關于高中化學元素化合物教學的思考

喬中云+曹麗敏+吳星

摘要：以江蘇省高中化學九節評優課“氮肥的生產與使用”為素材，通過分析這些課的共性優點和具體的案例，歸納總結出關于高中元素化合物知識教學應倡導的教學方法：向學生充分展現所學知識的價值；讓學生通過實驗學習化學；引導學生認同學科觀念和接受學科文化熏陶。同時指出在元素化合物教學中應關注實驗探究的科學性和科學地處理教材內容的問題。

關鍵詞：高中化學；元素化合物；教學方法

文章編號：1005–6629（2015）4–0015–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

簡單地說化學是創造和識別物質的科學。由于中學化學課程的基礎性，元素化合物知識在中學化學課程中占有極為重要的地位，它是學生理解化學概念和原理、形成化學觀點、認同化學文化的重要基礎和載體。在現階段的高中化學課程中，元素化合物知識主要被安排在必修1課程模塊中，對于剛從義務教育學段進入高中學習的學生來說，由于認知水平的發展、化學知識的積累、化學思維和方法的應用等水平均處于不是很高的階段，加之在應試教育的背景下，不少化學教師對元素化合物知識的教學要求過高，導致學生對元素化合物知識的學習顯得比較困難。如何科學且有效地進行元素化合物教學，筆者有幸參加了江蘇省高中化學評優課觀摩活動，觀摩了來自南京、蘇州、鎮江、無錫、泰州、鹽城、淮陰、徐州等市區9位老師的“氮肥的生產與使用”的課堂教學，從中我們得到了許多關于元素化合物知識教學的有益啟迪。

1 元素化合物教學中應倡導的教學方法

1.1 向學生充分展現所學知識的價值

培養學生的自主學習能力，既是基礎教育課程改革的基本目標，也是提升中學生核心素養的必然要求。培養學生的自主學習能力，首先要讓學生“想學”，“想學”是學生進行學習的動力源泉。讓學生想學化學有多種教學方法，其中向學生展示所學化學知識的價值是重要且有效的教學方法之一。

向學生展示所學化學知識的價值，一是要向學生展示所學化學知識在生產、生活和科技領域的應用，特別是在日常生活中的應用；二是向學生展示所學化學知識在化學科學發展中的作用；三是向學生展示所學化學知識在化學及其相關學科學習中的作用。《高中化學課程標準（實驗）》對元素化合物知識學習提出的要求是：“根據生產、生活中的應用實例或通過實驗探究，了解鈉、鋁、鐵、銅等金屬及其重要化合物的主要性質，能列舉合金材料的重要應用；通過實驗了解氯、氮、硫、硅等非金屬及其重要化合物的主要性質，認識其在生產中的應用和對生態環境的影響。”高中化學課程中為什么要安排元素化合物的知識教學呢？其實，從高中化學課程安排的鈉、鋁、鐵、銅、氯、氮、硫、硅元素，加上初中化學課程中的氫、氧、碳元素，我們不難發現，首先這些元素構成的材料和物質在生活、生產中都具有極其廣泛的應用，了解這些元素及其化合物的性質，對于提高學生未來生活的質量、提升學生的科學素養都有重要的作用；其次中學化學課程中所選元素及其化合物知識是進一步學習“物質結構與性質”、“有機化學基礎”、“化學反應原理”等化學選修模塊的重要基礎，學生學習元素化合物的知識，能夠更好地學習化學專業的后繼課程。

在江蘇省高中化學評優課“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，絕大多數老師以氮肥在糧食生產中的重要作用為主線，沿著“氨氣能否作為氮肥？氨水為什么不能成為氮肥的主角？銨態氮肥的使用應注意哪些問題？”的問題鏈展開教學。向學生展示“氮肥的生產與使用”知識價值的教學流程如圖1所示。

認識元素及其化合物的知識價值（表1），在化學課堂教學中向學生充分展現元素化合物知識學習的知識價值，就能很好地回答“為什么學和為什么教”的問題，就能有效地調動學生的認知動機和學習的主動性，就能高效地設計和實施元素化合物知識的課堂教學。

1.2 讓學生通過實驗學習化學

著名化學教育家戴安邦先生曾經說過[2]：只傳授化學知識和技術的化學教育是片面的，全面的化學教學要求既傳授化學知識和技術，更訓練科學方法和思維，還培養科學精神和品德。學生在化學實驗室中是學習的主體，在教師指導下進行實驗，訓練由實驗解決化學問題，使各項智力因素皆得以發展，故化學實驗是實施全面化學教育的一種最有效的教學形式。

眾所周知，化學是以化學實驗為基礎和重要研究方法的學科。高中化學課程中的化學實驗，既是學生認識化學的重要途徑，也是學生化學學習中進行科學探究的重要過程。高中化學課程標準和高中化學教材中都十分重視化學實驗的作用，安排了相當數量的化學實驗，而元素化合物部分實驗的比例更大，這充分說明化學實驗教學在元素化合物教學中十分重要。基礎教育化學課程改革已經進行了十年，廣大化學教師在教育理念、教學方法等方面發生了很多可喜的變化，但不可否認的是，十年來高中化學實驗教學，特別是讓學生動手做化學實驗被弱化了。

在江蘇省高中化學評優課“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，我們十分驚喜地看到，授課教師及其所在的化學教學團隊，在實驗教學方面傾注了大量的心血，絕大多數都進行了實驗方案、儀器或裝置的改進，實驗“異常”現象的分析和消除，實驗微型化等方面的改革和創新，并在變演示實驗為學生動手實驗和實驗教育功能挖掘上狠下功夫。筆者摘錄了江蘇省高中化學評優課的“氮肥的生產與使用”的課堂教學中幾則實驗創新的案例，期望對化學實驗教學和研究有所啟迪。

案例1 學生課堂動手做氨的“噴泉”實驗

現有高中化學教材中氨的“噴泉”實驗都是安排成了課堂演示實驗（圖2-A），在江蘇省高中化學評優課的“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，不少教師將氨的“噴泉”實驗的裝置進行了改進（見圖2-B、C、D），改進后的裝置利用塑料瓶和注射器的可擠壓性，向氨氣中引入少量水，引發氨的“噴泉”實驗。學生利用改進的裝置在課堂上與同伴合作完成實驗，收到了良好的教學效果。

案例2 氨與氯化氫的“空中生煙”實驗

濃氨水和濃鹽酸都具有揮發性，利用濃氨水和濃鹽酸揮發出來的NH3和HCl氣體反應生成NH4Cl產生白煙的現象，人教社高中化學教材中安排了氨與氯化氫的“空中生煙”實驗（見圖3裝置A）。在江蘇省高中化學評優課“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，不少教師改進了氨與氯化氫的“空中生煙”實驗（見圖3裝置B、C、D），其中利用圖3-C、D裝置，還安排了學生分組實驗，使實驗現象更為明顯，實驗過程更為環保。

案例3 氯化銨的分解實驗

為了幫助學生認識銨鹽的熱不穩定性，高中化學教材中均安排了這樣的實驗：取少量氯化銨晶體，放入試管中，在酒精燈火焰上微熱，觀察發生的現象。在江蘇省高中化學評優課“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，所有教師都用不同的方法完成了這一實驗，其中，有兩位教師為了幫助學生認識“氯化銨在加熱的條件下是分解而不是升華”，將實驗進行了圖4所示的改進，通過實驗分別檢驗氯化銨分解所生成的氯化氫氣體和氨氣，加深了學生對銨鹽熱不穩定性的認識。

1.3 引導學生認同學科觀念和接受學科文化熏陶

在當前的學校教育形態下，化學課堂教學仍然是化學課程實施的主陣地，化學課程三維目標達成的重要場所也是課堂。在江蘇省高中化學評優課“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，多數教師都充分利用多種教學方式，設計多樣的教學活動，讓學生在化學課堂教學中認同學科觀念，接受學科文化的熏陶，形成正確的態度情感和價值觀。

（1）通過氯化銨的形成實驗，形成微粒觀。“NH3是堿性氣體，能與HCl反應生成NH4Cl；NH4Cl受熱分解生成NH3和HCl”，是“氮肥的生產與使用”課堂教學的重要內容。氯化銨形成實驗的現象說明，濃鹽酸和濃氨水分別揮發出HCl分子和NH3分子，HCl分子和NH3分子運動到相互接觸的空間，發生反應生成NH4Cl并聚集形成“白煙”。絕大多數教師都利用這一實驗，讓學生進一步形成“物質是由微粒構成的、微粒是不斷運動的”的微粒觀，還有教師利用圖3裝置C進行實驗，根據生成“白煙”的位置靠近濃鹽酸端，進一步得到“不同微粒的運動速率是不同的”的結論。

（2）運用化學史料，形成發展觀。在所有諾貝爾化學獎中，3次諾貝爾獎均授于研究同一個化學反應（合成氨）是獨一無二的。在江蘇省高中化學評優課的“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，所有教師都充分運用這一化學史料（至少會提到哈伯因為發明合成氨方法而獲得諾貝爾化學獎），讓學生認識化學在解決人類所面臨的糧食危機等問題所做出的巨大貢獻，也有教師從“哈伯發明合成氨為人類做出貢獻，哈伯一戰時負責實施毒氣戰給人類帶來災難”的史實，引導學生認識科學與人文相融合的重要性。在元素化合物教學中，許多化學史料是可以引用到教學中，發揮其教育功能的（見表2）。

（3）開發利用教學資源，形成價值觀。“氮肥的生產與使用”是一個充分體現化學科學發展服務于人類社會發展這一核心價值觀的內容，教學中充分利用生活實例、化學實驗、化學史料等教學資源，可以讓學生在化學成果的應用情景中，在獲取知識的同時，體驗和贊賞化學對人類所做的貢獻。在江蘇省高中化學評優課的“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，所有教師都充分利用教學資源進行教學：有的通過銨態氮肥的使用說明書，通過銨鹽的熱分解和與堿反應實驗，讓學生理解銨鹽的性質和銨態氮肥使用的注意事項；有的通過上世紀60年代“氨水化肥使用說明”（見圖5），幫助學生理解氨水的性質和人類生產氮肥的發展過程；有的通過我國氮肥的施用總量和過量使用氮肥導致的水體污染，讓學生了解科學施肥和發展高效氮肥的意義；有的通過碳酸氫銨可作為食品膨化劑，讓學生了解銨鹽的性質及其應用……

2 元素化合物教學中應注意的問題

2.1 元素化合物教學應關注實驗探究的科學性

基礎教育課程改革倡導轉變學生的學習方式，讓學生進行自主、探究、合作學習。通過實驗探究讓學生學習化學的教學理念已經得到廣大化學教師的普遍認同，并進行了有效的教學實踐。由于中學化學的基礎性和中學化學實驗的簡約性，許多化學事實和化學原理是無法在中學階段通過實驗探究得到結論的，但在實驗教學中不少教師存在將實驗探究功能擴大化的現象。

實質上，在氨的噴泉實驗和加熱氨水的實驗中，學生可觀察到3種實驗現象。現象1：氨溶于水形成噴泉；現象2：氨水能使酚酞變紅；現象3：氨水揮發出氨氣，加熱滴有酚酞的氨水時溶液的紅色變淡。根據上述實驗現象，學生可得出下列結論：氨極易溶于水、NH3與H2O發生反應生成OH-、NH3與H2O的反應在加熱的條件下會向逆方向進行并放出NH3。上述實驗探究根本無法得到“氨水中存在NH3和NH3·H2O分子”的結論，事實上氨水中存在H2O分子和水合氨氣分子[可表示為NH3（aq），NH3·H2O只是人們的習慣寫法][3]。

類似的問題同樣存在于氯水成分的實驗探究中。在氯水成分的探究教學中，多數教師是引導學生根據實驗現象得到結論，進而確定氯水的成分：根據氯水呈黃綠色得出氯水中含有Cl2的結論；根據氯水使pH試紙變紅得出氯水中存在H+的結論；根據氯水中加AgNO3溶液產生白色沉淀得出氯水中含有Cl-的結論；根據干燥的氯氣不能使有色布條褪色、潮濕的氯氣能使有色布條褪色，得出氯氣與水反應生成具有漂白性的物質HClO的結論；再在告訴學生H2O、HClO都能發生部分電離的基礎上，得到氯水成分的結論（氯水中存在H2O、Cl2和HClO分子，存在ClO-、OH-和H+）。事實上通過上述實驗我們可以得到在氯水中含有H+（H2O電離必然同時存在OH-）、Cl-、水合氯氣分子[Cl2（aq）]，根本無法得到氯水中存在Cl2（aq）、HClO和ClO-的結論，氯水中存在HClO是通過其他實驗才能得到的。

2.2 元素化合物教學應科學地處理教材內容

與其他化學課程內容的教學一樣，高中元素化合物的教學中同樣存在科學選擇和處理教材內容的問題。根據課程標準的要求和學生的化學學習情況，科學合理地選擇和處理教材內容，就能有效地進行化學課堂教學。在江蘇省高中化學評優課的“氮肥的生產與使用”的課堂教學中，不少教師對教材的內容進行了一定程度的拓展和延伸，有一些是科學合理的，如通過NH3與HCl的反應拓展微粒觀教育；通過NH4Cl加熱實驗裝置的改進，說明NH4Cl加熱分解而不是升華；通過氮肥的過量使用導致水污染事件，進行科學合理使用氮肥的重要性的教育等等。但也有一些對教材內容的拓展和延伸值得商榷，如討論“如何用單管實驗裝置（圖2A裝置中除掉膠頭滴管）進行氨氣噴泉實驗”，讓學生根據噴泉實驗的原理，設計用“熱敷”或“冷敷”的方法引發噴泉；討論“還有哪些氣體與溶液的反應可做噴泉實驗”，讓學生說出HCl與水的反應，CO2、SO2、H2S等與NaOH溶液的反應都能做噴泉實驗，等等。

在評優課觀摩的現場，筆者與北京大學的嚴宣申老師對氨氣溶于水可形成噴泉現象進行了討論。我們共同認為，氨氣溶于水形成噴泉，是基于兩個必要的條件：一是氨氣的溶解度大（1體積水溶解700體積的氨氣），二是氨氣溶于水速率極快，能瞬間形成較大的壓差。而CO2、SO2、H2S等與NaOH溶液的反應雖然滿足溶解的氣體量很大的條件，但是否溶解速率很快，就要通過實驗來說明了，并不能通過想象進行推論。

總之，江蘇省高中化學評優課的“氮肥的生產與使用”的課堂教學，充分說明廣大一線化學教師認同并實踐著基礎教育課程改革的基本理念，讓學生為贊賞化學對人類所做的貢獻、為認同化學學科觀念、為掌握科學的學習方法而學習真實、有用的化學。筆者期望這樣的化學課，在全國化學課堂教學中多些、更多些。

參考文獻：

[1]徐光憲. 21世紀是信息科學、合成化學和生命科學共同繁榮的世紀[J].化學通報，2003，（1）：3～11.

[2]戴安邦.全面的化學教育和實驗室教學[J].大學化學，1989，（2）：1～7.

[3]吳國慶.氨水是NH4OH還是NH3·H2O [J].中國科技術語，2009，（4）：56～58.