基于“價一類二維圖”促進(jìn)觀念建構(gòu)的教學(xué)實踐與反思

左傳鵬 晏曦 喻建軍 楊落星

摘要：以高三復(fù)習(xí)課“氨氣的性質(zhì)與用途”教學(xué)為例，基于元素化合價一類別二維關(guān)系圖，設(shè)計“構(gòu)圖”“夯基”“探究”和“遷移”四個主要環(huán)節(jié)，構(gòu)建高三元素化合物復(fù)習(xí)課模型，以期在復(fù)習(xí)課中促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)與發(fā)展元素觀、微粒觀、分類觀、轉(zhuǎn)化觀、實驗觀、化學(xué)價值觀，實現(xiàn)由“知識為本”向“觀念為本”“素養(yǎng)為重”的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：氨：價一類二維圖：元素化合物：觀念建構(gòu)

文章編號：1008-0546（2019）05-0046-03

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.05.015

元素化合物知識是中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)概念原理及化學(xué)實驗的基礎(chǔ)，更是學(xué)生自主建構(gòu)與發(fā)展化學(xué)基本觀念的載體?，F(xiàn)行的元素化合物復(fù)習(xí)流程常常是“畫物質(zhì)轉(zhuǎn)化圖一回憶物質(zhì)性質(zhì)一書寫化學(xué)方程式一習(xí)題訓(xùn)練一講解習(xí)題”。以這種形式開展復(fù)習(xí)條理清楚，但物質(zhì)問的脈絡(luò)關(guān)系還是教師直接給出，并不是學(xué)生自己逐步形成的，學(xué)生被動接受后很容易遺忘，掌握情況不理想。

以物質(zhì)的類別（氫化物、單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽等）為橫坐標(biāo)，以某元素的化合價為縱坐標(biāo)，在二維平面內(nèi)繪制含有該元素物質(zhì)的圖像稱之為元素化合價一類別二維關(guān)系圖（以下簡稱價一類二維圖）。該圖具有直觀、線索清晰、引導(dǎo)性強等特點，基于價一類二維圖復(fù)習(xí)元素化合物知識模塊，不僅有利于從物質(zhì)類別和價態(tài)視角掌握物質(zhì)的通性，優(yōu)化重組物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)整合能力和知識遷移能力，提升高三復(fù)習(xí)效率，更有利于加強學(xué)生對化學(xué)基本觀念的理解，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。

一、課前設(shè)想

氮元素化合價多樣，物質(zhì)種類繁多，相互轉(zhuǎn)化關(guān)系較為復(fù)雜，而且很多物質(zhì)具有自身的特性，引導(dǎo)學(xué)生自主形成有序的知識脈絡(luò)很有必要。其中，氨作為一種重要的含氮化合物，內(nèi)容豐富，計劃安排兩個課時完成：第一個課時以價一類二維圖為依托，梳理氨的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與用途;第二課時以合成氨工業(yè)流程為背景，著重復(fù)習(xí)氨氣的工業(yè)制法和實驗室制法。

筆者于2018年4月在長沙市普通高中課堂教學(xué)改革優(yōu)秀課例展示研討活動中展示了第一課時“氨氣的性質(zhì)與用途”，融入元素價一類二維圖，在引導(dǎo)學(xué)生掌握必備知識，將所學(xué)知識和方法內(nèi)化為自身能力的同時，促進(jìn)和發(fā)展學(xué)生的化學(xué)基本觀念。現(xiàn)就這節(jié)課的教學(xué)過程及設(shè)計意圖呈現(xiàn)如下，以期拋磚引玉。

二、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)1：構(gòu)圖——聯(lián)系生活生產(chǎn)，構(gòu)建氮元素價一類二維圖，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展元素觀和分類觀

【播放微視頻】生命起源;糧食與氮肥;氮氧化物引發(fā)的環(huán)境問題。

【提問】含氮物質(zhì)無處不在，你知道哪些呢？

【學(xué)生活動】以物質(zhì)常見類別為橫坐標(biāo)，以氮元素的常見價態(tài)為縱坐標(biāo)，畫氮元素價一類二維圖。

（學(xué)生一例如圖1所示，不少學(xué)生根據(jù)平時的積累，在圖中一并呈現(xiàn)了N2H4、HN3、NaN3、N2O、KSCN等物質(zhì)。）

設(shè)計意圖：從含氮物質(zhì)在人類生產(chǎn)和生活中發(fā)揮的功能價值的兩面性出發(fā)，啟發(fā)學(xué)生對科學(xué)價值觀的思考，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在動機。鼓勵學(xué)生自主構(gòu)建氮元素價一類二維圖，活躍學(xué)生思維的同時，調(diào)動學(xué)生的參與熱情，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)與發(fā)展元素觀和分類觀。

環(huán)節(jié)2：夯基——深度挖掘教材，夯實氨基礎(chǔ)知識，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)與發(fā)展微粒觀、轉(zhuǎn)化觀和化學(xué)價值觀

【學(xué)生活動】1.完成學(xué)案：回顧氨的電子式和分子構(gòu)型;氨的物理性質(zhì)。2.指導(dǎo)學(xué)生，仔細(xì)閱讀課本，并提供資料：NH3沸點為-33.5°C，N2沸點為-195.8°C）

【學(xué)生】閱讀后補充：易液化，可用作制冷劑。

【追問】從結(jié)構(gòu)角度分析，為什么NH3比N2易液化？

【學(xué)生】氨分子間有氫鍵，分子間的作用力更強，故沸點比N2高，容易液化，且液氨在常溫下氣化時能帶走大量的熱。

【拓展】生活中，你聽說過冷凍劑——液氮嗎？

【小結(jié)】結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途：氨分子與水分子之間形成氫鍵，故氨極易溶于水;氨分子間形成氫鍵，故氨易液化，可用作制冷劑。

設(shè)計意圖：回顧氨的分子結(jié)構(gòu)，通過追問，引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘教材，并結(jié)合分子結(jié)構(gòu)解釋性質(zhì)，由性質(zhì)分析用途，培養(yǎng)學(xué)生從微觀視角深入認(rèn)識物質(zhì)的意識，發(fā)展學(xué)生的微粒觀和化學(xué)價值觀。

【過渡】請同學(xué)們觀察氮元素價一類二維圖，找一找NH3能轉(zhuǎn)化為哪些物質(zhì)？

【學(xué)生】從類別看，氨呈堿性，可轉(zhuǎn)化為氨水、銨鹽;從化合價看，氨中氮元素顯-3價，為最低價，有還原性，可轉(zhuǎn)化為NO……（有學(xué)生講是NO2）

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合氮元素價一類二維圖分析氨的化學(xué)性質(zhì)，采用同桌PK賽方式訓(xùn)練化學(xué)方程式書寫，并設(shè)計了學(xué)生互評環(huán)節(jié)，活躍了課堂氣氛，激發(fā)參與熱情，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的學(xué)習(xí)習(xí)慣，在落實基礎(chǔ)知識和提高基本技能的同時，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)與發(fā)展微粒觀、轉(zhuǎn)化觀和化學(xué)價值觀。

環(huán)節(jié)3：探究——針對認(rèn)知沖突，設(shè)計實驗方案，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)與發(fā)展實驗觀、轉(zhuǎn)化觀和化學(xué)價值觀

【提問】（回顧學(xué)生發(fā)言）NH3被O2催化氧化，氧化產(chǎn)物是NO還是NO2？

【活動】1.設(shè)計實驗方案，驗證氨催化氧化產(chǎn)物為NO。要求：（1）畫簡易實驗裝置圖;（2）描述預(yù)期實驗現(xiàn)象。

2.展示實驗裝置圖，介紹實驗設(shè)想，師生互動，優(yōu)化實驗方案。

【播放微視頻】筆者完成氨催化氧化實驗（實驗裝置圖如圖2所示）。

【提問】在視頻中，你觀察到什么實驗現(xiàn)象，結(jié)論是什么？

【學(xué)生】持續(xù)通O2，硬質(zhì)玻璃管中氣體無明顯顏色變化，說明氨催化氧化產(chǎn)物為NO;廣口瓶中收集了紅棕色氣體，說明NO冷卻后，遇O2轉(zhuǎn)化為NO2;裝有紫色石蕊溶液的瓶中溶液變紅色，說明產(chǎn)生了硝酸;在停止通氧氣，持續(xù)通氨氣后，集氣瓶中紅棕色慢慢褪去，產(chǎn)生大量白煙，說明產(chǎn)生了NH4NO3。

【學(xué)生】反應(yīng)過程中，催化劑局部出現(xiàn)紅熱狀態(tài)，并在停止加熱后能維持，說明氨催化氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

【提問】結(jié)合氮元素價一類二維圖中氨的轉(zhuǎn)化關(guān)系，想一想，氨有哪些重要用途？（制冷劑;制氨水、硝酸、銨態(tài)氮肥。）

設(shè)計意圖：針對學(xué)生的認(rèn)知沖突，鼓勵學(xué)生不迷信權(quán)威，敢于質(zhì)疑，用思考和實驗代替口訣（“4546”），通過實驗方案設(shè)計和分享，鍛煉了學(xué)生的口頭表達(dá)能力。引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識由氨制備硝酸及氮肥的轉(zhuǎn)化原理，學(xué)生在該環(huán)節(jié)通過觀察、辨識宏觀現(xiàn)象，培養(yǎng)用對立統(tǒng)一、聯(lián)系發(fā)展的觀點分析反應(yīng)規(guī)律，深化對實驗觀和轉(zhuǎn)化觀的理解。加深了學(xué)生對氨在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要用途的認(rèn)識，也讓學(xué)生了解到氮的氧化物對環(huán)境的影響，培養(yǎng)學(xué)生辯證地認(rèn)識和應(yīng)用物質(zhì)的意識，促進(jìn)化學(xué)價值觀的形成。

環(huán)節(jié)4：遷移——運用價一類二維圖，轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)與發(fā)展分類觀和轉(zhuǎn)化觀

【提問】請同學(xué)們結(jié)合氮元素價一類二維圖，談一談你對化合物N2H4的認(rèn)識。

【學(xué)生活動】思考，從物質(zhì)類別和該物質(zhì)中元素化合價兩個角度預(yù)測N2H4的化學(xué)性質(zhì)。

【練習(xí)】[2016·全國卷II·26題節(jié)選]聯(lián)氨（又稱聯(lián)肼，N2H4，無色液體）是一種應(yīng)用廣泛的化工原料，可用作火箭燃料，回答下列問題：

（1）聯(lián)氨分子的電子式為___，其中氮的化合價為___。

（4）聯(lián)氨為二元弱堿，在水中的電離方式與氨相似。聯(lián)氨與硫酸形成的酸式鹽的化學(xué)式為___。

（5）聯(lián)氨是一種常用的還原劑。向裝有少量AgBr的試管中加入聯(lián)氨溶液，觀察到的現(xiàn)象是___。

【課堂總結(jié)】學(xué)生心得：（1）化學(xué)反應(yīng)因條件不同，產(chǎn)物會不一樣，書寫化學(xué)方程式時反應(yīng)條件不能漏;（2）不能盲目接受課本知識，要多想為什么，可以通過化學(xué)實驗驗證;（3）復(fù)習(xí)要建立一個體系，形成方法，如借助元素價一類二維圖實現(xiàn)氨向肼的遷移……

設(shè)計意圖：呈現(xiàn)一種與氨類似的物質(zhì)的高考試題，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)轉(zhuǎn)化——運用價一類二維圖預(yù)測陌生物質(zhì)的性質(zhì)并解決相關(guān)問題，形成復(fù)習(xí)元素化合物性質(zhì)的一般思路和方法，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，并進(jìn)一步強化學(xué)生化學(xué)基本觀念。

三、教學(xué)反思

1.堅持“觀念為本”，精心設(shè)計和組織教學(xué)

宋心琦教授指出：“學(xué)生能否牢固地、準(zhǔn)確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學(xué)觀念，應(yīng)當(dāng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的第一目標(biāo)?！被瘜W(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科教育中重要的組成部分，旨在培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)，而化學(xué)基本觀念作為化學(xué)素養(yǎng)的核心要素，是學(xué)生通過化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，深入理解化學(xué)學(xué)科特征的基礎(chǔ)后，即使遺忘了大部分的化學(xué)知識，在頭腦中形成的對化學(xué)的總體看法和概括性的認(rèn)識。以“觀念建構(gòu)”指導(dǎo)化學(xué)教學(xué)，有利于精簡教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，增進(jìn)對知識的理解和運用，提升科學(xué)素養(yǎng)。筆者基于“氨”內(nèi)容，抽提出元素觀、微粒觀、分類觀、轉(zhuǎn)化觀、實驗觀、化學(xué)價值觀等6個化學(xué)基本觀念，圍繞這6個化學(xué)基本觀念設(shè)計和組織教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自覺地用化學(xué)視角觀察社會生活現(xiàn)象、理解化學(xué)科學(xué)的研究方法、認(rèn)識化學(xué)技術(shù)對發(fā)展人類文明的強大動力。堅持“觀念為本”的教學(xué)理念，是對“從生活走進(jìn)化學(xué)，從化學(xué)走進(jìn)社會”理念的最好詮釋。

2.構(gòu)建“價一類二維圖”，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力

誠如李政道所言：“真正的學(xué)習(xí)是培養(yǎng)自己在沒有‘路牌的地方也可以走路的能力，最后能走出來。這才是學(xué)習(xí)最本質(zhì)的東西?！眱r一類二維圖蘊含著“分類的方法”和“研究物質(zhì)性質(zhì)的思想和方法”，它可以幫助學(xué)生構(gòu)建一個完整的轉(zhuǎn)化框架，把零散的元素化合物知識結(jié)構(gòu)化。筆者在本節(jié)課中指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建和運用氮元素價一類二維圖，學(xué)生的認(rèn)識過程是有序的，認(rèn)識思路是有邏輯的，這種教學(xué)可以幫助學(xué)生對氨乃至其它含氮化合物的性質(zhì)形成系統(tǒng)化、條理化的認(rèn)識，有利于減輕高三學(xué)生過重的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實際問題的能力。要注意的是，基于價一類二維圖促進(jìn)“觀念建構(gòu)”開展高三化學(xué)教學(xué)，應(yīng)考慮具體內(nèi)容的特點，杜絕教學(xué)形式化、刻板化，在教學(xué)中要從學(xué)生實際出發(fā)，引領(lǐng)學(xué)生通過積極思考，從本質(zhì)上認(rèn)識和理解所學(xué)的化學(xué)知識，形成化學(xué)學(xué)科的思想、觀點和方法。

3.挖掘教材實驗資源，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)

在高三復(fù)習(xí)階段，不少學(xué)生為了克服遺忘，進(jìn)行了大量的習(xí)題訓(xùn)練，可往往收效甚微，其根源在于學(xué)生通過被動接受和機械記憶，學(xué)習(xí)停留在淺層階段，知識是零散的。因此，提升學(xué)生的高階整合思維、培養(yǎng)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)能力在高三復(fù)習(xí)備考中至關(guān)重要。在本堂課中，筆者挖掘人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書中第99頁“思考與交流”素材型實驗內(nèi)容，拋出了問題“NH3被O2催化氧化，氧化產(chǎn)物是NO還是NO2？”，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計一個完整的實驗方案，預(yù)計實驗現(xiàn)象，并在互動中完善了實驗方案。這不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且促進(jìn)了學(xué)生的深度思考與交流，使實驗成為了化學(xué)課堂效率提升的“催化劑”。