【摘要】文章通過分析屠呦呦提取青蒿素的過程，歸納物質(zhì)制備方案設(shè)計的一般流程，以近幾年江蘇省高考化學物質(zhì)制備方案的設(shè)計題為例，以培育學生的化學信息素養(yǎng)為出發(fā)點，建構(gòu)物質(zhì)制備方案模型。

【關(guān)鍵詞】高中化學；化學信息素養(yǎng)；模型認知；模型建構(gòu)；物質(zhì)制備方案

【基金項目】本文系江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年度重點自籌課題“中學化學課程實施中提升學生信息素養(yǎng)的策略實踐研究”（批準號：B-b/2020/02/157）、興化市教科研“十三五”2020年度省市立項課題“科學論證視域下的化學教學適切性研究”（批準號：2019JK13-L369）的研究成果。

作者簡介：宗漢（1974—），男，江蘇省興化市楚水實驗學校。

信息素養(yǎng)和模型認知是化學學科素養(yǎng)的重要組成部分，兩者內(nèi)涵豐富、相互關(guān)聯(lián)。高中化學教師應(yīng)注重培育學生的化學信息素養(yǎng)，讓他們建構(gòu)物質(zhì)制備方案設(shè)計的模型認知，并學會運用模型認知解決化學

問題。

一、化學信息素養(yǎng)與模型建構(gòu)的基本內(nèi)涵

《中國高考評價體系》指出，信息素養(yǎng)較強的學生應(yīng)能夠全面準確地獲取信息，閱讀和理解學科文本、基本符號，并從陌生情境中提取有效信息；能夠準確分析、概括和描述學科所涉及的規(guī)律或原理，最終解決真實陌生情境下的問題?？梢?，化學信息素養(yǎng)是指學生在真實、復(fù)雜且陌生的問題情境中，通過閱讀、分析、化學實驗等途徑準確而又快速地獲取化學信息，對化學信息進行多角度、多層面、系統(tǒng)化的加工處理，最終建構(gòu)解決化學問題的認知模型的能力。

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）指出，“模型認知”是高中化學核心素養(yǎng)的重要組成部分，其主要內(nèi)涵為借用已有的科學模型或運用模型方法自主建構(gòu)模型，從而分析、解決問題。

信息素養(yǎng)是化學學科素養(yǎng)的重要組成部分，學生可以通過多種途徑獲取化學信息，對這些化學信息進行“內(nèi)化”，建構(gòu)具有普遍意義的認知模型，從而提高自身思維發(fā)展水平的深度和廣度，有效提升化學學科核心素養(yǎng)。

二、基于化學信息素養(yǎng)與模型建構(gòu)的“物質(zhì)制備方案”教學設(shè)計與實踐

（一）教學內(nèi)容

《課程標準》指出，學生應(yīng)能夠設(shè)計一些較為簡單的綜合實驗（如物質(zhì)轉(zhuǎn)化、分離提純、性質(zhì)應(yīng)用）；能根據(jù)實驗?zāi)康倪x用適宜的實驗方法（如變量控制），控制反應(yīng)條件，安全完成實驗；能用相關(guān)信息（如符號、數(shù)據(jù)、圖表）描述實驗證據(jù)并進行分析推理，最終形成實驗方案；能基于“綠色化學”理念設(shè)計制備物質(zhì)的實驗方案，并進行評價和優(yōu)化?；诖?，教師分析并歸納近六年化學實驗方案設(shè)計的考試內(nèi)容（如表1所示）。

（二）教學目標

第一，學生能夠依據(jù)已有知識和題目信息分析物質(zhì)制備原料中的成分和目標產(chǎn)物；第二，學生能夠結(jié)合實驗?zāi)康呐c物質(zhì)制備過程中的化學原理，繪制物質(zhì)制備的流程圖，并建構(gòu)制備實驗方案的認知模型；第三，學生能夠用文字規(guī)范地表達實驗方案、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果和結(jié)論，并能從實驗步驟、反應(yīng)原理等方面對實驗進行評價。

（三）教學過程

【學習化學史，認識模型認知】

首先，教師展示相關(guān)資料，介紹青蒿素的化學結(jié)構(gòu)式（如QW7IZSaRMaguhC1313IuCA==圖1所示）和性質(zhì)：青蒿素，無色針狀，易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯，可溶于乙醇、乙醚，微溶于冷石油醚，幾乎不溶于水。因其具有特殊的過氧基團，它對熱不穩(wěn)定，易受濕、熱還原性物質(zhì)的影響而分解。教師提問：“屠呦呦為什么會想‘浸泡、絞汁？為什么不用水煎呢？’”以此引導學生閱讀材料，提取有用信息解決問題（如青蒿素幾乎不溶于水，對熱不穩(wěn)定，受熱分解）。

其次，教師介紹屠呦呦發(fā)現(xiàn)青蒿素的過程：1971年，屠呦呦的研究團隊經(jīng)過190次實驗失敗后，通過研究大量醫(yī)學古籍，尋找新的萃取劑—乙醚，并在低溫（60℃）條件下成功制成標號191#的中性提取物。1972年11月，該團隊從青蒿乙醚提取物中進一步分離出無色結(jié)晶物，并將其命名為青蒿素［1］。教師提問：“為什么研究團隊改用低溫提取，利用乙醚回流或冷浸，而后用堿溶液除掉酸性部位的方法制備樣品？”以此引導學生閱讀材料，理解條件控制對化學實驗方案設(shè)計的重要性。而后，教師提問：“屠呦呦研究團隊重新設(shè)計了提取方法，其整體方案主要有哪些方面？”以此，教師帶領(lǐng)學生繪制“模擬提取青蒿素的實驗流程圖”（如圖2所示）。

最后，教師介紹道：“2015年12月10日，中國科學家屠呦呦獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，她開創(chuàng)性地從中草藥中分離出青蒿素應(yīng)用于瘧疾治療，挽救了許多人的生命?！币源耍龑W生深刻理解屠呦呦研究團隊提取和研究青蒿素的價值。

【剖析高考題，初步建構(gòu)模型】

例1（2019年江蘇高考化學題節(jié)選）：實驗室以工業(yè)廢渣（主要含CaSO4·2H2O，還含少量SiO2、Al2O3、

Fe2O3）為原料制取輕質(zhì)CaCO3和（NH4）2SO4晶體，其實驗流程如下。

濾渣水洗后，經(jīng)多步處理得到制備輕質(zhì)CaCO3所需的CaCl2溶液。設(shè)計以水洗后的濾渣為原料，制取CaCl2溶液的實驗方案： ▲ 。［已知：pH=5時Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀完全；pH=8.5時Al（OH）3開始溶解。實驗中必須使用的試劑為鹽酸和Ca（OH）2固體］

第一環(huán)節(jié)，確定目標。教師引導學生提取題干信息：目標產(chǎn)品為輕質(zhì)CaCO3所需的CaCl2溶液。

第二環(huán)節(jié)，確定原料。教師引導學生分析題目信息：工業(yè)廢渣主要含有CaSO4·2H2O，還含有少量雜質(zhì)；加入（NH4）2CO3溶液浸取，CaSO4與（NH4）2CO3反應(yīng)生成CaCO3和（NH4）2SO4，而SiO2、Al2O3和Fe2O3與（NH4）2CO3不反應(yīng)。故本實驗方案中原料為水洗后的濾渣。

第三環(huán)節(jié)，厘清流程。學生依據(jù)題目中的條件信息和已學的化學原理，明確了實驗方案的流程（如

圖3所示）。

第四環(huán)節(jié)，規(guī)范步驟。本實驗有兩處細節(jié)需要規(guī)范：一是酸溶時，為了防止反應(yīng)速率過快，使得CO2大量放出，從而導致反應(yīng)物沖出反應(yīng)容器，應(yīng)在攪拌的情況下向足量的鹽酸中分批加入少量濾渣，其反應(yīng)終點為“觀察不到氣泡產(chǎn)生”；二是中和除雜時，應(yīng)確保Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀完全，但Al（OH）3不能溶解轉(zhuǎn)化為［Al（OH）4］ -。

第五環(huán)節(jié)，建構(gòu)模型。教師根據(jù)實驗步驟學生繪制“從礦石或廢渣中獲得A溶液的認知模型圖”（如圖4所示）。

最后，根據(jù)以上教學環(huán)節(jié)，師生共同歸納總結(jié)，建構(gòu)物質(zhì)制備方案模型（如圖5所示）。

【研究高考題，應(yīng)用模型認知】

例2（2023年江蘇高考化學題節(jié)選）：補充完整制取MgSO4·H2O晶體的實驗方案：向含有少量Fe3+、Al3+的MgSO4溶液中， ▲ 。（已知：Fe3+、Al3+在pH時完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀；室溫下從MgSO4飽和溶液中結(jié)晶MgSO4·7H2O，150～170℃下MgSO4·7H2O干燥得到MgSO4·H2O，實驗中需要使用MgO粉末）

本實驗?zāi)康氖侵迫gSO4·H2O，主要考查學生對化學實驗條件的控制和化學實驗設(shè)計能力。教師應(yīng)引導學生借鑒此前建構(gòu)的物質(zhì)制備方案模型進行思考、分析和解決問題。

學生結(jié)合題目條件（信息）和物質(zhì)制備方案模型在導學案上繪制物質(zhì)制備方案設(shè)計的流程圖。教師對學生的活動進行指導和評價，并利用投影展示部分學生作品，讓學生分享自己設(shè)計的思路和實驗步驟，讓其他同學提出修改意見，從而不斷優(yōu)化實驗方案設(shè)計，形成實驗方案流程圖（如圖6所示）。

教師展示參考答案，解釋關(guān)鍵步驟和化學用語及其表達方式的規(guī)范化、邏輯化、科學化，指導學生用規(guī)范的化學語言表達實驗流程。

參考答案：在攪拌下，分批加入少量MgO粉末，至用pH試紙測得pH≥5時停止加入，并進行過濾，將濾液蒸發(fā)濃縮至溶液表面出現(xiàn)晶膜，降溫至室溫結(jié)晶，過濾、洗滌，所得晶體在150～170℃干燥。

三、教學反思

（一）提取與加工信息，培養(yǎng)信息素養(yǎng)

“物質(zhì)制備方案的設(shè)計”這一題型考頻高、區(qū)分度高，能有效考查學生的化學核心素養(yǎng)。部分學生遇到此類題經(jīng)常失分，這主要是因為他們未能全面、準確地獲取題目中的重要信息，未能從陌生情境中提取有效信息，難以將所學知識和新情境中的信息進行加工、整合。因此，教師應(yīng)加強學生對化學文本閱讀的指導，讓學生采用“圈”“勾”“劃”等方法快速、準確地獲取化學信息；同時，指導學生對化學信息進行系統(tǒng)化的加工處理，讓學生學會準確而規(guī)范地表達化學信息，從而逐步提升學生的化學信息素養(yǎng)。

（二）建構(gòu)認知模型，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

建構(gòu)認知模型是高中化學的核心素養(yǎng)之一，也是學生重要的能力素養(yǎng)。部分學生不會“建?！?，也有部分學生建構(gòu)了一些模型，但遇到新的情境時不會借助已經(jīng)建構(gòu)好的模型進行分析和解決問題，其原因可能是部分學生未能親自建構(gòu)和應(yīng)用模型。例如，在本課教學中，師生共同建構(gòu)“模擬提取青蒿素的實驗流程圖”“從礦石或廢渣中獲得A溶液的認知模型圖”等模型，但部分學生僅是機械模仿和生搬硬套，未能充分理解和有效運用。由此，教師應(yīng)堅持“為問題建模”的理念，引導學生親自“建模”和“用?！?，讓他們在體驗、領(lǐng)悟中學會建構(gòu)科學、合理的認知模型，并逐漸完善認知模型，使其從“簡略”走向“完整”［2］。

（三）重視原理方法，提升解決問題的能力

化學原理與方法是學習化學的基石。在化學學習過程中，部分學生對物質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件、實驗條件的控制、物質(zhì)的分離和提純，以及結(jié)合信息進行推理判斷等原理和方法掌握得不夠扎實。例如，在“例1”的解答過程中，有的學生并未理解流程中的原理和目的，不明確濾渣中的成分，從而無法正確回答問題。教師應(yīng)強調(diào)化學原理和方法的重要性，讓學生理解并掌握化學原理與方法，提升他們解決化學問題的能力。

結(jié)語

綜上所述，教師應(yīng)為學生提供動手實踐的機會，通過真實的實驗過程加深學生對實驗基本原理和操作的理解，讓學生從化學信息素養(yǎng)出發(fā)，走向模型認知，從而有效提升學生的化學學科核心素養(yǎng)［3］。

【參考文獻】

［1］盧義欽.青蒿素的發(fā)現(xiàn)與研究進展［J］.生命科學研究，2012，16（3）.

［2］朱志江，鄧善銀.例談思維建模的教學操作及應(yīng)用價值：以“制備實驗方案設(shè)計”復(fù)習教學為例［J］.中學化學教學參考，2019（19）：52-55.

［3］周萍.例談思維建模在實驗方案設(shè)計與評價中的應(yīng)用［J］.化學教學，2019（6）：83-87.