基于真实情境认知学习的

化学工艺流程专题复习

李光惠

在《普通高中化学课程标准（2017年版）》以及新的高考评价体系中明确提出，“立德树人、服务选材、引导教学”是高考的核心功能，这三者协同发挥高考的社会作用和教育价值。通过梳理近几年的高考题，可以看出在化学学科高考命题中，化工工艺流程题型的命题越来越倾向于将学科主干的基础知识、反应原理与陌生的、真实的工农业生活生产情境相结合。几乎所有的题目素材情境均来自真实的化学工业工艺，以真实的工艺情境作为载体来考查化学基础知识。对大部分高三一线教师来说，此类题型的教学方式还停留在知识的讲授和题目的解决上，教师主要追求的是题目的解答和学生解决问题的能力培养，没有在素养渗透的基础上教学，并不能理解新高考中由能力立意转化为素养立意的思路。所以，作为一线教师，在教学中应该深刻体会到知识是有情境的，通过在课堂中设计适合学生的实践活动，让学生在身临其境中尝试解决工艺中产生的实际问题，沿着教师搭建的支架完成知识的建构，在实践中促进知识的学习和理解，然后加以应用，再进行内化，转化为素养。

通过对学生学习情况的调查可见，高三学生在已有旧知的基础之上，要解决在一轮复习过程中渗透化学核心素养的问题，如何提高复习的有效性？如何快速提升学生能力？都是教师需要思考的。“炒剩饭”式的复习方式会让学生产生倦怠感，而学生学习方式的改变、教师复习方法的选择、教师复习内容的整合都可以使学生对枯燥的复习产生新鲜感，让学生能够更好地将学习的知识应用在真实情境中处理实际问题，提升学生的学习兴趣，同时提高学生分析和解决问题的能力。

基于以上分析，在化学工艺流程的复习中引入真实的工业情境，利用建构主义理论和情境认知理论，促进知识建构和知识的深入理解，对解决教学中的实际问题具有重要现实意义。

一、基于情境认知学习的理论基础

1.情境认知理论的理论解释

教学情境指在课堂教学中，根据所教学内容，落实教学目标，选择适合学习主体的学习背景材料，能让学习主体在学习过程中产生一定的情感反应的客观环境，营造适合的学习氛围。情境教学设计模式是课程专家斯基尔贝克提出的教学模式。情景模式教学加强了教育与社会发展的联动，也加强了教育与科学发展的联动，既有目标导向的大局观，又兼顾过程导向的灵活性。情境教学设计模式是一个一直在发现问题并解决问题的过程，其重点在于教师选择真实情境，让学生在情境中思考理想情况和现实情况的差异性。

情境认知理论是基于学习者的一种学习论。为了更有利于学习者的学习，教师需要在教学中把知识本身与使用知识的具体情境联系起来进行教学。在传统的知识传授过程中，如果脱离了使用知识的情境，学习者往往不能做到活学活用。在旧的理念中，教师传授简化处理过的结构性知识，而情境认知学习论主张在情境呈现中将实际问题的解决作为直接的教学目标，将学习的知识与使用的情境联系起来，步步引导，对学习者的知识建构更有意义。

2.在复习中引入情境认知理论的意义

在对2018-2020年全国理科综合化学试卷中涉及的有关情境的素材来源、情境素材内容、核心知识、素养取向等方面进行统计分析后可知，高考试题的设置非常契合已发布的2017版新课程标准中明确强调的内容，即要在教学过程中创设真实、具体的问题情境，激发学生学习的主动性，从而促使其主动参与思考，以实现在解决问题过程中培养和发展学生的核心素养。但是一线老师在教学过程中仍然存在简单地教授知识而不联系实际的现象，无法很好地进行真实情境创设。

皮亚杰提出“学习者是在与周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的知识，从而使自身的认知结构得以发展”，所以在化学课的教学过程中，如果教师能够给予学生真实的情境，结合实际情况给予学生学习任务，在学习过程中强调多样性、情境性的信息建构加工，就有利于提升学生的思维深度和广度，促使学生走入真实情境并在逐步深入的学习认知过程中建构和发展自身的知识体系，发展自己的思维，逐渐构建和完善思维模型。

针对化学工艺流程这部分学习内容，笔者在教学中尝试通过本土资源的真实情境导入，来引发学生的学习兴趣，在已有的化学反应原理知识基础之上，对实际工艺流程中制备原理的选择、工艺流程的优化、反应条件的控制、平衡移动的控制、工业废弃物的处理等多方面的内容进行讨论，通过多种学习资源，对化学工艺流程的考查知识得到新的理解和深层次建构。在化学工艺流程专题复习中，可以引入真实情境的化学工艺，甚至可以结合本土的化学工艺，使知识的学习不再是学生认知的“空中楼阁”。教师设计课程时可以从真实的化学工艺流程入手，让学生站在工程师的角度、企业管理者的角度，利用所学的化学反应原理进行分析，探讨和评价在实际生产过程中需要思考的内容，如化学工艺为什么要优化、怎么进行优化、工艺中的废弃物如何处理、怎么让废弃物再产生价值、产物与废弃物之间是否可以联合处理产生价值、环境问题怎么处理、怎么在发展经济的同时保护生态等等，从题目中拓展出更多问题，让学生在思考问题的同时走入情境，更深入地走进实际问题，学习知识和方法以解决真实问题，从而渗透化学学科核心素养。这样的复习方式能使学生的思维角度更加多元，对学生在该类题型上的突破、学科核心素养的渗透、社会责任的形成、科学态度的培育起到润物无声的效果。

教师在复习过程中，可以对化学工艺中涉及的多种化学知识进行分类归纳，引导学生走入情境进行深入思考，构建解决实际问题的思维模型，如化学工艺的优化问题、废弃物的处理问题、产物的协同处理问题等，都能再现化学工艺的真实情境，帮助学生拓展和迁移相关化学知识。学生在学习过程中接触大量的真实学习情境，将理论知识用到实践之中，体验化学工程师们如何将理论知识应用到现实的化工产业中，感受学习化学知识的应用性、创新性。同时，多种多样的情境也让学生学会从多种角度思考解决问题。

二、基于情境认知理论的工艺流程复习教学实例

1.化学工艺的优化过程

在化学工艺优化过程的相关教学中，可以用制碱工艺的变迁为例，该工艺的前生今世确实值得深入挖掘探讨。它既是制碱工艺流程优化的历史，也是中国化工产业逐渐发展起来的历史，能够体现化学学科立德树人的学科价值。该部分的教学设计可以以“纯碱在100多年前叫作洋碱”作为情境创设的起点，以侯德榜先生的故事为主要线索，以天然制碱法→路布兰制碱法→索尔维制碱法→侯氏制碱法的工艺变化来引导学生分析工艺流程中涉及的基本原理、基本步骤，分析流程中的优缺点，并思考工艺优化的理由和变化，让学生在实践中体验每一次工艺优化的意义，最后再引导学生归纳总结，从原料和试剂、制备原理优化、能耗、速率、反应条件控制、产品产率纯度等多方面、全方位地进行方案设计、流程优化的体验，学习评价化学工艺流程的基本思路，让学生在学习中感受当时腹背受敌的中国科学家不屈不挠的精神。

教学的后半段以制碱工业中产物的转化为中心，讨论碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵等作为沉淀剂的情况下如何进行选择并优化方案，引导学生层层深入，利用所学的化学基本原理逐步建构，让学生学会从经济角度、产物角度、实验操作角度等多个方面思考评价，理解在真实的化学工艺中，如何进行化学工艺流程的优中选优。

教师以真实情境进行化学学科教学，通过设计真实任务驱动学生进行实践。学生在实践过程中感受化学工艺的优化过程，在教师的不断引导下，以一个化学工程师的视角来看待真实的化学工艺的不断变迁，可以从化学史的挖掘入手来分析化学工艺的发展过程。在教师搭建的支架中逐步分析，逐步建立化学工艺流程逐级优化的思维模型，再通过讨论如何选择厂址，如何进行产业间的协同发展，进一步理解绿色化学中的原子经济、原料利用率等相关概念。教师利用真实情境的化学工艺对该类型题目的解题思路、解题视角进行拓展，探讨如何实现实际生产中环境保护与经济效益的共赢，给学生留下课后思考的余地，在学生的心中埋下一粒待发芽的种子。

2.化学工艺中工业废弃物的处理问题

分析近几年的化学工艺流程高考试题可见内容，2020年考查了废弃加氢镍催化剂回收镍并制备硫酸镍、软锰矿制备高纯碳酸锰、炼钢污泥制备三氧化二铁。往年的高考试题中也涉及自然资源的开发利用、废弃资源回收利用、物质制备与净化，这些都来源于真实的工业生产工艺。高考试题进一步深化了信息获取能力、逻辑推理能力、实验探究能力、解决实际问题能力的考查，有效地考查了化学核心知识，落实渗透学科核心素养，以达到提高人才选拔质量的目的。从题目的立意来看，主要遵循元素守恒、物料转化、绿色环保、教材联系生活的思想，以及“知识源于教材，立意高于教材，原理在教材内，试题在教材外”的命题理念。

在复习中，教师可以引入贵州磷矿开发中的固体废弃物磷石膏处理的例子，讨论在实际工业中废弃物磷石膏的堆存危害，由此思考进行磷石膏回收的重要意义。教师在教学设计中引导学生分析磷石膏的元素组成，设计回收利用的可能途径和产品价值，再与实际情况进行对比优化，让学生感受实际工业生产中“废物不废、物尽其用”的基本思路。知识一定是有情境的，让学生身临其境地在实践中参与教师设计的活动，更能够促进学生对知识的学习和理解，然后加以应用而内化，在实践中完成知识的建构。教师利用真实情境，通过任务的完成和在教学中给予的方法指导，让学生体验如何在真实情境中解决问题，给学生一个实践的机会，来感受实际工艺生产中工业废物问题处理的基本思路，为学生构建了一个既陌生又熟悉的情景，让学生在情境中解决基本的化学问题。

在含硫化合物的复习中，教师可以用SO2烟气的处理为情境载体，引导学生利用价类二维图，思考烟气的处理意义和价值，讨论SO2烟气的含量检验、如何变废为宝，让学生对工业生产中废气减排、转化的流程进行体验。借助真实情境，逐级推进任务，引导学生走入情境，探究解决办法，体验感受工业废物利用的基本思路，学习工程师们如何在既注重经济效益又注重环境保护的目标下设计方案。SO2烟气也可以通过矿物之间的综合利用进行处理，例如SO2烟气可与低贫锰矿联合开发利用。通过该情境，教师可以让学生再次利用价类二维图分析硫元素和锰元素的价态转变，设计出既可以在流程转化中得到有经济价值的产物，又能够处理烟气的方案。

由此可见，在元素化合物的高考复习中，可以利用真实情境作为知识的载体，利用情境认知理论，在复习过程中引导学生以化学工程师的思路讨论工业废物的处理方法，实现资源的综合开发、循环利用，同时培育学生绿色化学的思想，树立正确的价值观。

以上实例中，与真实情境结合的教学不仅让学生学会从经济角度、产物角度、实验操作角度等多方面思考评价，理解真实化学工艺中的优中选优和化学工艺流程中对废弃物的处理思路，也让学生能够体会到化学学科的社会价值和意义，体验将化学成果“联系实际”并应用于生产生活。

三、反思与建议

1.教学过程中情境创设的入手点

笔者认为可以从以下几方面入手：依据学生的认知发展水平和已有生活经验创设教学情境；通过对相关文献阅读，拓宽情境的获取途径；通过对教学中遇到的异常项进行情境创设；通过实际的工艺流程结合相关元素转化进行情境创设；通过科技发展前沿成果创设情境；通过化学史、科学故事创设情境等等。学生在创设的情境中思考学科问题，理解学科知识，并在学习中加以迁移运用，渗透学科思想，落实核心素养。在情境创设的过程中，还需要注意学生的情感体验，内容积极创新。同时，教师要注意加强课后的反思总结，这有助于提升情境创设的水平，便于熟练掌握“教学情境的确定→核心素养层面的教学目标的确定→教学情境的生成”的基本流程。

2.基于真实情境创设主题式的复习模式

复习过程中，教师可以考虑单元主题式的复习模式，统筹做好课时的安排和课时教学目标，引导学生在任务导向下进行学科知识的学习。教师可以安排一个主题的方案设计和讨论，在进行方案的可行性论证之后，进行实验设计并加以方案的验证。这样一个完整的教学方案设计，对学生知识体系的建构和形成更有实际意义，可以让学生在过程中体验化学工程师完整的思维过程，对学生今后的发展有深远意义。

3.学生活动中注重挖掘学生的主观能动性，培育必备品格和关键能力

教师可在教学中安排学生之间协同、分享、分工合作来拟定相关计划，并在活动反馈后进行反思、修正，通过小组协作的模式和教师不断深入的任务驱动，帮助学生完成知识和思维的建构。同时，提升学生的沟通能力，让学生学会处理个人与他人、个人与团队之间的关系，逐渐成长为全面发展的人。

4.在复习中适当引入家乡本土矿产资源的开发

在复习过程中可以适当引入家乡本土矿产资源的开发过程，展现面临新时代挑战的家乡化学产业从无到有、优化重整后的发展历程，展现自然环境与资源开发之间的关系，凸显学科价值，不仅能够帮助学生解决化工流程试题中的难点，还能培养学生的家国情怀。教师可在教学过程中引导学生站在化学工程师的角度、企业管理者的角度、片区居民的角度等，考虑工业生产的目标，让学生在进行信息整合的过程中逐渐理解化学的学科价值和社会价值。

作者单位：贵阳市第三实验中学