基于問題驅動下的課堂教學探索

惠大超

摘要：真實問題情境來自學生學習中的困惑，在高一新授課“硝酸的性質”教學中以“能否用硝酸與金屬反應制取氫氣？”作驅動問題，并衍生出預習問題、課堂學習問題、檢測問題實施課堂學習活動，有效落實問題驅動學習，發展學生的化學學科素養。

關鍵詞：硝酸的性質，問題驅動，教學實踐

文章編號：1008-0546（2020）05-0038-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.010

“硝酸的性質”是蘇教版高中化學1（必修）專題4第二單元第三節學習內容，本節學習重點是認識濃、稀硝酸的強氧化性及不穩定性，此前學生已經認識鹽酸、稀硫酸及濃硫酸的性質，明確了酸所具有的通性及濃硫酸的特性。高一學生對酸具有一定的認知水平和判斷能力，但知識的系統性與特殊性還認識不足，基于對酸的通性認知及思維定勢，學生頭腦中會存在這樣的問題：實驗室常用稀硫酸或鹽酸與活潑金屬反應制取氫氣，為什么不用濃硫酸或硝酸呢？基于新課程標準強調課堂教學注重創設真實且富有價值的問題情境，以促進學習方式轉變及學生化學學科核心素養的形成和發展，因此，對“硝酸的性質”課堂教學中借助“能否用活潑金屬與硝酸反應制取氫氣？”為驅動問題，通過設計學習主題的衍生問題注重開發學生預習、帶著問題進行學習活動，并當堂檢測學習效果，落實問題驅動教學的最優化。

一、“硝酸的性質”驅動問題的設計

課堂學習中以“能否用活潑金屬與硝酸反應制取氫氣？”作為驅動問題的核心，引導學生深入思考：實驗室制取氫氣常用稀硫酸或鹽酸，能否用硝酸，為什么不能用硝酸，進而引出硝酸性質與鹽酸、硫酸有何區別等衍生的遞進問題，學生的思維逐步深入，結合實驗探究、問題解決等活動逐步突破學生困惑點，促使學生思維的多角度認識，構建硝酸的性質知識體系。驅動問題是借助學生針對不同酸性質認識的誤區，課堂學習的重點是硝酸的性質。“硝酸的性質”驅動問題的設計如圖1所示，教學與評價思路示意圖如圖2所示。

二、教學過程設計與實施

1.創設預習問題，激發認知沖突

課前預習是學習有效深入的前提，通過設置預習任務問題促進學生課前預習，重在針對學習主題能促進驅動問題的生成，并結合舊知回顧激發認知沖突。

設置目的：預習任務1、2、3基于學生思維常識，通過對酸的分類列舉化學中常見的三大強酸：鹽酸、硫酸、硝酸，鞏固描述酸的通性，再通過實驗室制取少量氫氣的反應強化稀鹽酸與稀硫酸的特點，進而比較濃硫酸與稀硫酸性質異同，為引出濃、稀硝酸性質的學習作好鋪墊。任務4重在驅動問題的生成，在自主預習基礎上尋找自我認知的困惑點，為課堂探究作鋪墊。

效果與評價：預習問題充分利用類比思維方法，尋求突破自我認知。學生預習的結果不僅列舉了三大強酸，還有較多的弱酸如醋酸、碳酸等，學習硝酸之后，學生對常見無機酸應有了較為全面的認識。針對“能否用活潑金屬與硝酸反應制取氫氣”問題，學生雖預習了解了硝酸的主要性質，但還是存在思維障礙，需要課堂學習中加以引導以實現自我突破。

2.注重問題驅動，突破學習困惑

[課堂引入]同學們結合課前預習任務進行了充分的預習，從結果看，我們已經認識三大強酸及部分弱酸，學習了濃硫酸的性質，知道實驗室常用稀硫酸或鹽酸與活潑金屬反應制取氫氣，因濃硫酸具有強氧化性與金屬反應不能產生氫氣，硝酸同樣具有酸的通性，那么硝酸能否與金屬反應制取氫氣？帶著這一問題進入“硝酸的性質”探究。

（1）認識硝酸

[探究活動]展示盛放濃硝酸的棕色試劑瓶，投影試劑瓶標簽（如圖3）;并取少量濃硝酸于試管中，觀察性質后加少量水稀釋，結合活動觀察、總結硝酸的物理性質。

[問題]觀察硝酸樣品及試劑瓶標簽，能得出硝酸的哪些信息？

[學生總結]硝酸為五色或淡黃色透明液體，質量分數為65～68%，易揮發，是腐蝕品，保存在棕色試劑瓶中。

[問題]純硝酸為五色液體，為何標簽上出現“試劑為淡黃色”信息，且保存在棕色試劑瓶中，體現了硝酸什么性質？試小組討論后解決之。

[學生交流展示]硝酸呈淡黃色原因是硝酸不穩定，見光或受熱條件下分解產生了少量NO₂溶于硝酸而略顯黃色，體現了硝酸的不穩定性。

設計意圖：借助硝酸試劑瓶標簽，可具體觀察到硝酸樣品的許多信息，進而可生成系列問題，如硝酸的含量為何為65～68%，硝酸標簽中“分析純”含義，腐蝕品標簽等，這些都是生活中經常遇到的知識，有的問題只需一帶而過，但更能激發探究欲望，引發思考，從而解決具體問題。

效果與評價：情境、問題、活動是學生課堂學習中解決思維困惑、獲得知識的要素，情境有利于問題的提出，而活動是解決問題的重要路徑，因此借助真實情境能有效促使驅動問題的產生及學習活動的展開。課堂學習借助硝酸試劑瓶標簽引入教學，基于學生思維由感性向理性的發展過程，既使學生獲得了硝酸的感性認知，為學習的逐步深入作鋪墊，又發展了學生的“科學態度與社會責任”素養。

（2）探究硝酸的強氧化性

[探究活動]取兩支預先干燥并裝入少量銅粉的一次性輸液袋，用50mL注射器抽空輸液袋內空氣，然后用10mL注射器分別吸取約5mL濃、稀硝酸注入到輸液袋中，觀察并記錄現象。

[現象與結論]實驗操作及現象見表2。

[問題]①硝酸與銅反應體現了硝酸的什么性質？

②從氧化還原反應角度分析，硝酸的氧化性體現在哪種元素上，濃、稀硝酸被還原所得到的產物有何不同？

③推測鋅與濃、稀硝酸反應的可能產物？

[學生交流展示]很明顯，銅與濃硝酸能劇烈反應，還原產物為NO₂氣體，銅與稀硝酸反應還原產物為NO氣體，原因是硝酸中的+5價氮元素表現了較強氧化性。若用鋅粉分別與濃、稀硝酸反應，雖鋅的金屬活動性較強，但因硝酸的較強氧化性，還原產物也應為NO₂與NO，不能生成氫氣，可進行實驗驗證。

[探究活動]同樣取兩支預先干燥并裝入少量鋅粉的一次性輸液袋，分別注入少量濃、稀硝酸，觀察現象。

[現象與結論]兩反應除溶液顏色不同外，其余現象均與銅和濃、稀硝酸反應現象相同。

[問題]實驗中使用醫用輸液袋有何好處，最后向輸液袋中注入NaOH溶液有何價值，可能發生哪些反應。試討論解決。

[學生交流展示]銅與濃、稀硝酸的實驗中使用了醫用輸液袋明顯是基于環保因素，可有效避免氮氧化物排放到大氣中造成污染;加入的NaOH溶液依據現象觀察可與輸液袋中剩余的硝酸、生成的Cu（NO₃）₂及NO₂氣體反應，進一步對實驗廢棄物處理。

[總結]濃、稀硝酸均具有較強氧化性，當與金屬或非金屬及某些有機物反應時，反應物或反應條件不同，硝酸被還原所得的產物也不同，硝酸中+5價的氮得電子，被還原成較低價態的氮，如：

資料顯示，當極稀HNO₃（1%-2%）與極活潑的金屬作用，會有H₂放出。現給出的是大學教材中硝酸的部分反應產物規律，我們中學階段重點認識濃、稀硝酸體現的強氧化性的還原產物為NO₂與NO，要進一步探究其反應原理，需進行后續研究，自我總結或提出相關硝酸的問題。

[學生交流總結]濃、稀硝酸的強氧化性表現在+5價的氮原子上，是活潑金屬不與硝酸反應生成氫氣的主要因素。

[問題]已知灼熱的炭塊可與濃硝酸劇烈反應生成氣體，試寫出該反應的方程式，探究濃硝酸與碳的反應現象與原理，分析硝酸表現的性質。

[學生交流展示]分析碳與濃硝酸的反應現象與原理，書寫化學方程式，鞏固濃硝酸的強氧化性。

設計意圖：為重點解決“硝酸能否與活潑金屬反應生成氫氣？”這一驅動問題，除設計銅分別與濃、稀硝酸的實驗探究，還需增加活潑金屬（如鋅）分別與濃、稀硝酸的實驗，并通過與銅反應現象對比得出相應結論：硝酸與活潑金屬反應通常不能生成氫氣;基于高一學生的認知水平及思維進階規律，又簡單給出了硝酸的整體反應規律，既是對硝酸性質的整體概括，又能對學生以后發展與價值提升起到鋪墊作用，從而真正解決了困擾學生思維的驅動問題。實驗中使用醫用輸液袋作反應裝置，很好展現了綠色化學的實驗觀念。

效果與評價：學生科學認知過程是從無到有，從問題到結論、再到新的問題的學習過程，體現了科學探究的價值，對高中生而言，在學習過程中除獲取基本知識外，更要學會解決問題的方法，基于問題情境下的“硝酸的性質”實驗探究活動，厘清了元素及化合物學習主線，有效促進學生思維發展、知識增長及能力的提升。綠色實驗的設計有效落實“科學探究與創新意識”素養，發展強化了“科學態度與社會責任”素養。

3.通過檢測問題，強化學習重點

為落實課堂學習重點，緊扣學習主題設置練習綜合檢測課堂學習效果，如表3。

設置目的：學習檢測單中1、2題重在鞏固落實硝酸的基本性質：揮發性、強酸性、強氧化性、不穩定性等;第3題重在思維拓展，強化認識濃、稀硝酸的氧化性不同，落實銅與硝酸的反應本質;第4題重在反饋提升，落實驅動問題“活潑金屬與硝酸反應能生成H₂”學習誤區。基于課堂學習時間的限制，課堂檢測內容針對教學主題，注重思路方法、情感態度的呈現，并回顧驅動問題的分析與解決。

效果與評價：課堂教學效果評價主體是學生學習知識的獲得及利用所學知識解決問題的能力提高，課堂檢測的設置基于即時評價策略，也是學生針對學習主題及問題的分析解決，能有效經過學生自主思考并解決的問題是課堂學習的真諦所在。如學生自己建表總結的檢測練習2就是本課學習最大的收獲（見表4）。

三、教學反思

問題驅動是基于學習主題讓學生提出有探究價值的問題，并圍繞問題展開研究，從而解決問題的過程，充分體現學生學習的主體作用。問題驅動課堂學習設計體現以下特點：抓住問題學習的根本，通過活動激發學生深入思考，即時評價學生的學習效果。

驅動問題是促使學生活動開展的有效載體，以驅動問題作載體，激發認知沖突，構建知識體系，發展學習能力的有力路徑;本節課看似從簡單的問題“硝酸能否與活潑金屬反應生成氫氣”引入教學，但基于該問題驅動下的是對學生思維定勢的沖擊，能有效激發學生深入思考，結合實驗探究及問題的分析，對落實硝酸的強氧化性學習重點給予了充分的認識。圍繞驅動問題展開學習活動，注重了前后思維的連貫與深入，進而為探究知識的本原創設了有效載體，提升了學習效率。

針對教學主題問題的提出與解決離不開教師的主導作用，需要教師針對不同知識、不同學情進行研究，能夠創設真實且富有價值的問題情境并從中引出驅動問題，在學生參與問題解決的過程要引導學生尋找解決問題的策略，這樣才能真正提高學生發現提出并解決實際問題的能力。

教學與學習方式的變革最終目的是促進學生學科觀念建構及學科核心素養的提升，借助問題驅動實施“硝酸的性質”課堂教學，有效發展學生的元素觀、分類觀、轉化觀、實驗觀等;對“硝酸能否與活潑金屬反應生成氫氣”這一驅動問題的解決，有效提煉出由一般到特殊的認知規律;課堂學習整體發展了學生的“科學探究與創新意識”“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”“科學態度與社會責任”等化學學科核心素養，這些不僅使學生形成化學學科的思想和方法，更是提升了學生解決具體問題的能力。

課堂教學是師生共同參與、共同提升的過程，借助新課程標準的頒布及新一輪高考改革的開啟，課堂教學改革勢在必行，作為教師要積極轉變觀念、接受新的變化。問題驅動下實施課堂教學基于實踐經驗的總結，借助問題驅動教學實現課堂學習效益的最優化。