我與大賽同成長
——“氮肥的生產和使用”的教學優(yōu)化與反思

趙 勇 孫天山

（無錫市輔仁高級中學 江蘇無錫 214123）

我與大賽同成長
——“氮肥的生產和使用”的教學優(yōu)化與反思

趙 勇 孫天山

（無錫市輔仁高級中學 江蘇無錫 214123）

文章根據江蘇省化學優(yōu)質課比賽中“氮肥的生產和使用”課題設計，從設計優(yōu)化、實驗優(yōu)化、媒體優(yōu)化等方面闡述了在磨課、上課過程中的做法和反思。

氮肥；實驗優(yōu)化；教學反思

2014年10月，筆者有幸參加了江蘇省化學優(yōu)質課比賽，并獲得了一等獎。這次比賽給我的教學留下很多的啟發(fā)與思考，既有辛酸苦辣，也有幸福與甜蜜。在賽前磨課過程中得到了同仁的指點與幫助，聆聽了專家的悉心指導，拓寬了我的教學視野，深化了對課程的理解，教學水平也有了顯著提高。以下是筆者對“氮肥的生產和使用［1］”一節(jié)課的教學優(yōu)化與反思。

一、設計優(yōu)化

1．教學設計要貼近學情

（1）初始設計

問題1：你知道哪些含氮元素的常見物質？

學生回憶：N2、NH3、NH4Cl、（NH4）2SO4、NH4NO3、NO、NO2、HNO3、KNO3、NaNO3、AgNO3、CO（NH2）2……

問題2：請結合生產實際說明哪些物質能作為氮肥使用？設計實驗探究說明氮肥在使用過程中應注意哪些問題。

學生歸納：

性質要求：易吸收、可溶于水、性質穩(wěn)定、溫和、不易揮發(fā)、便于儲存運輸，并注意低溫避光保存，避免在烈日高溫下施用，避免與堿性肥料混合使用，如草木灰等。

符合上述要求的物質：銨鹽、硝酸鹽、尿素。

問題3：應選擇何物質作原料？如何生產出銨態(tài)氮肥？

設計意圖：上述設計是希望通過問題進行探究式教學，突出以學生為主體，教師通過問題引導，逐層深入，啟發(fā)學生通過對先前知識回顧歸納、思考，并利用實驗等進行探究，完成銨態(tài)氮肥的合成。通過系列探究活動，讓學生在研究氨氣、銨鹽的性質過程中，歸納典型含氮物質間的相互轉化，構建自己的知識體系。

但最終改變了上述設想。一是本次賽課安排在10月底，此時的學生接受高中教學尚不足兩個月，對于氨氣、銨鹽的性質知之甚少，還無法進行知識建構，是“巧媳婦難為無米之炊”。二是讓學生自己歸納出氮肥性質的教學要求不切合實際。對于大多數城市學生來說，因為沒有接觸過農業(yè)生產，對氮肥的使用缺乏感性認識，無法達到預設的目標。

（2）改進后設計

背景資料

以氮氣等物質為原料，利用哈伯的研究成果合成出氨氣。

提出問題

問題1：氨氣能否直接作氮肥施用到農田中去？

學生回答：（1）氨氣有刺激性氣味。

（2）氨氣是氣體，且密度比空氣小，施用的同時即揮發(fā)。

問題2：氨水能否作氮肥使用？

學生輕聞稀氨水氣味，切身感受到氨水易揮發(fā)，造成肥效降低，不適合做氮肥。

問題3：銨鹽能否作氮肥？

學生輕聞氯化銨固體的氣味，感受到銨鹽性質比氨水穩(wěn)定，可作為氮肥。

改進后的教學是通過系列實驗，了解氨氣、氨水以及銨鹽的性質，進而分析銨鹽等物質作氮肥的可行性，最后由學生歸納以氮氣為原料合成銨態(tài)氮肥的路徑。這種設計思路清楚，知識脈絡清晰，符合學生認知規(guī)律。

當下在教學中存在這樣一個設計誤區(qū)：認為只有放手讓學生探究的課才是好課。這種一味追求探究，而忽視了學生的學情，是與新課程改革的宗旨相悖的。課堂教學應充分考慮學生的認知起點和已有的知識儲備，切不可凡事都盲目地讓學生獨立探究，不切合學生實際的探究只會增加學生負擔和挫敗感，使學生喪失學習的興趣。

2．創(chuàng)設真實的教學情境

（1）初始設計

情境：通過大家的努力我們終于合成出銨態(tài)氮肥，銷售產品大家知道現在流行的方式就是開網店，由于我們的產品物美價廉，開始的幾個月銷量不錯，可是這個月銷量卻大幅減少，仔細一看，發(fā)現都是這兩個差評惹的禍！

差評1：我把買來的的氮肥和草木灰 （K2CO3：鉀肥、堿性）混合施用，結果效果很不理想，說明你們銷售的氮肥質量一定有問題，果斷差評！

差評2：8月30日，烈日當天，我外出避暑，家里沒人，我就讓快遞將你們銷售的“寶貝”放在庭院里，傍晚回來，稱了一下，發(fā)現少了5斤，且袋子沒有破損，一定是你們的產品缺斤少兩，差評！差評！差評！

各位同學，你能幫助我們解答這兩位賣家的問題嗎？

上述情境看似時髦、新穎，奪人眼球，卻并不是事實。創(chuàng)設的情境應符合客觀現實，切不可憑空捏造，虛假情境看似新穎，往往只會是嘩眾取寵，學生不愿意接受這種杜撰式的、與生活實際脫離的虛假情境。來自于生活實際的素材，看似平淡，卻有著強大的生命力。真實的生活情境不僅能激發(fā)起學習和探究的興趣，更能激發(fā)起頭腦中積淀的生活經驗和知識儲備。

（2）改進后設計

情境：圖片展示，烈日下農民戴著口罩施撒銨態(tài)氮肥。

再讓學生輕聞氯化銨固體，卻沒有氣味，激發(fā)學生好奇心，為何農民施撒時要戴口罩，產生難聞氣味的原因可能是什么？引導學生通過對銨鹽的性質進行實驗探究，了解到銨鹽受熱易分解等主要性質。

“教真實的化學，學有用的知識”已成為人們的共識。真實的情境能夠引發(fā)學生的認知沖突，激發(fā)學生的探究欲望?；瘜W和生活實際是緊密相聯的，是真實和有用的。在化學教學中滲透真實性、有用性的思想，創(chuàng)設真實的問題情境，開展真實的實踐活動，是化學教學的應有之意。

二、實驗優(yōu)化

本節(jié)課為元素化合物知識的教學，因此將會涉及很多氨氣的性質實驗，如果沒有很好的通風設備和實驗環(huán)境，照搬教材中的實驗方案，將會產生大量氨氣，彌漫于教室中，置師生于如此“惡劣”的環(huán)境之中。因此有必要對實驗進行改進和完善，以營造綠色環(huán)保的課堂。

1．濃氨水與濃鹽酸反應

教材：在一只燒杯中放入兩個棉花球，分別在兩個棉花球上滴加幾滴濃氨水和濃鹽酸，用表面皿蓋住燒杯口，觀察現象。

該實驗盡管用到了表面皿蓋住燒杯口，但在滴加第二種液體的同時就會立即產生白煙，因此必須尋找一個密閉儀器，再向其中依次加入液體。

實驗改進：選擇Y型管，其兩端都可以承接液體，先將氨水滴加到Y型管的一端，立即塞上塞子，用注射器抽取少量濃鹽酸滴到Y型管的另一端，過程中將會產生大量白煙。

由于是密閉體系，受到內部壓強的影響，所以注射器內的濃鹽酸很難推入Y型管中。在瓶塞上打了一個1毫米左右的小孔（裝置圖1），既能調節(jié)內外壓強，又不會導致白煙散逸。

裝置圖1

2．氯化銨晶體受熱分解

蘇教版教材：取少量氯化銨晶體，放入試管中，在酒精燈火焰上微熱，觀察發(fā)生的現象。

因為該實驗為學生實驗，考慮到學生可能對微熱的尺度把握不準，若加熱時間過長會有氣體從試管中散逸出來，因此最好在封閉儀器中進行該實驗，筆者聯想到了做碘升華、凝華實驗的碘錘儀器，遂聯系儀器廠訂制了“氯化銨錘”（裝置圖2），現象非常明顯而且可以確保沒有氣體散逸。

裝置圖2

3．氯化銨與氫氧化鈣反應

教材：將少量氯化銨與少量氫氧化鈣混合后加入試管中，在酒精燈火焰上微熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗反應產生的氣體。

改進1：因為兩種固體的反應較容易進行，無需加熱，只需混合后攪拌即可，因此筆者的第一次改進是將兩種固體在研缽中混合，用研杵研磨，再用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗產生的氣體。這樣的改進操作簡便，但是這樣的敞開體系將散逸出大量氨氣，不符合綠色環(huán)保思想。

改進2：既然該反應無需加熱，只需兩種固體充分接觸即能反應，而固體的接觸可以采用攪拌也可以通過振蕩的方式來實現。因此筆者想到了材料易得的礦泉水瓶，將兩種固體依次投入瓶中，蓋上瓶蓋，充分振蕩，振蕩后一位同學將準備好的濕潤的紅色石蕊試紙靠近瓶口，另一位同學打開瓶蓋，待看到試紙變藍后立即蓋上瓶蓋。如此的改進操作簡單、有趣、環(huán)保，而且現象明顯。

三、媒體優(yōu)化

多媒體是課堂教學的一種主要的輔助手段，但使用過程中切勿過度，切不可使課堂教學成為多媒體的附庸。教師沒有必要將所講所學全部或者大部分以課件的形式展示。因此筆者在若干次的磨課過程中，課件中幻燈片的數目經歷了一個由少到多，再由多到少的過程，最終真正做到少而精。

簡化1：演示實驗裝置圖

噴泉實驗是本節(jié)課的一個重點，要想學生理解噴泉實驗的原理，對實驗裝置的介紹和原理的分析顯得尤為重要，與其對著幻燈片上簡易裝置圖的講解，不如對著實實在在的裝置一一說明來得直觀。

簡化2：化學史話

（1）初始設計

1900年，法國化學家勒沙特列通過計算，認為氮氣和氫氣在高壓條件下可以合成氨，但在實驗時發(fā)生了爆炸，他沒調查原因，就覺得這個實驗很危險，于是放棄了。后來查明是由于氣體中混入了氧氣，是氫氣和氧氣反應引起的爆炸。

稍后，德國化學家能斯特通過計算，認為合成氨是不可能的，導致合成氨的研究又一次止步。后來發(fā)現，是能斯特計算時誤用了一個數據，以至得出錯誤結論。

德國另一位化學家哈伯知難而進，對合成氨進行全面系統地研究和實驗，1908年用氮氣和氫氣在高溫、高壓、催化劑條件下合成氨，產率雖只有2%，但卻是一項重大突破。隨著實驗的不斷深入，合成氨的產率不斷提高。哈伯由此獲得諾貝爾化學獎，氨也被評為20世紀初的明星分子。

（2）改進后設計

教師講述：科學家們在很久以前就開始研究如何將氮氣轉化為化合物形態(tài)的氮，可這真是塊難啃的硬骨頭，很多著名的科學家的研究都以失敗而告終。

幻燈片展示：直到1908年德國化學家哈伯在實驗室里用氮氣和氫氣在高溫、高壓、催化劑條件下合成了氨氣，從而將氮元素轉化為化合態(tài)，雖然產率只有2%，但已經是科學史上的一項重大突破。隨著研究的不斷深入，合成氨的產率不斷提高。10年后哈伯因此獲諾貝爾化學獎。

很顯然，初始設計中大篇幅的文字閱讀會讓學生眼花繚亂，抓不住重點，還會引起學生視覺疲勞。通過教師適當的敘述，配合幻燈片中少量的文字介紹，去除旁枝末節(jié)，既使得幻燈片看起來簡潔，又能突出重點，起到事半功倍的效果。

在本節(jié)課的教學中，課件的主要輔助功能體現在以下幾方面：

一是情境再現，如哈伯對合成氨的研究的化學史話等；二是圖片展示，如正常和缺氮水稻的對比圖、常見的氮肥、烈日下施撒氮肥的農民等；三是實驗關鍵要素的提示，學生實驗的操作步驟，尤其是步驟比較多的學生實驗，通過幻燈片的形式將其一一呈現，防止學生因操作不當或缺漏而造成實驗失敗。

對于本節(jié)課的主干、重點不應只是在課件上一放而過，應該呈現在板書當中，以便學生有充裕的時間做好課堂筆記以及知識回顧，因此課件內容與板書內容各有側重。課件主要是通過圖片、史料呈現等創(chuàng)設適切的教學情境，輔助教學，板書則是記錄一節(jié)課的主線和重點。本節(jié)課的板書設計如下：

一、合成氨

N2+3H2?2NH3

二、氨氣的化學性質

1．與水反應

NH3+H2O?NH3·H2O?NH4++OH-

2．與酸反應

NH3+HCl=NH4Cl

銨鹽合成流程：N2→NH3→銨鹽

三、銨鹽的性質

1．受熱易分解

NH4Cl=△HCl↑+NH3↑

2．與堿反應

四、課后反思

任何一節(jié)課在設計的時候總是想如何盡善盡美，但是在實際教學中還存在許多不足。比如：

1．情境創(chuàng)設需嚴謹科學

（1）“饅頭”實驗問題

實驗如下：

1、向燒杯A、B中分別加入三勺面粉。

2、向B燒杯中再放入一勺碳酸氫銨固體充分攪拌。

3、向兩只燒杯中加入等量水，攪拌成糊狀

4、同時放入微波爐中加熱10秒鐘，觀察現象（也可輕聞氣味……）。

課后有專家指出，“面粉發(fā)成饅頭”反應很復雜，不能簡單化處理，產生的氣體不一定是銨鹽自身分解所致，不能排除其他反應。經過反思后覺得，如果能夠實物展示奧利奧威化餅干，其包裝袋上配料中就含有碳酸氫銨，告知學生碳酸氫銨受熱分解能產生氣體，因此可以作為食品的膨化劑，如此可以避免上述問題。

（2）太湖藍藻問題

筆者在課的結尾講到氮肥的過量使用導致太湖藍藻爆發(fā)，課后也有老師提出質疑，認為藍藻的爆發(fā)另有原因。通過查閱資料后得知，化肥的過量使用只是原因之一，并不是主要原因，這點應當在課上講明，而不應過分渲染化肥的危害。

2．課堂氣氛需充分激活

本節(jié)課以化學史話拉開帷幕：

1、中國以占世界7%的耕地，養(yǎng)活了占世界21%的人口。

2、1898年英國物理學家克魯克斯提出：由于人口的快速增長，人類很快就會面臨食物嚴重短缺的危機，而自然界中的肥料是有限的。他呼吁科學家立即行動起來，著手研制人工合成氮肥。

3、1908年，德國化學家哈伯用氮氣和氫氣在高溫、高壓、催化劑條件下合成了氨氣，建造了合成氨工廠，制取氮肥。但是在后續(xù)的生產和使用過程中也遇到了一些問題，同學們，就讓我們跟隨這位諾貝爾獎得主一起來解決還可能出現的問題。

雖然這樣的情境設計也激起了學生對合成氮肥的興趣，但是如果能通過更具有視覺效果的實驗（如噴泉實驗）、有趣的新聞視頻，或者更加巧妙的化學史話可能效果會更佳。

3．實驗設計需整合創(chuàng)新

盡管本節(jié)課的實驗已經作了較大的改進，但仍有欠缺。最典型的問題就是實驗多而零散，如果能夠將若干個小實驗打包整合，就能夠使本節(jié)課的實驗主線更加的清晰。

以氨氣溶解性的探究實驗為例，本節(jié)課的設計是：向充滿氨氣的礦泉水瓶中注入10mL水，發(fā)現瓶子癟掉以說明氨氣有著良好的水溶性。課后想來，做完該實驗的裝置還能進一步做如下實驗：取一根注射器向其中注入酚酞，酚酞變紅，證明氨水顯堿性；再將瓶子浸入熱水中，發(fā)現瓶子又鼓起來且酚酞的紅色變淺，說明氨水遇熱不穩(wěn)定的特點。從而做到一瓶多用，讓學生在一連串的實驗中感受氨氣、氨水的性質，體會化學世界的神奇與奧妙。

［1］ 王祖浩．普通高中課程標準實驗教科書 《化學1》［M］．南京：江蘇教育出版社，2009，6

1008-0546（2015）11-0069-04

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