陳粲 嚴西平

摘要：在中考化學“工藝流程”專題復習課中，運用“設計型”學習和“工程思維”的理論進行了教學設計，改變只重視知識點強化記憶的呆板印象，強化引導學生主動參與工藝流程設計的“設計型”學習，注重培養(yǎng)學生“工程思維”的形成與發(fā)展。在教學中體現(xiàn)設計型學習的思路與方法，闡釋工程思維的方式和特點，建構解決實際問題的模型。

關鍵詞：設計型學習；工程思維；模型建構；化學工藝流程

文章編號：1008-0546（2023）09-0059-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2023.09.011

在中考復習中，很多復習課往往變成知識點的強化記憶，而忽略了運用，即使運用，也僅僅表現(xiàn)在刷題、講題、練題，而忽略了學生的思維、能力的綜合提升。2022年6月，筆者有幸在泰州市鳳凰初中上了一節(jié)題為“化學工藝流程”的公開課，同時作為泰州市初中化學名師工作室成員，在本節(jié)課展示了本工作室江蘇省教育科學“十四五”規(guī)劃課題的階段性研究成果，有關“設計型學習”以及“工程思維”在化學教學中的實踐。

一、教學設計背景

隨著新課標的頒布，教育被賦予了新時代新使命，這就要求教育工作者能夠與時俱進。義務教育階段的化學課程需要發(fā)揮其育人功能，培養(yǎng)有理想、有本領、有擔當?shù)臅r代新人。[1]新課標要求開展化學教育過程中重視以核心素養(yǎng)為導向的教學，其中核心素養(yǎng)之一科學探究與實踐里面就強調(diào)：運用簡單的技術與工程方法設計、制作與使用相關模型和作品的能力、提出解決實際問題初步方案的能力。

“設計型學習”是一種融合探究活動和設計實踐的學習方法，由教師提出設計型學習挑戰(zhàn)，學生經(jīng)過反復探究、設計來完成面向真實情境的項目，最終形成學習成果。設計型學習能幫助課堂提質(zhì)增效，能幫助培養(yǎng)學生的探究、協(xié)作、設計和創(chuàng)造等高階能力。在國外，“設計型學習”主要應用于K-12教育、教師教育方面，在國內(nèi)還處于研究、梳理、分析層面，尚未應用于實踐。[2]

工程思維是一種高階思維，是一種科學思維。工程思維以具體的某個實際問題為驅動框架，要求學生在任務的驅動下通過合作、探究等方式解決實際問題。[3]為培養(yǎng)“三有”新人，工程思維的培養(yǎng)就顯得尤為重要。作為啟蒙階段的化學學科，旨在培養(yǎng)新人，培養(yǎng)有思維能力的人，培養(yǎng)有動手能力解決實際問題的人，培養(yǎng)有智慧、有悟性、有愛國心的人。

二、教學設計思路

在化學教學中，以舊知喚新知，這種知識之間的內(nèi)在聯(lián)系可以為學生的思維發(fā)展呈現(xiàn)一個明晰的脈絡，所以，我們要搭建知識之間的內(nèi)在聯(lián)系契合點，更好地發(fā)揮學生最近發(fā)展區(qū)的作用，讓新知識可以有效地融入舊知識系統(tǒng)之中，讓學生的化學思維結構清晰、條理分明。基于此實施情境教學，以社會事件、生活實際、化學實驗、工業(yè)生產(chǎn)、化學史料、學科前沿等視角來創(chuàng)設情境化問題鏈，促進化學知識與實踐應用的結構化，從而在教學中實現(xiàn)情境化、問題化、任務化、活動化；激發(fā)學生學習興趣，引導學生積極開展自主學習、探究學習和合作學習，從而進一步培養(yǎng)學生的工程思維。

本節(jié)課從概念人手，設計、探究后進行再設計、再探究，通過迭代提高完成學習任務的挑戰(zhàn)。課堂伊始，筆者以“中國制造”創(chuàng)設情境，引出化學工藝流程，目的要培養(yǎng)學生的民族自豪感以及深刻認識到化學工藝在社會發(fā)展中的重要性，同時以激昂的背景音樂迅速將學生的注意力拉進課堂中，引出化學工藝的主題。

在課堂中，先幫助學生理解化學工藝流程的概念及步驟，初步了解化學工藝流程的規(guī)則和解讀方法，然后設計兩個問題：侯德榜制堿法和疫情防控方面的消毒劑制取，創(chuàng)設這兩個問題的初衷也是為了能夠培養(yǎng)學生的民族自豪感和愛國情懷。在流程圖中，將酸、堿、鹽的相關知識配合相關實驗操作進行組合，讓學生能夠學以致用，因此，在分離提純的環(huán)節(jié)中創(chuàng)設一個真實情境，讓學生自主合作完成流程圖的設計，并且讓學生知道很多物質(zhì)其實就是在我們身邊，并沒有想象得那么遙不可及，明白知識源于生活、反哺生活。在硝土和草木灰的講解中，貫徹傳統(tǒng)文化的滲透，再次激發(fā)學生的求知欲以及對文化自信的強化。

三、教學過程

1．創(chuàng)設情境，引入主題

【展示】視頻播放：中國制造

【教師】中國制造，世界聞名。中國制造是速度的代名詞，而在實際生產(chǎn)、建設中，往往都存在著一定的制造流程，待流程設定完畢后，即可完成工藝制造。今天我們就一起來學習化學工藝流程該如何設計。

2．直奔主題，初識概念

【教師】化學工藝是什么？什么是化學工藝流程？

【展示】化學工藝即是化學技術或化學生產(chǎn)技術?；瘜W工藝流程指將原料主要經(jīng)過化學反應轉變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程，也包括實現(xiàn)這一轉變的全部措施。

【教師】我們?yōu)槭裁匆芯繉W習化學工藝流程問題？

【展示】（1）化學工藝流程問題來源于真實廣泛的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活；

（2）新課標要求學生具備綜合運用化學的相關知識和科學方法解決生產(chǎn)、生活實際和科學研究中的簡單化學問題的能力；

（3）化學工藝流程題問題設置靈活，考查的知識點全面，對學生的綜合素質(zhì)和能力要求較高，幫助學生提高分析和解決實際問題的能力。

3．問題指引，模型建構

【教師】化學工藝是國家發(fā)展的命脈，在近代，我國涌現(xiàn)了一大批愛國化學家，侯德榜和他的“侯氏制堿法”享譽世界，我們跟隨侯德榜先生制堿的流程一起來認識化學工藝。

【展示】1926年，我國化工專家侯德榜創(chuàng)造出的“侯氏制堿法”，結束了由美、英、法等國壟斷世界純堿市場的時代。其模擬流程如圖1所示：

【教師】同學們，這就是“侯氏制堿法”的流程簡圖，讓我們帶著問題自主學習工藝流程有哪些要點？從圖中你可以知道哪些信息？

【展示】（1）在該流程中，所需原料是什么？

（2）在流程中涉及到哪些具體操作和反應？

（3）目標產(chǎn)品是什么？

（4）可循環(huán)使用的物質(zhì)是什么？

（5）你認為化工流程分幾步進行？

【學生活動】以小組為單位（6人一組），自主學習，小組交流，最后匯報。

【教師】在大家的自主思考、相互合作之下，我們對上述這一流程有了進一步的認識，而化工流程分幾步進行呢？老師在大家的總結之后精煉了一下，分為三步進行，其實剛才大家都已經(jīng)總結到了，我們一起來看。

【展示】化工流程一般分為三步：原料預處理、化學反應、產(chǎn)品精制。其中化學反應是整個流程的核心（見圖2）。

4．初窺門徑，小試牛刀

【教師】我們剛才已經(jīng)認識了化工流程的基本要素，接下來我們一起解決一個我們生產(chǎn)中的問題。疫情防控是當下的主流安全問題，而消毒劑是我們生活中必不可少的物品，那么它的制造又有什么樣的問題呢？一起解決吧！

【展示】在抗擊疫情期間，消毒劑在公共場所進行衛(wèi)生防疫時發(fā)揮著重要作用。二氧化氯（ClO2）是一種高效、廣譜、安全的殺菌消毒劑。以粗鹽水（含可溶性雜質(zhì)MgSO4.CaCl2）為原料，制取ClO2的工藝流程如圖3所示：

（1）試劑A為▲。

（2）加入過量Na2CO3溶液的作用是▲。

（3）步驟④中發(fā)生反應的化學方程式▲。

（4）上述流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)有▲。

【學生活動】獨立解決問題，請小組代表為大家講解解決問題的思路與方法。

【總結】解讀工藝流程的思路與方法：閱讀題干，找關鍵詞，明確目標，理解流程，整合信息，細心解題。其中還需要注意把名稱換為化學式，寫出相關反應的化學方程式，注意細節(jié)并規(guī)范語言。

5．模型已成，思維展現(xiàn)

【教師】古法制硝流傳已久，作為中國人，作為化學人，傳承中華傳統(tǒng)文化義不容辭。古法制硝后的硝酸鉀中有許多雜質(zhì)．請大家設計一個切實可行的方案，提純硝酸鉀，并畫出工藝流程圖。

【展示】小組活動：制取硝酸鉀可以用硝土和草木灰作原料，現(xiàn)有用該法制取的某硝酸鉀固體樣品，其中含有少量雜質(zhì)（氯化鈉、氯化鉀、碳酸鉀、氫氧化鈉、碳酸鈣），請以小組為單位，為KNO3的提純制定方案，以流程圖呈現(xiàn)。

【學生活動】獨立思考，小組合作、探究，展示小組研究成果（以投影展示）。

【評價】學生對方案的優(yōu)缺點進行自評，對彼此方案的異同進行分析，對設計過程中的困惑進行公開討論解決，最后教者給出建議。

四、教學反思

本節(jié)課在新課標的理念之下，運用“設計型”學習融合探究活動和設計實踐的學習方法，增進對學科內(nèi)容的學習和理解，提升學生的綜合能力與核心素養(yǎng)，以此培養(yǎng)學生的工程思維以及通過學習來解決復雜的現(xiàn)實問題的習慣與能力。

在課堂設計時，以愛國心、民族結、傳統(tǒng)情為暗線貫穿始終，培養(yǎng)學生正確的價值觀。在解決實際問題時，以正向思維引入，以逆向思維結尾，在正逆思維的雙向碰撞下，能較大程度地培養(yǎng)并提升學生的高階思維，引導學生巧用分析、評價、創(chuàng)造等思維來解決實際問題，這樣更能體現(xiàn)學科價值，更能貼合新課標的要求，才能不負總書記培根鑄魂、啟智增慧的囑托。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部，義務教育化學課程標準（2022年版）北京：北京師范大學出版社，2022.4．

[2] 李美鳳，孫玉杰，國外“設計型學習”研究與應用綜述[J]．現(xiàn)代教育技術，2015 （7）：12-18．

[3] 陸庭鑾，化學教學中工程思維的內(nèi)涵及培養(yǎng)[J]．教學與管理，2022（07）：62-65．