陳鈺竹　丁萬

摘 要：化學(xué)化工生產(chǎn)課程是化工專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，化工生產(chǎn)情境是化學(xué)教育聯(lián)系生產(chǎn)實踐的教學(xué)中間載體。教師應(yīng)研究如何利用真實生產(chǎn)情境開展教學(xué)的問題，圍繞“明確教學(xué)目標(biāo)內(nèi)容，選定情境→發(fā)掘信息，設(shè)置問題→展示問題，任務(wù)驅(qū)動→反饋評估，形成意義”四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展化學(xué)化工生產(chǎn)課程教學(xué)實踐，從而提升化學(xué)化工教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化工生產(chǎn)；情境教學(xué)；策略

中圖分類號： 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）03-0156-04

化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)真實情境（以下簡稱“化工生產(chǎn)情境”）是化學(xué)教育聯(lián)系生產(chǎn)實踐的教學(xué)中間載體，可以促使學(xué)生更加深入理解、掌握所學(xué)習(xí)的化工知識，不斷提高解決實際生產(chǎn)問題的能力，培養(yǎng)理論聯(lián)系實踐的思維方法。對當(dāng)前教育教學(xué)改革而言，利用真實情境開展化工教育教學(xué)是一種發(fā)展趨勢。正是基于以上研究背景，本文探討化工生產(chǎn)真實情境在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

一、化工生產(chǎn)情境教學(xué)的理論內(nèi)涵

國內(nèi)學(xué)者張華在《課程與教學(xué)論》中指出，情境教學(xué)是通過創(chuàng)設(shè)實際生產(chǎn)問題情境，促使學(xué)生利用所學(xué)知識去解決遇到的實際問題，且能夠自行結(jié)合真實情境理解課程內(nèi)容的教學(xué)方法［1］。此外，學(xué)者張新華在《關(guān)于在課堂多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的情境創(chuàng)設(shè)》中提出，情境教學(xué)，即為結(jié)合現(xiàn)實教學(xué)工作的需要，由教師基于教學(xué)的核心任務(wù)設(shè)計真實的場景，進而吸引學(xué)生融入教學(xué)情景中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的教學(xué)策略，所創(chuàng)設(shè)的真實情境應(yīng)當(dāng)圍繞教學(xué)需求，以起到更好的教學(xué)效果［2］。

而在化工生產(chǎn)教學(xué)中，利用化工生產(chǎn)真實場景創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生置身于化工生產(chǎn)情境探究知識的教學(xué)方式被定義為化工生產(chǎn)情境教學(xué)，主要包括化學(xué)工藝流程、化工生產(chǎn)背景、化工現(xiàn)場教學(xué)素材等方面的內(nèi)容。教師為學(xué)生提供貼近實際生產(chǎn)過程的教學(xué)情境，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中擁有真實生產(chǎn)的體驗，并根據(jù)實際的化工場景學(xué)習(xí)、實踐，提升化學(xué)核心素養(yǎng)；學(xué)生以多種角色身份開展學(xué)習(xí)，對化工生產(chǎn)流程實現(xiàn)從感性到理性的認(rèn)識，了解和并掌握學(xué)科知識要點。

二、化工生產(chǎn)情境教學(xué)的應(yīng)用思路

在化學(xué)教學(xué)中，應(yīng)用化工生產(chǎn)情境教學(xué)一般歷經(jīng)四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即“明確教學(xué)目標(biāo)內(nèi)容，選定情境→發(fā)掘信息，設(shè)置問題→展示問題，任務(wù)驅(qū)動→反饋評估，形成意義”?；诖?，筆者細(xì)化該路徑，通過教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生通過生動真實的場景學(xué)習(xí)新理論、挖掘潛能，并參照產(chǎn)業(yè)工人標(biāo)準(zhǔn)，體驗化工生產(chǎn)的工作程序，解決真實生產(chǎn)中遇到的難題，掌握化工生產(chǎn)的內(nèi)在機理，體會化工生產(chǎn)的重大意義，由此提高自身的專業(yè)素養(yǎng)與能力。在應(yīng)用過程中要注意以下幾個方面。

一是明確目標(biāo)，選定情境。教學(xué)目標(biāo)確立了課堂教學(xué)的任務(wù)與方向，教師需確定課標(biāo)內(nèi)容和相關(guān)情境所限定的知識要點和要求，既要將知識點講透講充分，又不能隨意擴大或引申超標(biāo)內(nèi)容。教師結(jié)合學(xué)情，全面考量學(xué)生成長發(fā)展的潛質(zhì)，規(guī)劃好整體教學(xué)目標(biāo)。隨后教師聚焦教學(xué)目標(biāo)，合理篩選化工生產(chǎn)情境素材，細(xì)化并提煉其中蘊藏的化學(xué)學(xué)科核心要素，有機結(jié)合理論知識、技能、方式、理念與情感態(tài)度等因素，并合理安排教學(xué)時長、教學(xué)資源等多重外在因素，確定合適的教學(xué)目標(biāo)，并把教、學(xué)、評三者有機結(jié)合起來。

二是挖掘信息，設(shè)置問題。在化學(xué)教學(xué)中，要用好生產(chǎn)情境素材，首先需要深入研究化工生產(chǎn)情境素材的核心，即工業(yè)生產(chǎn)流程和操作要點［3］。濾除化工生產(chǎn)情境下與教學(xué)無關(guān)的信息，提煉當(dāng)中潛藏的認(rèn)知情境信息、情感情境信息以及行為環(huán)境信息，同時實現(xiàn)對素材資源的解析與轉(zhuǎn)換，形成方便學(xué)生學(xué)習(xí)和理解的教學(xué)素材（如圖1所示）。設(shè)定學(xué)科問題時，應(yīng)注重連續(xù)性逐步深入，引導(dǎo)學(xué)生依托學(xué)科問題，運用已掌握的知識和技能，將教材中出現(xiàn)的全新知識點慢慢整合至個人的認(rèn)知體系中。教師要因材施教激發(fā)學(xué)生的興趣和思考，從而引導(dǎo)學(xué)生切身體會解決真實問題的過程，幫助學(xué)生養(yǎng)成提問、反思、歸納和整合等高層次的思維模式。

三是展示問題，以任務(wù)驅(qū)動開展教學(xué)。教師聯(lián)系教學(xué)實際將梳理提取、重組的認(rèn)知環(huán)境信息、情感環(huán)境信息以及行為環(huán)境信息抽象為相應(yīng)的學(xué)科問題，并采用數(shù)據(jù)或表格的方式展示，歸納總結(jié)為教學(xué)任務(wù)，進而設(shè)計適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，規(guī)劃教學(xué)實施的具體方法。

對于化工生產(chǎn)情境教學(xué)而言，設(shè)定教學(xué)任務(wù)需注重下述兩點。首先，因為整體過程并不是理想化的，化工生產(chǎn)流程復(fù)雜多變，所以設(shè)定教學(xué)任務(wù)時應(yīng)基于真實工業(yè)生產(chǎn)流程，精簡和取舍教學(xué)目標(biāo)，切勿過分執(zhí)著于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一些瑣碎問題，占用學(xué)生的注意力和時間。其次，化工生產(chǎn)不是封閉孤立的，存在相應(yīng)的歷史或社會背景，應(yīng)基于合理的歷史或社會背景設(shè)計化工生產(chǎn)場景，確保盡可能地利用好素材的教學(xué)價值。因此，設(shè)定教學(xué)任務(wù)，應(yīng)綜合考量化工工業(yè)的演變歷程、經(jīng)濟效益、社會責(zé)任、生態(tài)環(huán)保等諸多方面，有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

四是反饋評價，形成意義?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)評估是考評的重點，要將教、學(xué)、評三者融合評價，將學(xué)生學(xué)習(xí)考評滲透到化學(xué)生產(chǎn)日常教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。教師應(yīng)把握好定量考評和定性考評的比重，既要考查學(xué)生對新知識點的熟悉度，又要考查學(xué)生的思想觀念、情感認(rèn)知等潛在因素，更應(yīng)站在社會用人需求的層面，全方位考查學(xué)生；注重測試學(xué)生理論和實踐融合的能力，觀其是否善于運用掌握的理論解決真實的生產(chǎn)難題，體現(xiàn)出化工生產(chǎn)教學(xué)情境策略的實踐價值。

如圖2反饋評估量圖，將化工生產(chǎn)情境所涉及的知識、技能和態(tài)度三大因子制作成圖例，并在各個維度細(xì)化得到二級指標(biāo)，諸如認(rèn)知層面細(xì)化出理論學(xué)習(xí)理解、工程思維等指標(biāo)；行為層面細(xì)化出理論綜合運用能力、解決問題能力、自主創(chuàng)新能力等；情感層面則細(xì)化出社會責(zé)任感、科學(xué)觀念等。結(jié)合實際的教學(xué)要點，篩選出對應(yīng)的二級考查指標(biāo)，借鑒新課標(biāo)對核心素養(yǎng)的分類規(guī)定，按照水平級別逐步提升的順序歸納二級評估指標(biāo)，在聽取其他化學(xué)教師的意見和觀點后，給出水平指標(biāo)的細(xì)化表述，同時明確對應(yīng)的分值。

三、化工生產(chǎn)情境教學(xué)的應(yīng)用實踐

（一）結(jié)合化工實際，帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識理論的實用性

強化元素化合物的授課融合，既應(yīng)善于通過概念機理對知識點學(xué)習(xí)加以預(yù)判、闡釋與指導(dǎo)，又需結(jié)合生產(chǎn)生活實際，賦予理論知識更多的外延，明確教學(xué)的實際基礎(chǔ)，建立“事實—概念—實踐”三者彼此聯(lián)系和共同發(fā)展的融合化教學(xué)閉環(huán)。

比如精細(xì)磷化工技術(shù)課程中“磷的常見化合物”這一知識點的講授，教師不應(yīng)停留在對其物質(zhì)特性、反應(yīng)特點和反應(yīng)方程式書寫等要點的講解與練習(xí)上，而要帶領(lǐng)學(xué)生結(jié)合真實的生產(chǎn)過程，通過對磷礦、磷酸、磷肥、磷復(fù)肥以及各種磷酸鹽為主的生產(chǎn)技術(shù)的了解，提高感性認(rèn)識，強化理論聯(lián)系實際的學(xué)習(xí)方法。在教學(xué)中，教師可以當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)特點和生產(chǎn)實際為例，結(jié)合可實際運用于當(dāng)?shù)亓谆ぎa(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點，組織學(xué)生到磷化工企業(yè)深入了解從磷礦中提取和加工磷元素的過程。

然后進一步延伸對磷系化合物的認(rèn)知。比如磷元素參與農(nóng)作物碳水化合物的形成、轉(zhuǎn)化過程；磷是組成原生質(zhì)、核細(xì)胞的重要元素；磷肥能促進作物根系發(fā)育，增強抗寒抗旱能力，讓作物早熟，讓穗粒增多、籽粒飽滿；磷元素在磷肥中通常以H2PO4-、HPO[4-2]、PO[3-4]和P2O[4-7]四種形式存在，依據(jù)磷肥生產(chǎn)方法的不同，有酸法磷肥（也稱濕法磷肥）和熱法磷肥等生產(chǎn)工藝。教師針對其化學(xué)反應(yīng)原理，闡明影響生產(chǎn)的因素以及生產(chǎn)工藝條件，引導(dǎo)學(xué)生思考如何改進生產(chǎn)流程、生產(chǎn)工藝，預(yù)判和梳理磷及磷化合物的性質(zhì)，進一步了解學(xué)科基本的概念和原理，巧妙融合理論學(xué)習(xí)、事實認(rèn)知與實際生產(chǎn)三大要素。將元素化合物的學(xué)習(xí)和真實生產(chǎn)兩者結(jié)合，符合化學(xué)學(xué)科固有的思考方式，這也是符合化學(xué)學(xué)科特點的必然要求。以掌握理論、建立概念、實踐升華為基礎(chǔ)的授課方式，能夠帶領(lǐng)學(xué)生感知理論的實用價值，有利于學(xué)生培養(yǎng)核心素養(yǎng)。學(xué)生通常會遇到理論與實踐之間的鴻溝，只有通過實用性策略的學(xué)習(xí)，才能真正理解并運用化工理論知識。

（二）建立化工流程模型，提升學(xué)生“模型認(rèn)知”能力

教學(xué)過程中的化工生產(chǎn)相關(guān)問題，大多以無機化工商品的生產(chǎn)過程為載體呈現(xiàn)，即將元素化合物的轉(zhuǎn)化以及屬性等融合工藝、工具、作業(yè)手法等內(nèi)容提煉為工業(yè)生產(chǎn)流程模型并進行展示。如學(xué)院根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)流程模型繪制的合成氨生產(chǎn)中的氨儲槽及弛放氣流程示意圖（如圖3所示）。在實際教學(xué)中，教師可將液氨及弛放氣按照合理的次序串聯(lián)起流程圖中不同環(huán)節(jié)的核心脈絡(luò)，通過箭頭的走向與次序呈現(xiàn)液態(tài)氨和氣態(tài)弛放氣狀態(tài)，展示系統(tǒng)物料如何轉(zhuǎn)化，如何得到最終反應(yīng)物以及如何以回收利用的氣體作為原料返回合成系統(tǒng)進行回收利用。

如無機化工生產(chǎn)技術(shù)課程中“硫酸、硝酸”等物質(zhì)制備這一核心知識點，教學(xué)可以通過基于物質(zhì)轉(zhuǎn)化的流程模型，呈現(xiàn)相應(yīng)元素及化合物相互的反應(yīng)。硫酸的工業(yè)生產(chǎn)方法主要是接觸法，生產(chǎn)過程分為三步：第一步是二氧化硫氣體的制備；第二步是二氧化硫的催化氧化；第三步是三氧化硫的吸收。我國硝酸工業(yè)用氨的催化氧化法，以氨為原料，在鉑金屬催化下讓其與氧反應(yīng)生成氧化氮氣體，然后用水吸收生成硝酸。其生產(chǎn)流程成熟可靠，具有成本低、產(chǎn)率高、耗電少的特點，現(xiàn)已成為硝酸行業(yè)唯一的生產(chǎn)工藝方法。教師引導(dǎo)學(xué)生熟悉并合理運用成熟的制備工藝，逐步掌握生產(chǎn)作業(yè)中對催化劑、濃度、溫度、壓強等外部參數(shù)及其調(diào)節(jié)技術(shù)，讓學(xué)生掌握主要制備反應(yīng)，并懂得化學(xué)反應(yīng)速度、反應(yīng)程度對制備反應(yīng)產(chǎn)生的影響，熟悉基于物質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置的化工流程模型，對生產(chǎn)工藝流程有系統(tǒng)化的把握與認(rèn)識。

化工流程模型包含眾多的標(biāo)識、文字、圖片、專業(yè)用語，用此種模型可以清晰明了地展示作業(yè)開展的流程、次序和手段等。教師將建立化工流程的實踐融入化學(xué)教學(xué)中去，通過化工流程圖帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識生產(chǎn)實踐流程，明確梳理總結(jié)知識要點的方向，既有助于學(xué)生打開思路、理清重點，又能夠提升學(xué)生的發(fā)散思維能力和分析能力，使學(xué)生在融合元素化合物理論和實際工業(yè)過程中，消除理論認(rèn)知和生產(chǎn)過程兩者間的隔閡，增強學(xué)生解決化學(xué)流程類題目的能力，切實提升其“模型認(rèn)知”能力。

為落實產(chǎn)教融合，學(xué)?？山M織學(xué)生實地參觀本地的硫酸制備車間，讓學(xué)生通過參觀直觀了解生產(chǎn)工藝流程和操作方式，更好地理解理論知識，了解化學(xué)反應(yīng)的原理和技術(shù)。實地參觀和觀察讓學(xué)生直接接觸生產(chǎn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，并有機會與企業(yè)員工交流，了解相關(guān)職業(yè)的要求和工作技能。同時，學(xué)生還能親自參與一些實際操作，例如觀察設(shè)備的運行、學(xué)習(xí)如何進行安全操作等。

（三）統(tǒng)攝化工元素，增強學(xué)生解決綜合性問題的能力

學(xué)者宋心琦認(rèn)為，現(xiàn)有的化學(xué)課堂教學(xué)，往往僅僅局限于課本，只機械地灌輸書本中的知識點和常規(guī)操作。在平時的教學(xué)中，教師往往過濾掉與化學(xué)原理或概念無關(guān)的內(nèi)容，確保教學(xué)向著設(shè)計好的方向展開，使得教學(xué)的內(nèi)容變得更為抽象和理想化［4］。針對化工生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，可根據(jù)對應(yīng)的因素建立子系統(tǒng)，合理轉(zhuǎn)化一些復(fù)雜繁瑣的實際問題。比如中小型合成氨的工藝中合成工序就可以聯(lián)系實際就合成催化劑（工業(yè)上又稱觸媒）與熱力學(xué)和動力學(xué)關(guān)系向?qū)W生闡釋生成原理，讓學(xué)生較為容易地理解一些工藝參數(shù)的確定依據(jù)。我們知道，合成氨裝置通常用的是鐵型催化劑，采用高壓、高溫、高空速、軸向合成塔為特征的氨合成技術(shù)。從化學(xué)平衡的角度來看，提高氨合成壓力可以提高合成塔的生產(chǎn)強度與生產(chǎn)能力，提高平衡氨含量和氨合成反應(yīng)速率，簡化氨分離流程。合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度的升高將不利于氨合成反應(yīng)向生成物方向進行，對延長催化劑的使用壽命有影響。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)，提高生成效率，實際操作中通常讓反應(yīng)在高溫狀態(tài)下進行，最大限度保障催化劑活性，確保較高的生產(chǎn)率。而現(xiàn)代大型煤炭合成氨生產(chǎn)大多采用低溫高活性的氨合成催化劑，在工藝上通過加大合成塔有效容積和催化劑的裝填量，以及對反應(yīng)熱的充分回收與綜合利用，達到提高氨合成生產(chǎn)能力和降低氨合成能耗的目的。此種繁瑣的化工作業(yè)體系，其中牽涉到反應(yīng)速度、經(jīng)濟性等關(guān)鍵影響因素，可將此類因素轉(zhuǎn)變成子系統(tǒng)，建立相應(yīng)的系統(tǒng)，通過研究其中的子體系，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，全面考量所有的子系統(tǒng)，得到合成氨最為理想的作業(yè)環(huán)境。

統(tǒng)攝的主要目的是解決復(fù)雜的綜合性問題?；どa(chǎn)原本便屬于一個牽涉到眾多影響因子和變量的龐大體系，其中包含了原料裝置、工藝手段、安全作業(yè)、節(jié)能環(huán)保等重要的生產(chǎn)因素，不同的因素之間彼此影響，導(dǎo)致實際生產(chǎn)有著很多的未知風(fēng)險。統(tǒng)攝化工要素，實際上是攻克復(fù)雜綜合性難題的過程。教師應(yīng)善于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使之全面深入地分析復(fù)雜的綜合性問題，提升其應(yīng)對系統(tǒng)性難題的本領(lǐng)。

綜上所述，學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與真實情境教學(xué)存在緊密的聯(lián)系，結(jié)合生產(chǎn)實際情境教學(xué)能不斷促進學(xué)生解決實際問題能力的提升。研究利用化工生產(chǎn)實際情境開展化學(xué)教學(xué)應(yīng)用思路，總結(jié)化工生產(chǎn)情境素材在元素化合物教學(xué)中的應(yīng)用方法，將有助于化工化學(xué)專業(yè)教師改革教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻

［1］張華，鐘啟泉.課程與教學(xué)論［M］.上海教育出版社，2018：476-477.

［2］張新華.關(guān)于在課堂多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的情境創(chuàng)設(shè)［J］.電化教育研究，2021（5）：48-52.

［3］婁華，聞昊，吳俊明.“無機化工生產(chǎn)”作業(yè)的設(shè)計［J］.化學(xué)教學(xué)，2020，（9）：84-89.

［4］宋心琦.對化學(xué)教學(xué)與教材新理念的幾點看法［J］.化學(xué)教學(xué).2004（8）：17-21.

（責(zé)編 羅異豐）