基于模型建构的初中化学复习课教学设计
——以“物质的分离与提纯”为例

陈施施，李 睿

(云南师范大学 化学化工学院，云南 昆明 650500)

化学科学思维是学生基于事实和逻辑进行独立思考和判断，对不同信息、观点和结论进行质疑和批判，提出创造性见解的能力。它涵盖了比较、分类、分析、综合、归纳等科学方法，并强调基于实验事实进行证据推理和模型建构的思维能力[1]。

化学科学思维是指像化学家一样，在对物质进行分析、合成、转换和建模的科学探究与实践活动中，进行知识建构和推理应用的认知过程[2]。在化学科学中，模型具有非常重要的地位，如若没有模型，化学科学的发展将无从谈起。因此，我们可以说，模型是化学学科的基石[3]。因此，化学教育应注重培养和强化学生的化学科学思维能力，提升其独立思考和解决问题的能力，从而助力学生在各个领域的学习和应用。

1 问题的提出

“物质分离和提纯”是初中化学学习科学探究和化学实验主题中不可或缺的一部分，也是科学探究能力培养的必要组成部分[4]。在进行相关调查后，发现初中化学物质分离和提纯复习课的教学普遍存在以下几个问题：①学生对分离和提纯的概念了解不够全面，缺乏整体性的认识能力；②学生无法选择适用于不同物质的除杂方法；③日常教学仅注重知识和技能的单一领域，忽视物质分离和提纯的思想方法和整体流程的熟练掌握。复习课教学应该突出方法的提炼和能力的提升，而不是简单的知识重复讲解。若教师过于强调自己的主导作用，会导致学生失去主动性，从而无法真正掌握复习的技巧和方法，这违背了培养学生自我学习能力的初衷。因此，我们应当关注学生的潜力，引导他们独立思考和自主学习，让他们能够掌握复习的关键方法，提高自主学习能力[5]。因此，教师可以通过拓展模型应用，转变碎片化知识为系统化知识，形成物质分离提纯的思路和模型结构。该研究结合了当前的教学现状，旨在构建初中“物质分离与提纯”的思维模型，以提升学生发现问题和提出问题、分析问题和解决问题的能力。为此，本文设计并实施了一个基于模型建构的初中“物质分离与提纯”的复习教学实践。

2 物质分离与提纯的模型

在结构、性质、方法、标准之间建立联系，初步形成物质分离提纯的一般思路，如图1所示。该模型以物质的性质差异为关键切入点，基于物质分离提纯的基本原则，选择相应的物理方法或化学方法，再进行修正补充，最终达到分离提纯的目的。教学过程中应致力于培养学生多元化的思维方式，鼓励学生在不同层次的模型中进行自主构建，以激发他们的认知潜力。

图1 物质分离与提纯的思维模型

3 基于模型建构的“物质的分离与提纯”教学分析

1)学情分析

在复习课阶段，学生们已经初步地掌握了金属、酸、碱和盐的性质，对不同物质的特性有了较为全面的理解，能够基于物质类别对其进行性质分析。此外，他们还熟悉了常见的物质分离方法：包括蒸馏、结晶、过滤等物理方法；以及转化法、沉淀法和气化法等化学方法。因此，他们已经具备解决简单的除杂问题的能力。

2)教学目标

①理解物质的提纯与物质的分离区别与联系，了解物质的分离与提纯基本原则 (不增、不减、易分离、易复原)。 ②学会寻找合适的方法对混合物进行分离、 提纯。 ③引导建立物质分离提纯思维模型，有助于解决问题能力的提高和全面认知水平的提升，同时也培养创新高阶思维。 ④通过创设不同的问题情境，加强对物质分离提纯模型的应用，增强迁移创新能力。

3)教学思路

本节课的具体教学思路是：从真实情境出发，引出问题，任务驱动式引导学生初步构建和强化模型；通过以学生为主体的教学评一体化教学，进行深入的模型辨析，帮助学生掌握模型建构过程；通过拓展模型应用，进一步培养学生的学习兴趣和解决问题的能力；最后将碎片化知识转变为系统化知识，形成物质分离提纯的一般思路，形成模型结构的系统化。这一教学过程能够有效激发学生的学习兴趣，提高学习效果，培养发现问题和提出问题、分析问题和解决问题的能力，从而提高学生的综合素质和实践能力[6]。具体教学思路见图2。

图2 基于模型建构的初中化学“物质分离与提纯”教学思路

4 基于模型建构的“物质的分离与提纯”教学设计

环节一：预设情境，引发质疑

【情境1】PPT展示视频：元宵节是我们中国的传统节日，元宵佳节赋予了人们对幸福美好生活的向往，在这天，小云同学想要和妈妈一起自制芝麻汤圆馅料，但她却不慎将食盐错认为白糖加入了芝麻里面。为了不浪费食材，小云想寻求同学们的帮助，请同学借助化学课所学的知识帮小云同学分离提纯芝麻与食盐。

设计意图：创设真实生活情境，以情境为主线，探究有关物质的分离提纯方法，激发学生学习兴趣，吸引学生主动探究，发展学生的科学探究与实践、科学态度与责任的核心素养。

环节二：多重提问，初构模型

1)初步分析问题

【教师】首先我们要清楚什么是分离？什么是提纯？以及分离提纯的原则及方法。

【学生】分离指的是两者都要恢复到原状态。提纯就是除杂，一般选择提纯更重要或者量比较多的物质。分离与提纯的原则都是不增、不减、易分、易复原，方法有物理方法和化学方法。

2)深度探究问题

【教师】基于以上分析，小组合作讨论设计方案，要求从以下内容汇报：分离提纯芝麻与食盐的依据什么？提纯芝麻和提纯食盐的方法有什么不同？

【生】芝麻不溶于水，而食盐溶于水，根据它们在水中溶解性的不同，加水溶解过滤，滤液就是食盐水，滤渣就是芝麻。若要芝麻就对滤渣洗涤、干燥；若要食盐就蒸发结晶滤液。

3)回忆探究过程

【教师】梳理 “分离提纯芝麻与食盐” 的研究思路。

【学生】第一步，明确混合物的成分，明确要分离提纯什么物质(芝麻)；第二步，找到混合物成分之间的性质差异，比如说食盐与芝麻的性质差异就是在水中的溶解性不同；第三步，根据它们之间的性质差异选择对应的方法，将杂质转化为非所需状态，将所需物恢复到原状态。如图3所示。

图3 学生展示：芝麻与食盐的分离提纯过程分析

【教师】在这个例子中，我们采用了过滤法和结晶法。除此之外，还有其他利用物理性质差异的分离提纯例子吗？

【学生】分离酒精和水，利用沸点不同可用蒸馏将其分离提纯。

【教师】引导学生将以上研究思路迁移到一般性的物质分离提纯问题中，学生初步形成“物质分离与提纯”问题的思维模型，如图4所示。

图4 物质分离与提纯的初构思维模型

设计意图：在探究过程中，学生通过讨论、思辨、概括归纳等方式，不断完善物质分离和提纯的基本思路：成分分析——性质差异——选择方法。结合实际问题，由具体的探究过程初步构建物质分离提纯的思维模型。将问题情景化以及观念外显化，学生能够更好地理解和应用所学知识，更好地实现课程目标和理论与实践的有效结合。提升学生科学思维、科学探究与实践的核心素养。

环节三：认知冲突，完善模型

【情境2】上面是关于生活中分离提纯的例子，将生活回归到化学中，食盐也就是我们化学中常见的氯化钠。接下来就以提纯氯化钠为主线，看看下面几个提纯例子，括号内为杂质：NaCl(Na2SO4)、 NaCl(Na2CO3)、 NaCl(NaOH)同学们交流讨论，利用初步构建的思维模型进行分析。

【学生】回顾思维模型，发现问题：找不到显著的物理性质差异。

【教师】所以有时候仅利用物理方法解决物质分离提纯问题是不够的，大部分情况下要与化学方法相结合。

【教师】提出疑问：在解决物质分离提纯的思维模型中，最关键的一步就是“性质差异”，那在这三个例子中，“性质差异”到底是什么？与分离提纯芝麻与食盐中的“性质差异”有什么区别？

【学生】阴离子不同。在分离芝麻与食盐时，是从宏观的物理性质出发，找到差异。而在这里，是从微观的离子角度出发，找到离子间的差异。

设计意图：旨在通过教学，让学生自然地从物理方法转向化学方法，引导他们从分离和提纯物质性质差异的视角逐渐深入结构差异的认知领域，引导学生从宏观到微观的角度认识物质除杂过程，让学生更好地掌握这一理论知识。在理解除杂的同时，通过从离子的视角看待物质，以及从离子的角度看待除杂，有更深入的认识，发展学生宏观辨识与微观探析的核心素养。

【教师】引导学生分析探究思路：从根本上来说，有以下步骤：①杂质离子是什么？②如何确定除杂试剂？③归纳三种情况分别采用什么化学方法？④写出相应的化学反应方程式

【学生】第一步，明确混合物的成分；第二步，找到杂质离子，分别是硫酸根离子、碳酸根离子、氢氧根离子；第三步，根据杂质离子与所需离子的性质差异，确定除杂试剂和方法。归纳化学方法分离提纯如表1所示。

【教师】通过这个例子，我们可以发现利用化学方法解决物质分离提纯类问题时，与物理方法相比有什么不同？关键是什么？

【学生】关键就在于找到杂质区别于所需物之间的特有差异，再根据它的特有差异去一一对应选择相应的方法，想尽办法将不要的杂质发生化学反应转化为想要的所需物或者转化为非所需状态。

【教师】根据分析过程，学生自主完善思维模型，小组汇报完善的模型。如图5所示。

表1 学生汇报方案：物质分离提纯的化学方法

图5 物质分离与提纯的二次完善思维模型

设计意图：模型回顾，发现问题，形成认知冲突。在初构模型的基础上，教师提出引导性问题，学生完成自主探究方案的设计，分析方案经历一次应用所建思维模型的过程，自主完善模型，将探究过程与思维模型紧密结合，最终形成“物质分离与提纯”的思维模型。发展学生的化学观念、科学思维、科学探究与实践的核心素养。

环节四：归纳总结，确立模型

【教师】以NaCl(Na2CO3)为例，以提问的方式引导学生梳理思维模型建构的思路。问题1：可不可以将除杂试剂换成稀硫酸？问题2：加入的稀盐酸可不可以过量？问题3：如果过量怎么处理？

【学生】如果换成稀硫酸，就会引入新的杂质离子硫酸根离子，违背分离提纯“不增杂”的原则。盐酸过量，同理，会增加新的杂质HCl。如果过量，再加入适量的碳酸钠溶液即可。

【教师】以上分析能得出什么结论？

【学生】在物质的分离提纯中，不能违背分离提纯的基本原则，所以选择的试剂要合理、用量要合理、过量要处理。

【教师】归纳总结。问题1：对物质分离提纯的思路有什么新的认识？问题2：请完整的说出物质分离提纯的思维模型？并修改完善先前的思维模型。

【学生】在结构、性质、方法、标准之间建立联系初步形成物质分离提纯的一般思路(如图1)。

设计意图：让学生学会反思，引导学生不仅从知识角度，也要从方法的角度总结反思以及内化。引导学生再次回顾模型和探究过程，针对模型的发展点进行巩固完善。发展学生的化学观念、科学思维、科学探究与实践的核心素养。

5 教学反思

1)在真实问题情境中运用模型

学生在学习理论知识后，面对复杂情境时并不能很好地将所学知识与陌生问题解决相结合，这表明学生没有建立相关理论和实践之间的联系。因此，在教学中需要创设真实问题情境，尤其要注重理论知识在复杂陌生环境中的应用，这样的教学方式有助于提高学生解决问题的能力，帮助他们更好地将理论知识应用于实践中，从而更好地实现课程目标中要求的理论与实际的有效结合。

2)注重培养学生的科学思维

设置了多个分离提纯活动，包括物理方法和化学方法，难度逐渐加深，从简到繁，知识结构层层递进，逻辑层次清晰。

3)由浅入深地探究构建模型的过程

在本研究中，设置了多个物质分离提纯的任务，由浅入深、由物理方法到化学方法、由宏观的认识角度到微观的认识角度。在探究过程中，学生结合已有认识，亲自体验建模过程，形成并应用“物质分离与提纯”的思维模型。