【《基于化工生产情境的高中化学教学分析》7500字】

基于化工生产情境的高中化学教学分析目录TOC\o"1-3"\h\u28822基于化工生产情境的高中化学教学分析 122521.1建设化工生产情境素材资源库 1187771.1.1化工生产文本资料 212381.1.2化工生产拓展资源 11207041.1.3化工生产视频资源 11203331.1.4化工生产教学课件资源 12207921.2建构基于化工生产情境的教学模型 1290141.3设计基于化工生产情境的教学程序 16307321.3.1创设情境，呈现信息 16261821.3.2获取信息，提出问题 16117351.3.3引导建构，整合知识 16222991.3.4回归情境，解决问题 161.1建设化工生产情境素材资源库化工生产情境素材资源库是以化工生产知识为载体组织的知识体系。本研究运用信息化技术手段制作教学课件和微课，深入挖掘化工生产资料，简化化工生产情境素材，利用个人百度网盘账号，建设集文本、图片、音像和视频为一体的，突出综合性、系统性和模块化的化工生产情境素材资源库，并生成永久有效分享链接:/s/1fGFdlVn2J-aezATLNLt1LQ，资源持续更新，供教师、师范院校学生等人群使用。素材资源库建设主要包括化工生产文本资料、化工生产拓展资源、化工生产视频资源、化工生产教学课件等四方面主要内容，其中各项包括以下内容（见图4-1）。化工生产文本资料化工生产文本资料教材中的化工生产真实情境素材高考试题中的化工生产情境素材化工生产情境相关文献及书籍教学设计化工生产拓展资源化工生产改进实验资源回收利用实例化工生产模拟实验化工生产视频资源化工生产微课视频化工生产模拟视频优质教学课例视频化工生产趣味性讲解视频化工生产教学课件优质课例教学课件课程教学课件图4-1化工生产情境素材资源1.1.1化工生产文本资料化工生产文本资料包括高考试题中的化工生产情境素材、教材中的化工生产真实情境素材、化工生产情境相关文献及书籍和教学设计等四方面内容。随着新课程和高考改革的发展，化学新课程标准以培养学生学科核心素养为主要目标，教学内容注重与生活、生产的联系，高考试题全面考查学生信息提取、整合知识解决问题的能力。作为一名教师，应该对某些化工生产资料或高考命题方向有所了解，充实自己的知识体系，并将化工生产资料与理论知识相结合，最大程度地运用于教学实践中，促进学生学习。因此，化工生产文本资料的多样化呈现可以帮助教师或师范生充实教育知识体系，丰富教学内容，有利于拓展学生视野。（1）高考试题中的化工生产情境素材化学工艺流程题是具有真实化工生产情境为背景的一类题型，考查知识范围广，知识综合性强，难度较大，涉及实验操作、离子反应、氧化还原反应、元素及其化合物之间的转化等相关内容。随着社会工业技术的创新与发展，此类试题也在不断地优化、改进和创新，通常以物质元素流程图的形式呈现。本研究分析和整理了2016年至2020年的高考课标全国理综卷中的化学工艺流程题，并查阅了相关工艺流程的化学工艺背景来源（相关文献介绍详见化工生产情境素材资源库），对此类试题的题干信息内容、主要操作和反应原理进行整合、简化，绘画出化学工艺流程框架图，分类汇总见表4-1，如下：表4-1高考课标全国卷化学工艺流程框架图汇总年份（全国卷）题干信息化学工艺流程框架图及反应原理2016年（I）采用NaClO3制备NaClO2主要反应：①2NaClO3+SO2+H2SO4=2ClO2+2NaHSO4②2NaOH+H2O2+2ClO2=NaClO2+NaCl+2H2O+O22016年（III）采用废钒催化剂(主要成分V2O5、V2O4)制备V2O5主要反应：①酸浸：V2O5+2H+=2VO2++H2O、V2O4+4H+=2VO2++2H2O②氧化：6VO2++ClO3-+3H2O=6VO2++6H++Cl-③中和：Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓、VO2+→V4O124-④离子交换和洗脱：4ROH+V4O124-(离子交换、洗脱)⇌R4V4O12+4OH-（ROH为强碱性阴离子交换膜）⑤沉钒：V4O124-+4NH4+=4NH4VO3⑥煅烧：2NH4VO3≜V2O5+2NH3↑+H2O↑2017年（I）采用钛铁矿（主要成分：FeTiO3）制取LiFePO4主要反应：①酸浸：FeTiO3+4H++4Cl-=TiOCl42-+2H2O+Fe2+②高温煅烧：2FePO4+Li2CO3+H2C2O4≜2LiFePO4+3CO2↑+H2O↑2017年（III）采用铬铁矿（主要成分：FeO、Cr2O3）制备K2Cr2O7主要反应：①熔融氧化：2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3(熔融)≜4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2②调pH：2CrO42-+2H+⇌Cr2O72-+H2O③加KCl：2KCl+Na2Cr2O7=K2Cr2O7+2NaCl2018年（I）采用烟道气中的SO2制备Na2S2O5主要反应：①Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2②Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3③结晶脱水：2NaHSO3=Na2S2O5+H2O2018年（II）从闪锌矿（ZnS）提取金属Zn主要反应：①焙烧：2ZnS+3O2≜2ZnO+2SO2②溶浸：ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O、PdO+H2SO4=PdSO4↓+H2O③氧化除杂：Fe2+→Fe3+→Fe(OH)3④还原除杂：Cd2++Zn=Cd+Zn2+⑤电解硫酸锌溶液制备金属锌阴极：Zn2++2e-=Zn阳极:2H2O–4e-=O2↑+2H2↑总反应：2Zn2++2H2O=Zn+O2↑+2H2↑2018年（III）采用“KClO3氧化法”制取KIO3主要反应：①酸化反应：I2+KClO3+H2O→KH(IO3)2+Cl2+KCl②调pH：KH(IO3)2+KOH=2KIO3+H2O2019年（I）采用硼镁矿（主要成分：Mg2B2O5∙H2O）制备硼酸（H3BO3）和轻质氧化镁主要反应：①溶浸：(NH4)2SO4+Mg2B2O5+H2O→NH3↑+MgSO4+Mg3(BO3)2②吸收：NH4HCO3+NH3=(NH4)2CO3③沉镁：2Mg2++3CO32-+2H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-2019年（II）采用重晶石（BaSO4）制备立德粉(ZnS∙BaSO4)主要反应：①重晶石与炭焦粉反应：BaSO4+4C=BaS+4CO↑②回转炉(900~1200℃)：CO+H2O≜CO2+H2③沉淀器：BaS+ZnSO4=ZnS∙BaSO4（立德粉）2019年（III）采用MnO2粉和MnS矿（含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）为原料制备高纯MnSO4主要反应：

①溶浸：MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O②氧化：Fe2+→Fe3+③调pH：Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+④除杂1：Zn2++S2-=ZnS↓、Ni2++S2-=NiS↓⑤除杂2：Mg2++2F-=MgF2↓⑥沉锰：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O2020年（I）以低品位菱镁矿为原料制取高纯镁砂[43]主要反应：①煅烧1：MgCO3≜MgO+CO2↑②浸出：2NH4Cl+MgO=2NH3↑+H2O+MgCl2③沉镁：Mg2++2NH3·H2O=Mg(OH)2↓+2NH4+④煅烧2：Mg(OH)2≜MgO+H2O2020年（III）从废弃的油脂加氢镍催化剂回收镍制备硫酸镍晶体(NiSO4∙7H2O)主要反应：①碱溶：2NaOH+2Al+2H2O=2NaAlO2+3H2↑②酸浸：Ni+H2SO4=NiSO4+H2↑、Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑③转化：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O④调pH：Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓（2）教材中的化工生产真实情境素材高考试题中的化学工艺流程题与社会生产工业接轨，考点知识的综合性强，学生对此类试题的工业生产情境素材比较陌生，伴随着对此类试题的信息获取、知识整合和分析解决问题能力就低，导致该题得分率普遍不高。因此，教师应自身重视化工生产知识，充分发挥教材的作用，从教材中的化工生产情境素材入手，创设真实问题情境教学，引导学生建构化学物质及其转化关系的系统知识网络，并运用学科知识解决化学实际生产问题，体会化学学科知识对科学、社会、技术和环境的价值，进而培养学生化学学科核心素养。为此，笔者对人教版和鲁教版高中化学教材呈现的化工生产真实情境素材进行了整理，对工艺流程的主要操作过程和基本反应原理进行简化与总结，分类汇总见表4-2。表4-2教材中的化工生产真实情境素材情境素材主题生产方式工业流程及反应原理从铝土矿中提取铝（碱溶）电解法主要反应原理：①Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O②NaAlO2+2H2O+CO2=NaHCO3+Al(OH)3↓③2Al(OH)3≜Al2O3+3H2O④2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑（酸溶）电解法═电解═电解主要反应原理：①Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O②AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2O、FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl③2Al(OH)3≜Al2O3+3H2O═电解④2Al2O3(熔融)4Al+3O2═电解（拓展资料）从废旧铝制饮料中提取铝电解法主要反应原理：①2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑②NaAlO2+2H2O+CO2=NaHCO3+Al(OH)3↓（以下同上）从海水中提取食盐第一步：海水晒盐第二步：粗盐提纯粗盐提纯：主要反应原理：①除Mg2+：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓②除CO32-：Ba2++CO32-=BaCO3↓③除Ca2+：Ca2++CO32-=CaCO3↓④除去溶液中多余的CO32-，增大Cl-的浓度：2H++CO32-=CO2↑+H2O从海水中提取溴单质吹出法[44]从海水中提取碘单质氧化、萃取主要反应原理：Cl2+2I-=2Cl-+I2、2I-+2H++H2O2=I2+2H2O从海水中提取镁单质（熔融）电解法主要反应原理：①CaCO3≜CaO+CO2↑、CaO+H2O=Ca(OH)2②Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑硫酸的制备接触法═电解═电解主要反应原理：①沸腾炉：4FeS2+11O2≜2Fe2O3+8SO2②接触室（催化剂/加热）：2SO2+O2⇌2SO3③吸收塔：SO3+H2O=H2SO4工业合成氨Haber-Bosch法[45]①原料气的制取：N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与C作用生成CO2，除去CO2后得到[46]。H2：C(s)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)②主要反应原理（高温高压）：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)硝酸的制备氨氧化法将NH3和空气的混合气通入灼热的铂铑合金网，在合金网的高温催化下，其中的NH3被氧化成NO，生成的NO利用反应后残余的O2继续氧化为NO2通入水中制取HNO3。主要反应的化学方程式：4NH3+5O2=4NO+6H2O、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NONa2CO3的制备侯氏联合制碱法[47]主要反应原理：NaCl(饱和)+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3≜Na2CO3+CO2↑+H2O氯碱工业离子交换膜法电解制碱主要反应原理：阳极(氧化反应)：2Cl--2e-=Cl2↑阴极(还原反应)：2H++2e-=H2↑═电解总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2═电解高炉炼铁/钢铁的冶炼高炉法主要反应原理：C+O2≜CO2、CO2+C≜2COFe2O3+3CO≜2Fe+3CO2从工业废水中回收硫酸亚铁和铜单质置换法主要反应原理：①CuSO4+Fe=FeSO4+Cu②Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑纯硅的制备热还原法主要反应原理：①SiO2+2C≜Si+2CO↑②Si+2Cl2≜SiCl4③SiCl4+2H2=Si+4HCl肥皂的制备皂化法[45]（3）化工生产情境相关文献及书籍化工生产情境相关文献包括高考试题和教材中化工生产情境素材的工艺背景来源（仅供参考）、以“化工生产知识”为主题的课题研究等，包含了详细地前沿信息、操作流程和本课题的前人研究成果。化工生产情境的相关书籍包括高等院校使用的《化工生产技术（第二版）》和《化工基础》，详细介绍了化工生产的基本原理、原料的选用、反应条件、操作流程、产品处理和贮存等过程。（4）化工生产情境相关教学设计此类教学设计是以化工生产情境为载体，创设真实问题情境并贯穿于课堂教学的始终，重视学生活动的设计和师生、生生之间的交流与评价，注重学生整合知识、分析和解决问题的过程，充分发挥教师主导作用和学生主体作用，体现学生学科核心素养形成与发展的教学方案，主要包含优质课例的教学设计和笔者通过教学实践、修改与完善的教学设计。1.1.2化工生产拓展资源化工生产拓展资源包括化工生产模拟实验、化工实验改进方案和资源回收利用实例。大部分化工生产实验的操作流程比较复杂、硬件设施要求高、反应条件苛刻等，一般在中学实验室中难以实施。因此，教师可以用模拟实验或改进化工实验来代替。其次，化工生产知识普遍存在于生活生产之中，在资源回收利用方面有着较高的实用价值，教师在教学中可适当地引入资源回收利用的实例，拓展化工生产知识的广泛用途，进而培养学生科学态度与社会责任学科核心素养。1.1.3化工生产视频资源化工生产视频是一种集文字、图片和音像等方面素材于一体的一种教学资源，包括化工生产逼真动画模拟视频、化工生产相关微课、化工趣味性讲解视频和优质课例视频等内容。化工生产方面的知识综合性较强、难度大且抽象，由于化学学科学习时间有限，教师不可能在课堂教学中详细讲解太多工业生产方面的知识，也不可能组织学生到工厂中观察工业生产的真实案例，导致学生难以理解和内化所学知识。因此，学生必须在课前或课后进行补充学习。此时，教师就可以在化工生产情境素材资源库下载化工生产视频给学生观看和学习，学生不仅可以体验真实工业生产的场景，体会化学学科知识与生活、科研和生产实际的联系，而且可以对真实生产案例中的一些问题进行思考和分析，对于培养学生综合与分析、运用化学学科理论知识解决实际问题能力，对于促进学生化学学科核心素养的发展具有重要的意义。1.1.4化工生产教学课件资源教学课件是教师根据教学大纲的要求和教学内容的需要，通过对教材处理和学生学情分析，融合化工生产知识，将文字、图片、动画和声音等素材相结合的一种教育资源，凸显化工生产情境素材的趣味性和时代性，突出化工生产真实问题情境的创设、发现问题、探究、分析和解决问题的过程。素材资源库的教学课件包括相关优质课例的教学课件和自制的课程教学课件，并且会持续更新，为一线化学教师提供教学资源参考。1.2建构基于化工生产情境的教学模型教学模型的建构必须综合地考虑教学的实际情况、教师的教学方式、学生的兴趣、态度及认知结构水平等因素，这样才有利于师生的共同发展。因此，在进行教学实践之前，笔者分别设计了访谈提纲和调查问卷对教师、学生进行了访谈与调查，对此部分的结果分析如下：（一）教师方面首先，根据教育实习的实际情况，为清晰地了解教师们的教学方式，笔者进行了为期3个月的听课活动，认真做好听课记录并进行整理、分类与对比，找出了化学教师们教学的共同特点。例如：教师在讲解元素及其化合物知识时，虽然教学风格不同，但教学设计思路大多为：新课导入——提出问题——物质性质——用途——解决问题。其次，为能真实地了解化学教师们对如何实施化工生产情境教学的真实想法及建议，笔者设计了访谈题目对教师进行了面对面交流，访谈结果汇总见表4-3。表4-3一线化学教师对实施化工生产情境的看法及建议问题看法及建议在高中化学新课教学中创设简单的化工生产情境，让学生了解化学学科知识与工业生产的联系，从中引出问题，学习新知识，再整合新知识解决化工生产情境中的问题，您觉得这样的教学方式适合目前的高中生吗？A老师：这样的教学设计思路适合高二年级学生的学习，因为他们在高二已经学习了元素及其化合物、有机化学、实验操作等知识，对解决化学工艺流程中的问题比较容易。B老师：由于化工生产知识的综合性强，难度较大，高一的学生可能接受不了，“情境素材导入—提出问题—学习新知识—解决问题”这样教学设计思路比较适合高二、高三年级的学生，因为他们具有了一定的知识储备。C老师：这要看教学的对象，目前来讲高一年级的学生知识的构造、知识的连续性可能稍微弱一点，因为他们所学的内容不多，但我觉得把工艺流程图改成框图式工艺流程图整合学生所学知识，也就是说在常规的工艺流程上稍作改进与创新，设计一些让学生感兴趣的生活化学、化学与化工这些热点的问题，让学生尽早接触高考的难题，激发学生的认知水平，不仅能够解决当下的一些问题，也便于提高学生对化学学科学习的兴趣，这对学生学习能力的提高是有帮助的。D老师：“创设情境——学习新知识——引导解决问题”这样的教学思路在一定程度可以提高学生的学习兴趣，但目前用于化工生产知识的学习并不多，可以考虑尝试。E老师：具体内容具体分析，在元素及其化合物、有机化学等知识中采用这样的教学设计思路比较便于教师教学。因为你不在这些知识的教学中穿插化工生产情境让学生分析，到了高三学生也会需要你讲解化学工艺流程题中情境来解决问题。如果教师在平时授课中能让学生提前接触化工生产情境素材，能培养学生对此类情境性试题的解题能力。F老师：“提供情境——提出问题——学习新课——解决问题”这样的教学思路是目前教学改革的方向，因为现在的课堂教学要体现学生的主体作用，而用化工生产情境素材引发学生思考就是体现学生主体作用的一个过程，也可以培养学生的学科核心素养，对于我们学校学生的能力是比较适合的。……由表4-3访谈结果可看出，大部分化学教师对如何实施化工生产情境教学提出真实的看法和建议，认为在课堂教学中穿插化工生产知识，采用“情境素材——提出问题——学习新知识——解决问题”教学设计思路是化学教学的改革方向，可以充分发挥学生在课堂学习中的主体作用，激发学生学习化学的兴趣，帮助学生提高学习能力，引起学生对化工生产知识的重视等，也便于教师的教学。但高一年级学生的知识储备和知识连续性较弱，需要改进和创新化工生产情境素材的呈现方式，这样才有利化工生产情境教学的开展。（二）学生方面在清晰地了解了学生对情境素材认知现状的基础上，进一步调查学生对化工生产情境素材使用的意愿和建议（调查问卷第10、11、12、13题），为建构基于化工生产情境的教学模型提供依据，调查结果整理、分析如下：题目10：你认为在化学学习中需要加强对化工生产知识的学习吗？图图4-1学生对化工生产情境素材使用的意愿题目11：你是否愿意在化学新课中引入化工生产情境素材进行学习？图图4-2学生对化工生产情境素材使用的意愿题目12：你希望在化学学习中化工生产情境素材以哪种形式呈现？图图4-3学生对化工生产情境素材使用的建议题目13：你希望化学教师在哪些教学环节引入化工生产情境素材？（多选）图图4-4学生对化工生产情境素材使用的建议由图4-1、4-2看出，92.8%的学生认为在化学学习中需要加强化工生产知识学习，而其中的92%愿意在化学新课学习中引入化工生产情境素材进行学习，这说明了学生渴望对化工生产情境素材的学习。在此基础上继续调查学生希望化工生产情境素材以什么形式呈现时，图4-3结果显示，52.9%和26.9%的学生分别希望以视频和图片的形式呈现，17.9%则希望以实验探究的方式进行学习，而只有1.8%的学生希望情境素材以化学工艺流程的形式呈现，这说明了大多数的学生喜欢直观的情境素材，并对实验探究感兴趣，但也说明了学生对化学工艺流程的接触少。在问到学生希望化学教师在哪些教学环节引入化工生产情境素材时，图4-4结果显示，78.9%以上学生希望教师在新课引入和物质性质——用途学习环节中使用情境素材，25.6%希望在习题中讲解素材，而18.8%希望在课后任务中自己查阅资料学习，这说明了大部分学生对新课引入的情境素材比较好奇，重视对物质的性质——用途的学习。综上所述，大部分教师和学生对化工生产情境素材的使用持积极的看法，并提出了宝贵的建议，对建构基于化工生产情境的教学模型提供了参考依据。因此，笔者为了能将理论知识更好的运用于实践，充分利用化工情境素材资源库的资源，结合教育理论、化学学科的特点、教师的建议、学生的学情以及学生对化工生产情境素材的意愿和建议等，从教师和学生的角度建构了基于