基于化学基本观念建构的“氨”的教学设计研究，本文主要内容关键词为：教学设计论文,观念论文,化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着化学新课程的实施，中学化学教学正由“知识为本”向“观念为本”转变。高中化学新课程标准明确指出：“从学生的已有经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切联系”，引导学生“认识化学现象的本质，理解化学变化的基本规律，形成有关化学科学的基本观念”。已有很多研究者开始关注化学基本观念及其教学[1-4]。教学设计是联结教学理论与教学实践的中介和桥梁。只有进行基于化学基本观念建构的教学设计，才能够在化学教学中有效落实化学基本观念。“氨”是当前高中化学教学中较为重要的元素化合物，对该课题进行基于化学基本观念建构的教学设计，以期为进行“帮助学生形成有关化学科学的基本观念”的教学提供参考。 一、教学内容分析与化学基本观念的抽提 高中阶段的元素化合物学习集中在“化学1”模块，主要有2种形式：（1）渗透式，即通过元素化合物学习概念原理等内容，如通过铁及其化合物的有关内容落实氧化还原反应的有关概念和理论。（2）集中式，即在整个章节中连续学习一系列元素及其化合物。需要说明的是，尽管集中式元素化合物知识的学习表面上看来是在学习一些具体特定的元素化合物，但实际上这些元素化合物知识同时承载着深化理解基本概念和原理，培养和提高学生的化学学科能力[5]，构建以及深化化学基本观念等重要功能。由于高中阶段集中学习元素化合物安排在完成物质分类和氧化还原反应之后，因此这些内容的学习至少可以发展学生的元素观、变化观和化学价值观，根据内容不同，还会涉及其他类型的化学基本观念。 教材中呈现的是具体知识和概念，基本观念是内隐其中的[3]。即化学基本观念并不是孤立和独立的，而是以化学具体知识和概念为依托，因此，需要基于具体的知识和概念，抽提化学基本观念，这样可以将化学基本观念的建构与化学具体知识和概念的学习有机地结合起来。 目前也有不少研究者对“氨”的教学进行了研究[6-7]，但都没有上升到观念建构的层次。氨是生活中极为重要的一种无机化合物，与生活密切相关，工业合成氨的技术解决了人类生活的温饱问题。氨作为一种含氮化合物，是高中阶段学生需要深入学习和认识的一种重要的、有代表性的无机元素化合物。氨这一节的教材内容主要介绍了氨的物理性质、化学性质及其应用，主要包括氨极易溶于水、氨水的碱性、氨能与酸发生反应生成铵盐、氨具有还原性以及氨在生活和工业生产中的应用。 教材将氨的学习安排在氧化还原反应之后，进行深入学习，帮助学生发展基于化合物中核心元素的化合价预测物质性质的角度，有助于学生学习研究无机元素化合物知识的一般思路和方法，将学生对元素化合物知识的学习提升到一个新的高度，为后面其他类型的元素化合物知识的学习奠定基础。这也是高中阶段元素观的重要内涵之一。因此，本节课所承载的化学基本观念及对应的具体内容如下： （1）微粒观 氨极易溶于水，氨水的碱性。通过探究氨与水的反应、产物组成及其中存在的微粒，加深对微粒观的理解。 （2）元素观 氨具有还原性，能够被氧化。基于对氨中-3价氮元素的还原性的认识以及其他含-3价氮元素化合物的还原性的探究，发展学生的元素观。 （3）变化观 氨能与酸发生反应生成铵盐，氨能通过催化氧化制备硝酸。基于对氨制备铵盐和硝酸的认识，发展学生的变化观。 （4）化学价值观 氨在工农业生产及军事方面均有重要应用。通过批判性认识氨的用途，培养辩证地认识和应用物质的意识，发展化学价值观。 二、教学设计思路 化学对于人类的生活有3个层面的意义：认识物质、改造物质和应用物质。认识物质是改造和应用物质的基础，认识物质和改造物质的目的都是应用物质。知识学习是观念建构的基础。但单纯的知识本位的教学并不能有效地帮助学生建构化学基本观念。要建构化学基本观念，还需要通过创设一定的学习情境，提出有思考价值的问题，驱动学生有效地思考和探穷活动[8]。本教学设计以引导学生认识物质、改造物质和应用物质为线索，通过4个学习情境进行串联，在驱动学生对氨的有关性质、变化及其用途的深入探究中，实现4种重要化学基本观念的发展。 首先，从氨在人类生产和生活中发挥的功能价值的两面性出发，引发学生对科学价值观的思考，同时激发学生对氨这一重要物质的性质进行深入探究的愿望，即激发学生深入认识物质的内在动机。接下来，通过4个有效的学习情境，配合有思考价值的问题，驱动学生进行4站探究，完成4个重要化学基本观念的建构。 探究第1站基于氨的喷泉实验这一学习情境，提出问题：“氨为何可产生喷泉？其产物组成是什么？”引导学生探究氨溶于水后的碱性溶液，并引导学生深入分析氨水显碱性的微观本质，以发展学生的微粒观。这一站是引导学生初步认识氨这一物质。 第2站探究提出“生活中氨为何要转化成铵？”结合肥料的再加工情境，主要是引导学生认识氨与酸的反应及其本质，了解铵态氮肥制备的化学本质，帮助学生认识氨在制备氮肥方面的重要价值，理解氨在人类生活中的正面形象——天使。通过第2站探究主要发展学生的转化观，同时也是在第1站探究中对氨认识的基础上，初步尝试通过化学变化改造物质。从知识学习来看，前2站探究主要帮助学生认识氨与水及酸反应的性质。 第3站探究从工业制硝酸的情境出发，提出问题：“氨为什么可以制备硝酸？”主要引导学生从氨中氮元素的化合价出发，预测并证明氨具有还原性，并引导学生扩展认识，进一步了解-3价的氮元素具有还原性，帮助学生发展核心元素观，同时帮助学生了解氨制备硝酸的基本过程，了解氨曾经在人类生活中扮演魔鬼角色的化学本质。这一站探究主要是引导学生换个视角，在另一改造氨的情境中，进一步认识氨这一物质，并通过核心元素观将认识深化，因此这一站探究既是认识物质，同时也是改造物质。 探究第4站回扣课堂引入环节“天使与魔鬼”的情境，引导学生在经过3站探究，对氨的性质有了深入认识的基础上，辩证思考“为什么氨既是天使又是魔鬼？”引导学生了解氨的用途，并引发学生对氨的功与过的讨论探究，即通过应用物质，进一步加深对物质的认识，帮助学生建立辩证地认识物质用途的科学价值观。 最后本课时在小结阶段，通过复习引入从物质类别分析物质化学性质的视角，帮助学生建立完善的从物质类别、物质中核心元素化合价以及物质本身的特性3个角度研究无机元素化合物性质的一般思路和方法。之后通过抛出探究亚硝酸的性质这一探究任务，检测并强化学生研究无机元素化合物性质的一般思路和方法，意在进一步整合的基础上，进一步推动化学基本观念的构建，并使其活化和功能化。 本节课的整体设计思路如下页图1所示。 三、教学过程设计 1.新课引入 【角色描述】有一种物质，它既是“天使”，也是“魔鬼”。这种物质就是“氨”。人们将其奉为天使，主要是因为它为人类带来了香甜的面包，人们又将其称为魔鬼，则是因为它的诞生曾给人类带来过战争的灾难。
【过渡】物质的性质决定其用途，下面就让我们一起来研究一下氨究竟具有哪些性质。 【学生活动】倾听思考。 设计意图：新课引入部分，以“天使”和“魔鬼”这一看似不可能同时用于描述同一事物中的角色，激发学生好奇心，使学生对这一物质产生想要一探究竟的心理，同时以此作为培养学生化学价值观的铺垫。 2.探究第1站：基于氨的喷泉实验落实微粒观 【情境】氨具有非常优秀的“品质”——“滴水之恩，涌泉相报”。下面来观赏一下氨的这一品质。 【探究实验】与学生共同演示氨的喷泉实验，同时呈现问题组。 【问题组】 （1）氨的喷泉实验说明了什么？ （2）氨溶解于水仅仅是物理变化吗？ （3）氨溶解于水后得到的溶液（氨水）中都存在哪些微粒？ 【学生活动】观察并描述实验现象，思考、讨论、解决问题。根据氨的喷泉实验概括氨的物理性质：氨气为无色、有刺激性气味的气体，极易溶于水。氨溶解于水发生了化学变化。根据教师提供的方程式，分析氨水的微观组成：氨水中含有氨分子、水分子、一水合氨分子、铵根离子、氢氧根离子。 【板书】1.氨气的物理性质 2.氨气的化学性质 ①氨与水反应
【思维拓展】 （1）喷泉实验的原理及操作要点是什么？ （2）装置中如果没有胶头滴管，喷泉实验怎么完成？ 【启发】如果没有胶头滴管，用热毛巾或用双手捂住烧瓶，也可引发喷泉。 【学生活动】讨论回答：氨气极易溶于水，使用胶头滴管挤出水以后，使瓶里的气压迅速减小，外界气压把水压上来形成喷泉。喷泉实验成功的关键是：装置气密性好且干燥；气体要收集满。 设计意图：本环节通过对喷泉实验形象化的描述以及喷泉实验的真实情境，进一步激发学生意欲深入探究该物质性质的兴趣。接着通过一个问题组提示学生思考的路径，使其思维有序且深入，通过问题引导学生分析氨水的微观组成，帮助学生深入理解氨溶于水显碱性的本质原因，培养学生从微观视角深入认识物质的意识，发展学生的微粒观。另外，喷泉实验是中学非常重要的一个实验，体现了化学与物理学科的综合，有利于培养学生的综合能力，深入思考和分析喷泉实验也有助于深化学生对喷泉实验基本原理的认识。 3.探究第2站：基于铵态氮肥的制备落实转化观 【问题情境】氨水中含有铵根离子，植物是可以吸收铵根离子的，为什么现代农业中不直接使用氨水作为肥料？应该如何对氨进行改造，从而制成使用更加方便的肥料（氨能与哪些物质发生反应）？ 【演示实验】用1根玻璃棒蘸取浓氨水靠近另1根蘸有浓盐酸的玻璃棒，观察现象。 【学生活动】观察并描述实验现象：可观察到冒白烟。 思考解释现象：由于氨水和浓盐酸都容易挥发，氨气和氯化氢气体反应，产生白色的氯化铵固体。 【板书】②氨与酸的反应：
【思考】氨气能与硝酸、硫酸等酸反应吗？如果可以，请写出化学方程式。 【学生活动】学生练习书写方程式：
【总结提升】氨能与很多种酸发生反应，生成相应的铵盐。其实质均可用离子方程式表示为：
，这就是铵态氮肥的制备原理。 设计意图：本环节首先基于改造氨水的情境，激发学生的认知冲突，通过浓氨水与浓盐酸反应的演示实验，引导学生了解氨与酸反应的化学性质，补充认识氨易挥发的物理性质。在拓展酸与氨反应的基础上，引导学生深入认识由氨制备氮肥的基本原理，回扣氨作为天使角色的解释，重点深化对物质转化观的理解。 4.探究第3站：基于工业制硝酸与-3价氮元素的还原性落实元素观 【问题引导】氨中氮元素的化合价是多少？从化合价的角度分析，氨还可能有什么性质？ 【学生活动】思考分析：氨中氮元素的化合价是-3价，是氮的最低化合价，只有还原性，它可以与具有氧化性的物质反应。 【情境展示】提供工业制备硝酸的事实。 【讲授】这个反应是工业上制备硝酸的基础，叫氨的催化氧化法制硝酸，硝酸是制备炸药的重要原料。也正是这个反应让德国在第一次世界大战中得以大量生产炸药。 【板书】③氨的催化氧化：
【问题】是否所有含有-3价氮元素的物质都具有还原性？ 【活动探究】设计并实施实验方案，证明-3价的氮元素具有还原性。 【学生活动】展开小组讨论，设计出合理方案；进一步交流各组设计的实验方案；在教师引导下最终确定学生分组实验的实验方案；分小组进行实验探究，体会-3价氮元素都具有还原性。 【实验方案】氨水、氯化铵、硫酸铵、碳酸铵等分别与酸性高锰酸钾反应，酸性高锰酸钾都褪色。 【总结】含有-3价氮元素的化合物一般具有还原性。 设计意图：本环节首先通过设置问题提示学生分析物质化学性质的另一角度——核心元素的化合价，请学生预测氨还可能有什么性质，然后通过氨的催化氧化实验证明学生的预测是正确的，强化学生建立基于物质中核心元素化合价预测物质性质的角度。接着安排一个探究活动，通过深入探究，让学生体会-3价氮元素的还原性，帮助其构建核心元素观，建立基于物质核心元素化合价预测和研究物质性质的角度。 5.探究第4站：通过评述氨的功与过落实化学价值观 【情境】展示氨的各类用途，并进而联系回扣氨“天使”与“魔鬼”的双重角色。 【思考讨论】引导学生讨论氨的功与过。 【学生活动】辩证地思考、讨论，形成科学的认识。 设计意图：本环节通过引导学生批判性地认识氨的用途，培养学生辩证地认识和应用物质的意识，发展他们的化学价值观。 6.概括整合，迁移应用 【小结】引导学生回顾总结本节课所学的主要内容。主要从氨的性质以及研究无机元素化合物性质的一般思路和方法（下页图2）2个方面整合提升学生的认识。并在综合层次上回扣本节课涉及的4个化学基本观念。
【学生活动】总结整理本节课所学内容，进一步体会科学应用物质的重要意义，同时掌握研究无机化合物性质的一般思路和方法，并进一步理解4个化学基本观念。 【思考】请预测
具有哪些化学性质？ 【学生活动】思考并从物质类别和该物质中核心元素化合价2个角度预测
的化学性质。 设计意图：帮助学生形成整体认识，有助于学生对本节课内容的掌握。回扣导入环节，发展学生的科学价值观，同时形成研究无机化合物性质的一般思路和方法，发展学生对4个化学基本观念的深入认识。进而通过设计一个类似情境的问题，检测学生研究无机化合物性质的思路和方法的掌握情况，并促进这一方法的迁移，应用中进一步强化观念。 四、本教学设计的特色 本教学设计在山东省数所高中被一线教师采用，均反响良好，认为应用本教学设计思路进行教学，具体知识、研究元素化合物的一般思路和方法，几种重要的化学基本观念均得到了有效落实，有效提升了元素化合物教学的价值。反思本教学设计，可以看出本教学设计具有以下特色。 （1）坚持以“观念为本”的教学设计理念，围绕观念来设计和组织教学。本设计基于“氨”相关的具体内容的分析，抽提出微粒观、元素观、变化观和化学价值观4个化学基本观念，并自始至终围绕这4个化学基本观念设计和组织教学。 （2）设计中特别重视设计以问题为引导的探究活动，通过问题来调动学生的积极思维和探究。设计中通过设计“氨的喷泉实验说明了什么？氨溶解于水仅仅是物理变化吗？氨溶解于水后得到的溶液（氨水）中都存在哪些微粒？氨为什么要转化成铵盐？氨为什么可以制备硝酸？是否所有含有-3价氮元素的物质都具有还原性？”等一系列有思考价值的问题，驱动学生进行了4站探究，有效地调动了学生的积极思维，既有效地落实了知识和方法，又有效地落实了帮助学生构建化学基本观念的目标。 （3）设计中还注意尊重学生的认知特点与学习兴趣，紧密结合学生的已有知识经验和社会生活常识，创设了“天使与魔鬼”“氨喷泉”“肥料的再加工：铵态氮肥”“工业制硝酸”等学生喜欢和容易接受的学习情境，有效地吸引了学生的注意力，激发了学生的学习兴趣，并为探究性问题的提出提供了有效的支撑。
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