基于化學學科核心素養的“構、類、價”三維認知模型探究教學模式研究

江偉

摘 要：文章從原子結構、物質類別、元素價態三個角度分析氨氣的化學性質，通過情境設計、問題引導、任務驅動，逐步引導學生建構元素化合物知識“構、類、價”三維認知模型，培養學生的化學學科核心素養。

關鍵詞：氨氣;化學學科核心素養;探究教學

中圖分類號：G633.8?文獻標識碼：A?文章編號：2095-624X（2020）37-0080-03

一.課程標準、教材以及學情分析

1.教材分析

《氮及其化合物》在新人教版教材中位于必修二第五章第二節，在高一上學期必修一的學習過程中，學生已知道物質分類、離子反應、氧化還原反應等相關化學基本原理知識;對鈉、氯、鐵等元素及其化合物的性質有了一定的了解，對元素化合物的內容及其學習方法有了一定的認識;又學習了《物質結構? 元素周期律》的內容，理解到結構對性質的決定作用。這些知識為本節內容學習打下了基礎，本節以氮的化合物為依據再次認識物質的分類、氧化還原的知識，并深刻認識到化學對創造更多物質、精神財富，滿足人民日益增長的美好生活需要的重大貢獻，為高二選修化學反應原理中化學平衡、電解質溶液等相關內容問題作鋪墊。

筆者先從N元素在周期表位置以及N原子、N2分子結構入手，引入氮的固定和氮循環，介紹合成氨技術對人類的巨大貢獻;接著分析氮氧化物、氨、銨鹽和硝酸等一系列氮的化合物的性質，理解物質類別及相互轉化關系;最后以硫、氮化合物轉化視角分析酸雨的成因和防治，關注社會環境保護、可持續發展等熱點問題。本課時為本節第1課時，依據新人教版教材，結合新蘇教版、新魯科版教材的特點，做了綜合處理。我們先分析合成氨的貢獻、氮的循環和固氮方法，培養學生探索未知、崇尚真理的意識，認識化學對人類的重大貢獻;然后引導學生從原子結構、物質分類、元素價態的角度預測物質的性質及轉化，使學生理解化學反應的規律。同時，筆者利用實驗探究驗證氨氣的物理、化學性質及實驗室制法，培養學生運用實驗方法進行探究分析，基于實驗證據對物質性質、變化進行推理分析，能多角度、動態地分析化學反應并運用原理解決實際問題的能力;最后將本節課知識進行歸納整理。

2.課標分析

2017年版課標中明確了本節的內容要求，強調了在教學中應以真實情境為引導，結合實例、實驗探究去了解氮及其化合物的性質和轉化關系，并認識其在生產、生活中的應用以及在社會進步、發展中的重要價值;要求學生依據類別、價態能列舉、描述、辨識典型物質的物理、化學性質，設計實驗進行驗證、分析、解釋實驗現象，關注相關社會熱點問題并依據所學知識及證據參與討論。2020年修訂未改動此部分內容。

3.學情分析

學生通過高一上學期的學習已經能初步從物質分類、離子反應、氧化還原反應等角度分析鈉、氯、鐵等元素及其化合物的性質，并能從原子、分子微觀結構的角度思考元素宏觀性質的變化規律，但對于相關理論知識理解還比較淺顯，缺乏實際物質應用和深入問題分析。“氮及其化合物”內容幫助學生進一步歸納、整理、理解、掌握學習元素化合物知識的一般方法，引導學生逐步熟練地從微觀結構、物質類別、元素價態幾個角度，依據復分解反應和氧化還原反應的原理預測物質性質，說明物質轉化，并進行實驗驗證。

二.教學目標

（1）通過氮的循環、氮的固定和合成氨技術的發展，學生認識化學對創造更多物質財富、滿足人民日益增長的美好生活需要的重大貢獻。

（2）實驗探究氨氣的物理、化學性質，培養學生探索未知的意識，并能依據實驗現象進行證據推理，揭示現象的本質和規律。

（3）從原子結構、物質類別、元素價態三個角度分析氨氣的化學性質和制法，培養學生的平衡思想，構建元素化合物學習的三維認知模型，并運用此模型理解元素化合物轉化規律。

三.教學重難點

1.重點

氮的固定、合成氨、氨氣性質、氨氣實驗室制法。

2.難點

氨氣性質、NH4+的檢驗、氨氣實驗室制法（見圖1）。

四.教學思維導圖

五.教學過程

教學環節一：氮循環、氮固定、合成氨

【情境一】

1918年，哈伯發明用N2和H2合成氨的技術，獲諾貝爾化學獎。

1931年，博施研制高溫下的耐高壓合成塔裝置，實現合成氨工業化，獲諾貝爾化學獎。

2007年，埃特爾發現合成氨的催化機理，獲諾貝爾化學獎。

【問題一】為什么合成氨的研究能獲得這么多次諾貝爾獎？

[學生回答]合成氨技術的發展為人類制造氮肥，解決了糧食問題。

合成氨工業技術要求比較高，合成比較困難。

【任務一】根據資料，寫出合成氨的化學反應方程式。

[學生活動]依據情境信息，寫方程式。N2+3H2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2NH3

[教師引導]植物生長及蛋白質合成過程中的重要元素之一——氮元素在自然界循環過程中將游離態N2轉化為氮的化合物的過程叫作氮的固氮，也叫固氮。

介紹南化集團。

【教學評價一】依據新課標中高中化學學業質量水平1-4（能將化學知識與生產、生活實際結合，能主動關心并參與有關的社會性議題的討論，贊賞化學對人類生活和生產所做的貢獻;認識化學科學對社會可持續發展的貢獻），培養學生探索未知、關注化學熱點問題的意識，認識化學對創造更多物質財富、滿足人民日益增長的美好生活需要的重大貢獻。

教學環節二：氨氣的物理、化學性質

【情境二】（見圖2）

【問題二】NH3有什么性質呢？

【任務二】探究NH3的物理性質。

[學生活動]一名學生上臺，預測要探究的物理性質，進行實驗驗證。

顏色：無色? 狀態：氣體? 氣味：有刺激性氣味

密度：比空氣小（由相對分子質量推測。向下排氣法收集氣體。）

沸點：-33.5℃（查找數據。易液化，做制冷劑）

水溶性：極易溶于水（如何驗證？）

[學生活動]分組進行噴泉實驗（見圖3），觀察現象，討論下列問題。

（1）有何實驗現象？說明NH3具有什么性質？

（2）產生噴泉的原因是什么？

（3）若實驗失敗，可能的原因有哪一些？

（4）氨水中存在哪些微粒？

[學生回答] （1）針筒中水進入大試管，形成紅色噴泉。說明氨氣極易溶于水，水溶液呈堿性。

（2）大試管中氨氣極易溶于水，使大試管中壓強迅速降低，大氣壓將針筒中水壓入大試管。

（3）可能裝置氣密性不好，可能收集氨氣的大試管不干燥，可能氨氣收集不多……

（2）堿的四點通性

a.使指示劑變色：濕潤的紅色石蕊試紙變藍

b.與酸：

【教學評價二】依據新課標中高中化學學業質量水平2-1（能從不同視角對典型物質及其主要變化進行分類）、2-2（能設計物質轉化的方案，能運用化學符號表征物質的轉化，能說明化學變化的本質特征和變化規律）、2-3（能通過實驗探究物質的性質和變化規律，根據已有的經驗和資料做出預測和假設，能收集和表述實驗證據，基于實驗事實得出結論），培養學生科學探究精神。學生能依據原子結構、物質分類、元素價態預測物質性質，設計探究方案，通過實驗證據分析認識物質性質特征，構建元素化合物知識體系。

教學環節三：氨氣的實驗室制法、銨根離子檢驗

【情境三】NH3+H2O? ? ? ? ? ?NH3·H2O? ? ? ? ? ?NH4++OH-

NH3·H2O? ? ? NH3↑+H2O

【問題三】實驗室如何制NH3？

【任務四】探究NH3的實驗室制法（見圖4）。

[學生分析]思路：NH4++OH-? ? ? NH3↑ +H2O

[教師提問]在溶液中發生這反應，適用于制NH3嗎？

[學生回答]氨氣極易溶于水，不適合在溶液中制備氨氣。

[教師引導]檢驗NH4+：取少量樣品于試管中，加NaOH溶液，加熱，若有使濕潤紅色石蕊試紙變藍的氣體生成，則有NH4+。

[教師提問]所有的銨鹽和堿都適用于制NH3嗎？

NH3的實驗室制法。

原理：2NH4Cl+Ca（OH）2? ? ? CaCl2+2NH3↑+2H2O

發生：固體加熱型（類似氧氣的制備裝置，試管口略向下傾斜）

除水：堿石灰

收集：向下排氣法（收集試管口塞一團棉花，用于減少空氣對流，防止NH3溢出）

【教學評價三】依據新課標中高中化學學業質量水平2-2（能設計物質轉化的方案，能運用化學符號表征物質的轉化，能說明化學變化的本質特征和變化規律）、2-3（能根據已有的經驗和資料做出預測和假設，能設計簡單實驗方案，能運用適當的方法控制反應條件并順利完成實驗），引導學生從物質類別角度動態地分析化學變化，培養平衡思想，提升思考、設計并優化實驗方案能力。

【小結】

（1）氮循環、固氮

（2）（見圖5）

六.教學反思

學生進入高中已近一年，已學習了一部分的元素化合物和元素周期律知識，能初步認識結構決定物質的性質，具有一定的從原子結構、物質分類、元素價態等多角度分析、理解物質性質及轉化關系的能力，本節課進一步引導學生通過N2、NH3、NH4+等物質轉化實例，建構元素化合物“構、類、價”三維認知模型，并運用此模型解決問題。

1.注重“主題情境化”“任務真實化”

本節課教學依據教學目標創設了合成氨技術發展、氨氣性質探究、NH3與水的可逆反應等一系列主題情境，包括情境生成合成氨獲諾貝爾獎原因、氨氣性質、實驗室如何制氨氣等真實問題，包括真實問題組織固氮途徑及合成氨方程式分析、氨氣物理及化學性質、氨氣實驗室制法等真實任務。這些真實情境設計、問題探究、任務引導學生去查閱資料、設計探究實驗、討論交流，并在這一過程中體會化學科學的社會價值，并對化學有關社會熱點問題做出正確價值判斷，增強學好化學造福人類的信念。

2.注重“認知結構化”“課堂素養化”

依據真實任務設計學生活動是實現認知體系結構化的重要過程，是達成課堂素養化的重要步驟。本節課的教學過程中，設計了小組討論、自主學習、實驗探究等一系列學生活動形式，將氮循環和固氮、工業合成氨、NH3物理和化學性質、NH4+檢驗、NH3實驗室制法等內容有機地整合起來，變零散為完整、變無序為有序、變死記為遷移，充分調動了學生的學習積極性。一個個問題、任務逐層引導培養學生發現問題、探究問題、解決問題的能力，發揮了通過任務導學達成認知結構化，增強學生社會責任感，提升學生核心素養的功能。

3.注重“內容可視化”“學評一體化”

化學日常學習評價功能不能游離于化學教、學之外，應與化學教、學活動有機整合在一起。教學過程應緊緊圍繞發展學生化學學科核心素養這一主旨，注重PPT內容設計可視化，突出重點，將本課時內容完整呈現。本節課引導學生分析氨氣在工、農業生產中的價值所在，教學目標與評價目標、學習任務與評價任務、學習方式與評價方式的進行整體性、一致性設計，借助學生在實驗探究、小組討論等活動中的表現，運用提問、點評等方式對學生進行適時指導，有利于改變學生的學習方式，變“被動學習”為“主動學習”，使學生學會合作學習，學會探究和創新。學案中知識反饋、能力提升等相應練習緊扣小高考、高考的學業水平質量標準，便于教師對學生本節知識的學習質量和化學學科核心素養的發展水平予以準確把握，并給出進一步的深化建議，充分發揮了化學日常學習評價的診斷和發展功能，促進學生核心素養的全面發展。

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[5]項? 云.基于化學核心素養的探究性教學研究——以“氨氣性質”的教學為例[J].化學教與學，2018（1）：29-31.

課題項目：江蘇省第十三期教學研究重點課題“基于高中化學學業質量標準的教學與評價研究”;江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“基于學業質量標準的高中化學核心素養評價指標體系研究”。

作者簡介：江? 偉（1976— ），男，江蘇南京人，中學高級教師，本科，化學教研組長，研究方向：中學化學教學。