化學化工業生產課程情境教學策略探究

陳鈺竹　丁萬

摘 要：化學化工生產課程是化工專業的一門基礎課，化工生產情境是化學教育聯系生產實踐的教學中間載體。教師應研究如何利用真實生產情境開展教學的問題，圍繞“明確教學目標內容，選定情境→發掘信息，設置問題→展示問題，任務驅動→反饋評估，形成意義”四個關鍵環節開展化學化工生產課程教學實踐，從而提升化學化工教學質量，培養學生的學科核心素養。

關鍵詞：化工生產；情境教學；策略

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

化學工業生產真實情境（以下簡稱“化工生產情境”）是化學教育聯系生產實踐的教學中間載體，可以促使學生更加深入理解、掌握所學習的化工知識，不斷提高解決實際生產問題的能力，培養理論聯系實踐的思維方法。對當前教育教學改革而言，利用真實情境開展化工教育教學是一種發展趨勢。正是基于以上研究背景，本文探討化工生產真實情境在化學教學中的應用。

一、化工生產情境教學的理論內涵

國內學者張華在《課程與教學論》中指出，情境教學是通過創設實際生產問題情境，促使學生利用所學知識去解決遇到的實際問題，且能夠自行結合真實情境理解課程內容的教學方法［1］。此外，學者張新華在《關于在課堂多媒體網絡環境下的情境創設》中提出，情境教學，即為結合現實教學工作的需要，由教師基于教學的核心任務設計真實的場景，進而吸引學生融入教學情景中，激發學生學習熱情的教學策略，所創設的真實情境應當圍繞教學需求，以起到更好的教學效果［2］。

而在化工生產教學中，利用化工生產真實場景創設教學情境，引導學生置身于化工生產情境探究知識的教學方式被定義為化工生產情境教學，主要包括化學工藝流程、化工生產背景、化工現場教學素材等方面的內容。教師為學生提供貼近實際生產過程的教學情境，讓學生在學習過程中擁有真實生產的體驗，并根據實際的化工場景學習、實踐，提升化學核心素養；學生以多種角色身份開展學習，對化工生產流程實現從感性到理性的認識，了解和并掌握學科知識要點。

二、化工生產情境教學的應用思路

在化學教學中，應用化工生產情境教學一般歷經四個關鍵環節，即“明確教學目標內容，選定情境→發掘信息，設置問題→展示問題，任務驅動→反饋評估，形成意義”?；诖?，筆者細化該路徑，通過教學活動，引導學生通過生動真實的場景學習新理論、挖掘潛能，并參照產業工人標準，體驗化工生產的工作程序，解決真實生產中遇到的難題，掌握化工生產的內在機理，體會化工生產的重大意義，由此提高自身的專業素養與能力。在應用過程中要注意以下幾個方面。

一是明確目標，選定情境。教學目標確立了課堂教學的任務與方向，教師需確定課標內容和相關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內容。教師結合學情，全面考量學生成長發展的潛質，規劃好整體教學目標。隨后教師聚焦教學目標，合理篩選化工生產情境素材，細化并提煉其中蘊藏的化學學科核心要素，有機結合理論知識、技能、方式、理念與情感態度等因素，并合理安排教學時長、教學資源等多重外在因素，確定合適的教學目標，并把教、學、評三者有機結合起來。

二是挖掘信息，設置問題。在化學教學中，要用好生產情境素材，首先需要深入研究化工生產情境素材的核心，即工業生產流程和操作要點［3］。濾除化工生產情境下與教學無關的信息，提煉當中潛藏的認知情境信息、情感情境信息以及行為環境信息，同時實現對素材資源的解析與轉換，形成方便學生學習和理解的教學素材（如圖1所示）。設定學科問題時，應注重連續性逐步深入，引導學生依托學科問題，運用已掌握的知識和技能，將教材中出現的全新知識點慢慢整合至個人的認知體系中。教師要因材施教激發學生的興趣和思考，從而引導學生切身體會解決真實問題的過程，幫助學生養成提問、反思、歸納和整合等高層次的思維模式。

三是展示問題，以任務驅動開展教學。教師聯系教學實際將梳理提取、重組的認知環境信息、情感環境信息以及行為環境信息抽象為相應的學科問題，并采用數據或表格的方式展示，歸納總結為教學任務，進而設計適當的教學策略，規劃教學實施的具體方法。

對于化工生產情境教學而言，設定教學任務需注重下述兩點。首先，因為整體過程并不是理想化的，化工生產流程復雜多變，所以設定教學任務時應基于真實工業生產流程，精簡和取舍教學目標，切勿過分執著于生產環節的一些瑣碎問題，占用學生的注意力和時間。其次，化工生產不是封閉孤立的，存在相應的歷史或社會背景，應基于合理的歷史或社會背景設計化工生產場景，確保盡可能地利用好素材的教學價值。因此，設定教學任務，應綜合考量化工工業的演變歷程、經濟效益、社會責任、生態環保等諸多方面，有效培養學生的學科核心素養。

四是反饋評價，形成意義?；瘜W學習評估是考評的重點，要將教、學、評三者融合評價，將學生學習考評滲透到化學生產日常教學的各個環節。教師應把握好定量考評和定性考評的比重，既要考查學生對新知識點的熟悉度，又要考查學生的思想觀念、情感認知等潛在因素，更應站在社會用人需求的層面，全方位考查學生；注重測試學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難題，體現出化工生產教學情境策略的實踐價值。

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

三、化工生產情境教學的應用實踐

（一）結合化工實際，帶領學生認識理論的實用性

強化元素化合物的授課融合，既應善于通過概念機理對知識點學習加以預判、闡釋與指導，又需結合生產生活實際，賦予理論知識更多的外延，明確教學的實際基礎，建立“事實—概念—實踐”三者彼此聯系和共同發展的融合化教學閉環。

比如精細磷化工技術課程中“磷的常見化合物”這一知識點的講授，教師不應停留在對其物質特性、反應特點和反應方程式書寫等要點的講解與練習上，而要帶領學生結合真實的生產過程，通過對磷礦、磷酸、磷肥、磷復肥以及各種磷酸鹽為主的生產技術的了解，提高感性認識，強化理論聯系實際的學習方法。在教學中，教師可以當地產業特點和生產實際為例，結合可實際運用于當地磷化工產業發展的特點，組織學生到磷化工企業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知。比如磷元素參與農作物碳水化合物的形成、轉化過程；磷是組成原生質、核細胞的重要元素；磷肥能促進作物根系發育，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，依據磷肥生產方法的不同，有酸法磷肥（也稱濕法磷肥）和熱法磷肥等生產工藝。教師針對其化學反應原理，闡明影響生產的因素以及生產工藝條件，引導學生思考如何改進生產流程、生產工藝，預判和梳理磷及磷化合物的性質，進一步了解學科基本的概念和原理，巧妙融合理論學習、事實認知與實際生產三大要素。將元素化合物的學習和真實生產兩者結合，符合化學學科固有的思考方式，這也是符合化學學科特點的必然要求。以掌握理論、建立概念、實踐升華為基礎的授課方式，能夠帶領學生感知理論的實用價值，有利于學生培養核心素養。學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習，才能真正理解并運用化工理論知識。

（二）建立化工流程模型，提升學生“模型認知”能力

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

如無機化工生產技術課程中“硫酸、硝酸”等物質制備這一核心知識點，教學可以通過基于物質轉化的流程模型，呈現相應元素及化合物相互的反應。硫酸的工業生產方法主要是接觸法，生產過程分為三步：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生成氧化氮氣體，然后用水吸收生成硝酸。其生產流程成熟可靠，具有成本低、產率高、耗電少的特點，現已成為硝酸行業唯一的生產工藝方法。教師引導學生熟悉并合理運用成熟的制備工藝，逐步掌握生產作業中對催化劑、濃度、溫度、壓強等外部參數及其調節技術，讓學生掌握主要制備反應，并懂得化學反應速度、反應程度對制備反應產生的影響，熟悉基于物質轉化裝置的化工流程模型，對生產工藝流程有系統化的把握與認識。

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

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

（三）統攝化工元素，增強學生解決綜合性問題的能力

學者宋心琦認為，現有的化學課堂教學，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操作。在平時的教學中，教師往往過濾掉與化學原理或概念無關的內容，確保教學向著設計好的方向展開，使得教學的內容變得更為抽象和理想化［4］。針對化工生產過程的復雜性，可根據對應的因素建立子系統，合理轉化一些復雜繁瑣的實際問題。比如中小型合成氨的工藝中合成工序就可以聯系實際就合成催化劑（工業上又稱觸媒）與熱力學和動力學關系向學生闡釋生成原理，讓學生較為容易地理解一些工藝參數的確定依據。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。從化學平衡的角度來看，提高氨合成壓力可以提高合成塔的生產強度與生產能力，提高平衡氨含量和氨合成反應速率，簡化氨分離流程。合成氨反應是放熱反應，溫度的升高將不利于氨合成反應向生成物方向進行，對延長催化劑的使用壽命有影響。但是，為了滿足工業生產，提高生成效率，實際操作中通常讓反應在高溫狀態下進行，最大限度保障催化劑活性，確保較高的生產率。而現代大型煤炭合成氨生產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，以及對反應熱的充分回收與綜合利用，達到提高氨合成生產能力和降低氨合成能耗的目的。此種繁瑣的化工作業體系，其中牽涉到反應速度、經濟性等關鍵影響因素，可將此類因素轉變成子系統，建立相應的系統，通過研究其中的子體系，使學生在學習的過程中，全面考量所有的子系統，得到合成氨最為理想的作業環境。

統攝的主要目的是解決復雜的綜合性問題?；どa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、節能環保等重要的生產因素，不同的因素之間彼此影響，導致實際生產有著很多的未知風險。統攝化工要素，實際上是攻克復雜綜合性難題的過程。教師應善于激發學生的學習興趣，使之全面深入地分析復雜的綜合性問題，提升其應對系統性難題的本領。

綜上所述，學生學科核心素養的培養與真實情境教學存在緊密的聯系，結合生產實際情境教學能不斷促進學生解決實際問題能力的提升。研究利用化工生產實際情境開展化學教學應用思路，總結化工生產情境素材在元素化合物教學中的應用方法，將有助于化工化學專業教師改革教學模式，提高教學質量。

參考文獻

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

［2］張新華.關于在課堂多媒體網絡環境下的情境創設［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”作業的設計［J］.化學教學，2020，（9）：84-89.

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

（責編 羅異豐）