基于“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的元素化學(xué)教學(xué)

胡盈盈

【摘要】以氨和銨鹽的教學(xué)為例，探討元素化學(xué)教學(xué)中培育“宏觀辨識(shí)和微觀探析”的教學(xué)實(shí)踐;通過(guò)內(nèi)容設(shè)計(jì)上體現(xiàn)：元素組成，微粒種類，實(shí)驗(yàn)探究，性質(zhì)變化，用途。學(xué)科觀念上體現(xiàn)：元素觀，微粒觀，實(shí)驗(yàn)觀，轉(zhuǎn)化觀，學(xué)科價(jià)值觀。嘗試建立起“宏觀辨識(shí)和微觀探析”的教學(xué)流程。

【關(guān)鍵詞】宏觀辨識(shí);微觀探析;教學(xué)設(shè)計(jì);氨和銨鹽;核心素養(yǎng)

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”共五項(xiàng)素養(yǎng)[1]。但化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要貫穿在整個(gè)高中的學(xué)習(xí)中。元素化合物的教學(xué)是高中化學(xué)教學(xué)的一大重點(diǎn)，也是最能滲透化學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)的一塊內(nèi)容。

一、教學(xué)目標(biāo)定位

氨和銨鹽是新版人教版必修2第五章第二節(jié)的內(nèi)容，在進(jìn)行氨和銨鹽的學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了氯、硫等典型非金屬的性質(zhì)，也基本具備了微粒觀念;也學(xué)習(xí)的氮的氧化物的性質(zhì)，對(duì)于氮元素的常見(jiàn)的化合價(jià)也有了一定的認(rèn)知水平;然而受限于學(xué)科知識(shí)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)氨的認(rèn)知不足[2]，所以本節(jié)課作為面對(duì)高一學(xué)生的新授課，在學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討氨的性質(zhì)及用途，形成氨的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，從氨氣到銨鹽，從銨鹽到新型氮肥，實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)與人文教學(xué)的融合，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，提升學(xué)科能力。

二、教學(xué)過(guò)程和意圖

環(huán)節(jié)一：科學(xué)史話——氮肥的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用

在平時(shí)生活中，熟人遇見(jiàn)都很習(xí)慣問(wèn)一句：“吃飯了嗎？”俗話說(shuō)：“人是鐵，飯是鋼，一頓不吃餓得慌。”米飯來(lái)源于水稻，提到水稻，大家肯定會(huì)想起一個(gè)科學(xué)家：袁隆平，雜交水稻之父。但是今天我要給大家介紹的是在化學(xué)中的明星元素：氮。

【圖片展示】?jī)膳杷荆ㄒ慌枵?一盆缺氮）

【教師提問(wèn)】植物缺氮會(huì)造成植株瘦弱，葉片發(fā)黃，水稻缺氮就會(huì)造成產(chǎn)量降低。但是空氣中有71%N2，為什么水稻會(huì)缺氮嗎？

【學(xué)生回答】N2不能被植物吸收，植物能吸收的是化合態(tài)的氮元素

【教師補(bǔ)充】由于氮分子內(nèi)兩個(gè)氮原子間以共價(jià)三鍵（N≡N）結(jié)合，斷開(kāi)該化學(xué)鍵需要較多的能量，所以氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常情況下難以與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)，無(wú)法被大多數(shù)生物體直接吸收。

【教師講解】將大氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過(guò)程叫做固氮。

【教師提問(wèn)】請(qǐng)同學(xué)來(lái)講講你知道的固氮的形式。

【學(xué)生回答】自然固氮：豆科植物的根瘤菌;閃電釋放放熱能量將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮的化合物。

【教師講解】但這兩種固氮形式的固氮能力十分有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠植物生長(zhǎng)需求，那大家覺(jué)得要想什么辦法呢？

【學(xué)生回答】人工合成

【教師夸獎(jiǎng)】非常好，大家和科學(xué)家們想的一樣，都有成為科學(xué)家的潛質(zhì)。

【科學(xué)史話】由于氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很不活潑，以氮?dú)夂蜌錃鉃樵虾铣砂钡墓I(yè)化生產(chǎn)曾是一個(gè)較難的課題。1909年，德國(guó)化學(xué)家哈伯經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)合成氨的催化劑和條件，使其具備了工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。德國(guó)工程師博施則將哈伯合成氨的實(shí)驗(yàn)室方法轉(zhuǎn)化為規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)。哈伯和博施都因此獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這個(gè)反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用非常的偉大，也有很多科學(xué)家稱這個(gè)反應(yīng)為“將空氣轉(zhuǎn)化為面包”。2008年中國(guó)最高科學(xué)獎(jiǎng)獲得者徐光憲說(shuō)：“如果沒(méi)有哈伯在1909年發(fā)明的用鋨作催化劑的高壓合成氨技術(shù)，世界糧食至少要減半，60億人口有30億要餓死。”

【合理過(guò)渡】今天這節(jié)課我們學(xué)習(xí)的主角就是哈伯合成氨的產(chǎn)物：NH3。

設(shè)計(jì)意圖：課堂教學(xué)中，學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突是很好的教學(xué)契機(jī)，這種認(rèn)知沖突能使學(xué)生產(chǎn)生迫于需要探索問(wèn)題的內(nèi)在需求，能將學(xué)生迅速帶入本課的研究情景。通過(guò)科學(xué)史的介紹學(xué)習(xí)，有利于提升學(xué)生的人文素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)二：宏觀辨識(shí)——氨氣水溶性的研究

【教師演示】展示一瓶氨氣

【學(xué)生展示并回答】請(qǐng)同學(xué)上來(lái)觀察氨氣的顏色和狀態(tài)，扇聞氨氣的氣味。

氨氣是無(wú)色、有刺激性氣味的氣體，密度比空氣的小。

【教師補(bǔ)充】氨氣在常溫下加壓條件下很容易液化，液化時(shí)放熱。得到液氨（純凈物），液氨汽化時(shí)要吸收大量的熱，使周圍溫度急劇降低，因此，液氨可用作制冷劑。

【教師提問(wèn)】為什么氨氣在常溫下加壓易液化？

【教師補(bǔ)充】將氣體液化常有兩種方法，一種是降溫，將溫度降到沸點(diǎn)以下，氣體可以變成液體。一種是加壓。例如氧氣，常壓下，將溫度降低至零下183℃以下，氧氣能變成液氧，但是氧氣在常溫下加多大壓力都不能變成液氧。而氨氣，常壓下，溫度降低至零下33.35℃，即可變成液氨，或者常溫下，加壓即可液化。

【教師進(jìn)一步細(xì)化問(wèn)題】為什么氨氣的沸點(diǎn)比氧氣等一些普通的氣體要高呢？

【學(xué)生回答】結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)

【教師夸獎(jiǎng)并繼續(xù)提問(wèn)】很好，這個(gè)思想是化學(xué)中非常重要的理念。那請(qǐng)同學(xué)寫(xiě)出氨氣的電子式和結(jié)構(gòu)式。

【學(xué)生書(shū)寫(xiě)并回答】氨氣中存在氫鍵，氫鍵會(huì)導(dǎo)致氨氣的熔沸點(diǎn)異常高，所以氨氣比氧氣等一些普通氣體更易液化。

【教師進(jìn)一步提問(wèn)】氫鍵還會(huì)影響其他什么物理性質(zhì)？

【學(xué)生回答】水里的溶解度，我猜氨氣在水中溶解度很大。

【教師進(jìn)一步描述現(xiàn)象】滴水之恩，當(dāng)涌泉相報(bào)

【教師提問(wèn)】為什么會(huì)形成噴泉？

【學(xué)生回答】NH3被水溶解了，圓底燒瓶的氣壓降低，在大氣壓的作用下，水被壓上去形成噴泉。

【教師進(jìn)一步提問(wèn)】說(shuō)明了氨氣有什么性質(zhì)？

【學(xué)生回答】只是滴入了幾滴水，就溶解了很多NH3，說(shuō)明NH3的水溶性極好。

【教師補(bǔ)充】NH3極易溶于水，在常溫常壓下，1體積的水可以溶解700體積的NH3。

【問(wèn)題升華】NH3有毒，我們平時(shí)做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候NH3的尾氣怎么處理？用什么試劑來(lái)吸收NH3尾氣？有什么注意事項(xiàng)？

【學(xué)生回答】用水吸收尾氣，要注意防倒吸。

設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生直觀的感受到化學(xué)的魅力，通過(guò)噴泉實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象分析，問(wèn)題挖掘，幫助學(xué)生對(duì)噴泉實(shí)驗(yàn)這個(gè)模型的認(rèn)知;通過(guò)氫鍵對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響，促進(jìn)學(xué)生宏觀辨識(shí)和微觀辨析的核心素養(yǎng)的發(fā)展。

核心素養(yǎng)在教學(xué)中的體現(xiàn)任重道遠(yuǎn)，需要不斷去探討研究，希望自己在今后教學(xué)中能更多的滲透化學(xué)核心素養(yǎng)，幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)科基本觀念，形成屬于自己的學(xué)科思維和方法。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]杜博.基于“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的元素化學(xué)教學(xué)[J].化學(xué)教與學(xué)，2020，（10）：77-80