從氨氣開始

摘要：復(fù)習(xí)課怎樣進(jìn)行才能激起學(xué)生學(xué)習(xí)欲望？才能引導(dǎo)學(xué)生從另一角度發(fā)現(xiàn)知識(shí)？文章以高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí)中NH3（蘇教版）的復(fù)習(xí)為例，打破常規(guī)復(fù)習(xí)課的教學(xué)常態(tài)，暨知識(shí)羅列到習(xí)題鞏固的復(fù)習(xí)方法。創(chuàng)設(shè)情境主線，在緊緊相扣的四個(gè)環(huán)節(jié)探究過程中，重獲以NH3為載體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系、從化合價(jià)推測可能的化學(xué)性質(zhì)及物質(zhì)產(chǎn)生途徑與制備方案設(shè)計(jì)，獲得化學(xué)學(xué)科結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途與制備的學(xué)科思想。

關(guān)鍵詞：微粒觀；結(jié)構(gòu)觀；轉(zhuǎn)化觀；認(rèn)知思維；學(xué)科本源；學(xué)科思想

文章編號(hào)：1008-0546（2016）05-0031-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.012

隨著化學(xué)新課程改革的推進(jìn)，中學(xué)化學(xué)教學(xué)正由“知識(shí)為本”向“觀念為本”轉(zhuǎn)變[1]，新的教學(xué)觀念的建立，其核心是——建立看問題的視角與思想，前提是從學(xué)生已有知識(shí)（經(jīng)驗(yàn)）和可能遇到的生活問題出發(fā)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系。教學(xué)設(shè)計(jì)是教學(xué)理念與教學(xué)實(shí)踐的中介與橋梁。只有基于觀念建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)，才能促進(jìn)教師理解并實(shí)踐化學(xué)教學(xué)的觀念，學(xué)生才能從知識(shí)學(xué)習(xí)和教師活動(dòng)中形成學(xué)科思想，實(shí)現(xiàn)化學(xué)教學(xué)的本真。

復(fù)習(xí)課的教學(xué)，很多時(shí)候被老師誤讀為已有知識(shí)的再現(xiàn)過程，教學(xué)中有的是知識(shí)的完全重復(fù)，有的是習(xí)題的再練習(xí)，有的復(fù)習(xí)課完全成了新課教學(xué)的重復(fù)。而教育的真正意義在于，當(dāng)一些外顯的學(xué)科知識(shí)都遺忘時(shí)，在學(xué)生大腦中還保留著那些終身難忘的觀念與思想[2]，復(fù)習(xí)課就是讓這些觀念和思想再鞏固的過程。學(xué)生在《化學(xué)1》新課中已經(jīng)對(duì)NH3的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制取、銨鹽性質(zhì)等都有了較好的理解與掌握，那么對(duì)于一節(jié)高三的復(fù)習(xí)課，所要做的核心就是——基于這些已有知識(shí)（經(jīng)驗(yàn)），從深層的微粒觀、結(jié)構(gòu)觀與轉(zhuǎn)化觀的角度整合、串接科學(xué)知識(shí)的本源，從知識(shí)內(nèi)在認(rèn)知順序來發(fā)展學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)科思想的形成，這也正是科學(xué)教學(xué)的核心目標(biāo)。下面筆者以NH3的復(fù)習(xí)為例，實(shí)踐學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途和制備”的理解，同時(shí)學(xué)會(huì)用微粒相互結(jié)合（化學(xué)變化實(shí)質(zhì)）角度實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的理解。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)的思考

復(fù)習(xí)課的三重境界：第一層次僅僅是知識(shí)的羅列與再現(xiàn)；第二層次是以情境設(shè)計(jì)主線，將復(fù)習(xí)內(nèi)容有機(jī)整合；第三層次則是既對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行重整、聯(lián)系啟后的內(nèi)容，更是將學(xué)科內(nèi)看似“獨(dú)立”的內(nèi)容從內(nèi)在本質(zhì)上進(jìn)行聯(lián)系與整合。怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)本真的理解，幫助學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科思想才是教學(xué)意義所在。高三復(fù)習(xí)課怎樣上？如果仍然是平鋪直敘地描述NH3結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)室制法、工業(yè)制法、檢驗(yàn)、收集及氨水成分的討論，這對(duì)于同學(xué)來說，只是再重復(fù)的過程，有的學(xué)生已經(jīng)掌握，雖有遺忘，完全可以自主解決，并沒有真正的學(xué)習(xí)增量產(chǎn)生；當(dāng)然也有的直接以習(xí)題為例，通過習(xí)題來達(dá)到復(fù)習(xí)知識(shí)的目的，上述都建立在知識(shí)的再現(xiàn)和回憶。而我們要實(shí)現(xiàn)的是發(fā)現(xiàn)并總結(jié)這些科學(xué)知識(shí)之間內(nèi)在的聯(lián)系，厘清這些性質(zhì)之間的來龍去脈。當(dāng)遇到教材中不曾出現(xiàn)的新物質(zhì)時(shí)，學(xué)生是否會(huì)遷移運(yùn)用？是否會(huì)提出新的可能性設(shè)想（如物質(zhì)、轉(zhuǎn)化等），同時(shí)提出自己的觀點(diǎn)，用科學(xué)原理和方法進(jìn)行判斷可能性和合理性。從提出假設(shè)到得出結(jié)論就是科學(xué)探究的過程，既有科學(xué)的假設(shè)，又有實(shí)證（實(shí)驗(yàn)論證、推理論證和資料論證），論證過程選擇合適的反應(yīng)條件、物質(zhì)、裝置，并從現(xiàn)實(shí)條件、經(jīng)濟(jì)性的角度解讀?；谏厦娴乃伎迹覍⑦@一節(jié)的課題名稱定為“從NH3開始”。

二、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

1. 環(huán)節(jié)一：從NH3電子式推斷其結(jié)合與失去H微粒形成的新微粒及空間構(gòu)型

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)NH3結(jié)構(gòu)的理解，設(shè)計(jì)NH3得失H、H+、H-的可能性及形成微粒的空間構(gòu)型的探索，使得相對(duì)抽象難以理解的知識(shí)在學(xué)生分析與交流中獲得理解，問題設(shè)計(jì)簡潔明了，如下：

經(jīng)過高一的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)NH3的電子式、結(jié)構(gòu)式一定不陌生，但對(duì)其構(gòu)型，總是不容易記住，原因自然是微粒之間相互作用與空間構(gòu)型之間缺少聯(lián)系。復(fù)習(xí)起點(diǎn)就從NH3的電子式開始，每一位同學(xué)都知道，N原子周圍有四對(duì)電子，由于電子對(duì)之間存在斥力，所以電子云之間有擠壓，為形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，所以出現(xiàn)四面體形的伸展（如圖1）[3]，但三個(gè)電子對(duì)形成N-H共價(jià)鍵，所以必然造成形狀變化，所以形成三角錐形（如圖2），如果結(jié)合一個(gè)H+形成NH4+，則正好形成四個(gè)N-H共價(jià)鍵（雖然有一個(gè)是配位鍵），但鍵長、鍵能相同，所以此時(shí)又形成正四面體（如圖3），并在此基礎(chǔ)上討論了NH3是否能結(jié)合H原子、H-離子等微粒。從化學(xué)鍵及微粒相互作用認(rèn)識(shí)微粒結(jié)合的原因。

如果“NH3失去H”原子形成什么微粒？其電子式怎樣表示？結(jié)構(gòu)又如何？NH3是否可能失去H+、H-？若失去空間結(jié)構(gòu)怎樣？圍繞上述問題，通過電子式書寫后，電子對(duì)之間斥力和穩(wěn)定性分析，讓學(xué)生清晰理解NH3、NH4+、NH2-、N3-的空間結(jié)構(gòu)，更理解這些結(jié)構(gòu)變化的原因，更加有意義的是學(xué)生對(duì)于陌生的微粒NH5、NH2-等微粒的存在、可能結(jié)合的其它微粒都有了新的認(rèn)識(shí)，不再囿于學(xué)過的幾種物質(zhì)。

復(fù)習(xí)教學(xué)，不是知識(shí)的羅列過程，更不是讓學(xué)生沉浸在解題之中，而最可能的是基于學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，提出自己的觀點(diǎn)，試著進(jìn)行論證，在證實(shí)或證偽過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的理解和學(xué)科思想的形成。

2. 環(huán)節(jié)二：從NH3中N、H元素的化合價(jià)推斷可能的性質(zhì)與反應(yīng)

基于NH3電子式的分析，由于H不愿意失去最外層的電子，但由于N的非金屬性強(qiáng)，吸引電子對(duì)的能力強(qiáng)，所以N-H之間共用電子對(duì)偏向N原子一方，導(dǎo)致N原子周圍負(fù)電荷偏多，出現(xiàn)負(fù)價(jià)，而H原子周圍帶正電性，出現(xiàn)正價(jià)，根據(jù)電子對(duì)數(shù)量確定價(jià)態(tài)數(shù)量。H（+1）是H元素的最高價(jià)，學(xué)生答出只具有氧化性，下面是和學(xué)生一起研究其氧化性的課堂問題設(shè)計(jì)：

學(xué)生在試題中也許遇到過NH3與Na的反應(yīng)，也許還進(jìn)行過氧化還原分析，但對(duì)于大部分同學(xué)來說，這還是一個(gè)陌生的知識(shí)情景，或許還有一定的難度，若要用NH3氧化其它物質(zhì)，學(xué)生基本是難以回答，試問為什么？即使了解了NH3能氧化活潑金屬及金屬氫化物，若是N2H4和Na、NaH等物質(zhì)可能發(fā)生反應(yīng)嗎？產(chǎn)生什么物質(zhì)？或許對(duì)于老師來說也不一定會(huì)去嘗試，但我的課堂做到了，而且是學(xué)生分析出來的，或許在問題出現(xiàn)過程中，學(xué)生也做出過很多錯(cuò)誤的判斷，但并不會(huì)影響學(xué)生自主的糾錯(cuò)，這來源于學(xué)生對(duì)NH3微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，可見從微粒結(jié)構(gòu)及微粒間相互作用入手，預(yù)測并實(shí)證其可能的化學(xué)性質(zhì)的重要性。正是基于這樣的設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)NH3的還原性才不會(huì)忽視，才不會(huì)見到NaNH2、Na2NH、Na3N而懷疑是否有這種物質(zhì)。有了這樣的基礎(chǔ)，學(xué)生在假設(shè)、分析、證實(shí)N（-3）H3中N的還原性時(shí)就輕松簡單的達(dá)成。問題設(shè)計(jì)如下：

在問題解決中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“NH3+CuO”、“NH3+NOx”和“NH3+O2”的反應(yīng)都曾經(jīng)見過。學(xué)生的學(xué)習(xí)越來越主動(dòng)，越來越輕松，沒有感覺到老師在重復(fù)原來的足跡，又不是NH3性質(zhì)的再羅列，但又實(shí)實(shí)在在鞏固N(yùn)H3的性質(zhì)，這就是有形的知識(shí)融入無痕的復(fù)習(xí)課堂。

復(fù)習(xí)課中知識(shí)的羅列最常見，也是教師最擅長的方法，而對(duì)于學(xué)生來說，所要做的是配合老師進(jìn)行知識(shí)再現(xiàn)，幫助老師記住課標(biāo)要求的知識(shí)，而我們的同學(xué)又獲得了多少？回頭看看我們身邊高三的復(fù)習(xí)是否一直在讓學(xué)生幫助老師復(fù)習(xí)。

3. 環(huán)節(jié)三：從NH3的產(chǎn)生到制備

物質(zhì)教學(xué)除了“結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”之間的關(guān)系之外，還有我們關(guān)心的要點(diǎn)，即物質(zhì)的產(chǎn)生、制取和保存，所以對(duì)NH3的制備教學(xué)中，沒有和學(xué)生一起來再現(xiàn)其工業(yè)制法和實(shí)驗(yàn)室制法，而是從一起探討可能產(chǎn)生NH3的途徑入手，分析每一種產(chǎn)生NH3方法原理、生產(chǎn)過程復(fù)雜程度、原料豐富程度，而并沒有限定必須是什么方法。因?yàn)橹苽浞椒ㄅc用量、原料、設(shè)備都有關(guān)系?，F(xiàn)今沒有使用的生產(chǎn)方法不代表未來就不選用，不代表在所有地區(qū)就不可以，而要有開放的、發(fā)展的眼光看待需要與生產(chǎn)的關(guān)系。問題設(shè)計(jì)如下：

在NH4Cl分解產(chǎn)生NH3和HCl的方案中，后續(xù)HCl如何去除？從H2O、NaOH固體、堿石灰、Ca（OH）2、CaO逐步討論認(rèn)識(shí)，研究了選擇什么物質(zhì)來制取和分離物質(zhì)的化學(xué)原理。在濃NH3·H2O制取NH3的方案中，從直接加熱到間接加熱（NaOH固體），再到加熱并吸水（CaO固體）的分析中，從原理上尋找替代性的物質(zhì)。

正是基于對(duì)NH3及相關(guān)微粒的探討，學(xué)生才會(huì)想到“NH2-+H+”、“NH2-+2H+”、“N3-+3H+”和“NO、NO2、NO3-還原”等方法也能獲得NH3，才會(huì)明白為什么Mg3N2遇到水易水解的原因。甚至還有學(xué)生想到NH4+

+NH2-■2NH3，這不正是學(xué)生真正有效學(xué)習(xí)的發(fā)生嗎？

4. 環(huán)節(jié)四：NH3微粒間的結(jié)合

當(dāng)上述反應(yīng)出現(xiàn)后，學(xué)生的思路真正打開了，說出了更多陰、陽離子結(jié)合。N、H元素形成的陰陽離子：NH4+和NH2-、NH2-、N3-、H-之間結(jié)合會(huì)形成什么物質(zhì)？在這些問題之后我的逆向思維把學(xué)生帶到了一個(gè)新的領(lǐng)域，2NH3■NH4++NH2-，和它相似的2H2O■H3O++OH-的反應(yīng)，水溶液體系存在很多的化學(xué)平衡，液氨溶劑中存在新的平衡體系為化學(xué)研究開辟了一片新天地。

NH3微粒間由于N、H間共用電子對(duì)的偏移，使得N、H原子出現(xiàn)較強(qiáng)的電極性，導(dǎo)致NH3分子之間的N、H原子之間產(chǎn)生一種相對(duì)較強(qiáng)的分子間作用力——?dú)滏I，這使得NH3容易液化，常用作致冷劑，從新課時(shí)知道易液化，可作致冷劑，到為什么易液化，真正實(shí)現(xiàn)知其所以然，從科學(xué)本質(zhì)上理解現(xiàn)象產(chǎn)生。

三、教學(xué)思考

以NH3為載體，從結(jié)構(gòu)到性質(zhì)，從微粒間的結(jié)合到宏觀物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，微粒間相互作用到化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，用氧化還原思想指導(dǎo)氮及其化合物的復(fù)習(xí)與知識(shí)建構(gòu)，以獲得學(xué)生從已知到未知，從假設(shè)到證明，從知識(shí)羅列到學(xué)科思想形成的學(xué)習(xí)，這樣的復(fù)習(xí)課能有效達(dá)成兩個(gè)目標(biāo)：其一，知識(shí)學(xué)習(xí)到觀念滲透轉(zhuǎn)化，用學(xué)科思想指導(dǎo)學(xué)習(xí)；其二，找準(zhǔn)學(xué)生認(rèn)知的最近發(fā)展區(qū)，激活學(xué)生思維參與的主動(dòng)性。

1. 知識(shí)為本到觀念建構(gòu)的轉(zhuǎn)化，學(xué)科思想的顯現(xiàn)

因?yàn)榻痰脑?，所以?duì)元素化合物的學(xué)習(xí)，更多的關(guān)注知識(shí)為本的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)中注重物質(zhì)的性質(zhì)、制取，復(fù)習(xí)中更多關(guān)注知識(shí)的再現(xiàn)與羅列，而忽視學(xué)科觀念、學(xué)科思想的建立，所以在復(fù)習(xí)課中事無具細(xì)的進(jìn)行詳細(xì)的重復(fù)、識(shí)記和訓(xùn)練。筆者在嘗試對(duì)NH3制取的教學(xué)中，并沒有這樣進(jìn)行，而是明確為NH3的產(chǎn)生與獲得，這也是一種新觀念的認(rèn)同過程，通常教學(xué)中會(huì)強(qiáng)調(diào)工業(yè)制法——合成氨，實(shí)驗(yàn)室制法——氯化銨與熟石灰反應(yīng)，甚至把整個(gè)過程、反應(yīng)條件、裝置、檢驗(yàn)等再現(xiàn)一遍，對(duì)于大多數(shù)同學(xué)而言是已經(jīng)會(huì)的，與教學(xué)觀念中“已經(jīng)會(huì)的知識(shí)不講”觀念相矛盾，或者就是經(jīng)典例題鞏固，也很實(shí)際。看似重點(diǎn)內(nèi)容完整，但換一種新的物質(zhì)、方法出現(xiàn)，學(xué)生就會(huì)犯難，學(xué)生的視角變窄，思維囿結(jié)。甚至用NH4Cl制氨氣過程中換CaO是否可行？換Ba（OH）2呢？用濃氨水制氨氣，除了加熱，是否可能有間接的加熱方式？變通的加熱方式？NH2-是否可能用來產(chǎn)生NH3？Mg3N2是否也可以？學(xué)生的學(xué)習(xí)是知識(shí)獲得、認(rèn)知思維的發(fā)展、學(xué)科思想形成的過程，而不是單獨(dú)的知道某一變化可能還是不可能，某一反應(yīng)用來做什么？也許未來的一天制取NH3的方法就會(huì)是今天學(xué)生探究中的某一種，也許是另一種目前還未知的方法，如果我們只注重知識(shí)的再現(xiàn)，完全走在當(dāng)下正確的認(rèn)知溫水中，就會(huì)失去學(xué)習(xí)和探究的能力，就會(huì)失去學(xué)科思想建立的可能，而失去對(duì)未知世界的求索，學(xué)習(xí)是發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過程[4]。

2. 以已有知識(shí)為起點(diǎn)，促認(rèn)知思維的提升和思維視角的打開

NH3的電子式書寫對(duì)于高三學(xué)生相對(duì)容易，其空間構(gòu)型表述就存在一些不足，這源于電子對(duì)與空間構(gòu)型的影響認(rèn)識(shí)，現(xiàn)行教學(xué)中要求相對(duì)較低，怎么辦？更何況還有NH4+、NH2-、NH2-、N3-又有什么樣的空間構(gòu)型？這些微粒與空間構(gòu)型之間存在什么樣的關(guān)系，怎樣演變？倘若一定讓學(xué)生記住結(jié)果，雖然可以達(dá)成，但學(xué)生會(huì)感覺煩、更感覺化學(xué)的無趣，我想也不會(huì)聯(lián)想到NH2-和H2O結(jié)構(gòu)非常相似，更不理解NH4+、CH4和N3-空間構(gòu)型相似，在上述結(jié)構(gòu)演變中，正是從學(xué)生熟知的起點(diǎn)，每一次都踩進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的最近發(fā)展區(qū)，所以才會(huì)有學(xué)生積極主動(dòng)的思維參與，才會(huì)有學(xué)生回頭感覺到復(fù)雜的三維空間結(jié)構(gòu)并不太難理解。

從電子對(duì)偏移，到化合價(jià)判斷，從化合價(jià)相對(duì)高低，到可能具有的化學(xué)性質(zhì)，甚至可能會(huì)發(fā)生的反應(yīng)，都是學(xué)生用氧化還原反應(yīng)思想進(jìn)行科學(xué)探究，最后證實(shí)或證偽了學(xué)生的推測，整個(gè)過程教師從來沒有否定學(xué)生的推測，只是給予必要的引導(dǎo)和肯定，即使是錯(cuò)誤的假設(shè)也是學(xué)生自己最后證偽的，如NH3與Na反應(yīng)生成NaNH2、Na2NH、Na3N和H2，NH4+和NH2-、H-，NH2-+H+、NH2-+H+之間發(fā)生的反應(yīng)，NH4++H+、NH4++H-之間是否反應(yīng)，產(chǎn)生什么物質(zhì)等過程都是學(xué)生自己的推理得出。這才是運(yùn)用最近發(fā)展區(qū)開放思維的學(xué)習(xí)，在未來的學(xué)習(xí)、工作中一定會(huì)受益，這正是周千紅先生所一直倡導(dǎo)的教學(xué)——發(fā)掘知識(shí)這一偉大事物的內(nèi)在魅力[5]。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜言霞，盧巍.基于化學(xué)基本觀念建構(gòu)的“氨”的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[J].化學(xué)教育，2015，9（17）：37-41

[2] 陸庭鑾.微粒觀在化學(xué)教學(xué)中的巧妙運(yùn)用――以“應(yīng)用廣泛的酸、堿、鹽”教學(xué)難點(diǎn)突破為例[J].化學(xué)教育，2015，8（15）：26-28

[3] 江敏.感受自然界的魅力――“共價(jià)鍵”教學(xué)的實(shí)踐與思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，8：16-20

[4] 李發(fā)順.學(xué)習(xí)是發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過程[J].教育研究與評(píng)論（課堂觀察）[J].2015，7：封二

[5] 李發(fā)順.重構(gòu)學(xué)生主體課堂的思考――高中化學(xué)新課程教學(xué)設(shè)計(jì)[M].寧波：寧波出版社，2014，11：1-3