH值”目的都不能理解，最终确定教学设计内容。讲学生所困，学生对本节课所突破的内容是感兴趣的，从心理上愿意接受。所以课上能主动分析、讨论，尝试突破学困点，课后能主动尝试应用解题模型解决问题，学生反馈效果好。

高三复习课设计要注重学生原有观念的转变。化工流程题是高考必考题，年年考，年年复习，为什么学生的得分率仍然很低呢？学生不能理解真实的化工生产，不能将学过的物质转化知识应用于化工流程中。本节课首先从学生比较熟悉的FeCl3、AlCl3混合溶液的分离原理出发，让学生从化工生产角度改进流程。通过转换角色，改变了学生分析问题的角度，能够从原料、成本、装置等方面理解真实情境下的化工流程。理解了通过“调节pH值”生成沉淀，过滤分离物质在化工生产中是有现实意义的。再让学生从现有物质转化流程出发，遮住具体物质，改编为高考常见题型。促使学生逆向思维，针对一个已经知道答案的化工流程题，反思如何分析出“pH值调节”目的，进一步体会“pH值调节”在整个化工流程中的目的就是从混合物中转化分离某种物质。如果能确定混合物的成分、某物质的成分，整个流程的分析就非常容易了。

高三复习课过程要注重外显学生的思维过程。人最难认识的就是自己，外显学生的思维过程，才能让学生认识到自己的思维过程哪里是对的，哪里是不全面的。因此本节课，通过单个同学展示、小组合作讨论、小组合作完成解题模型并展示介绍等形式，外显思维，收到了良好的效果。

高三复习课效果要注重提炼解题模型。通过本节课学习，学生对“pH值调节”目的在整个化工流程中的作用理解透彻了，但并不能直接应用于其他题目。换一个化工情境，如何分析“pH值调节”目的对于学生来说又是一个新困难。因此只有提炼出简洁有效的解题模型，利用建构、应用小分析模型，解决大问题。既然“pH值调节”在整个化工流程中的目的就是从混合物中分离某种物质，如果能在审题时能够自觉寻找混合物、某物质的成分，“pH值调节”问题就都能迎刃而解。

路漫漫其修远兮，高三的复习课，容量大、题目难，学生常常有畏难情绪，只有不断提升自己个人素养，脚踏实地了解学生，不断提高对课堂的掌控能力，才能带领学生不断突破难点，勇攀高峰。

七、参考文献

[1]张辉.浅谈高考化学工业流程试题的解决策略[J].学周刊，2017，（1）：180-181. [2]郭腾飞.化学教学中“化工流程专题”的突破策略[J].安庆师范学院学报，2015，（2）：140-142.

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[3]郑少绵、衷明华.高考的“爱子”—无机化工流程题[J].江西化工，2014，（2）：230-231. [4]吴娟琦.从2017年高考题再议工艺流程题的解题方法及启示[J].科技视界，2017，（12）：112，132. [5]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017：55. [6]张雷，刘松艳等.无机化学实验[M].附录Ⅱ常见沉淀物的pH值.北京：科学出版社，2017：154.

教学录像链接: https://pan.baidu.com/s/1fY5IO11okMiHtyOJfVAXxQ 提取码: c9bj

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