基于“宏觀辨識與微觀探析”的元素化學教學

胡盈盈

【摘要】以氨和銨鹽的教學為例，探討元素化學教學中培育“宏觀辨識和微觀探析”的教學實踐;通過內容設計上體現：元素組成，微粒種類，實驗探究，性質變化，用途。學科觀念上體現：元素觀，微粒觀，實驗觀，轉化觀，學科價值觀。嘗試建立起“宏觀辨識和微觀探析”的教學流程。

【關鍵詞】宏觀辨識;微觀探析;教學設計;氨和銨鹽;核心素養

高中化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、實驗探究與創新意識、科學精神與社會責任”共五項素養[1]。但化學核心素養的培養不是一蹴而就的，需要貫穿在整個高中的學習中。元素化合物的教學是高中化學教學的一大重點，也是最能滲透化學核心素養教學的一塊內容。

一、教學目標定位

氨和銨鹽是新版人教版必修2第五章第二節的內容，在進行氨和銨鹽的學習之前，學生已經學習了氯、硫等典型非金屬的性質，也基本具備了微粒觀念;也學習的氮的氧化物的性質，對于氮元素的常見的化合價也有了一定的認知水平;然而受限于學科知識和學習經驗，學生對氨的認知不足[2]，所以本節課作為面對高一學生的新授課，在學生已有的知識基礎上，進一步探討氨的性質及用途，形成氨的知識網絡，從氨氣到銨鹽，從銨鹽到新型氮肥，實現學科教學與人文教學的融合，發展學生的化學核心素養，提升學科能力。

二、教學過程和意圖

環節一：科學史話——氮肥的發現應用

在平時生活中，熟人遇見都很習慣問一句：“吃飯了嗎？”俗話說：“人是鐵，飯是鋼，一頓不吃餓得慌。”米飯來源于水稻，提到水稻，大家肯定會想起一個科學家：袁隆平，雜交水稻之父。但是今天我要給大家介紹的是在化學中的明星元素：氮。

【圖片展示】兩盆水稻（一盆正常;一盆缺氮）

【教師提問】植物缺氮會造成植株瘦弱，葉片發黃，水稻缺氮就會造成產量降低。但是空氣中有71%N2，為什么水稻會缺氮嗎？

【學生回答】N2不能被植物吸收，植物能吸收的是化合態的氮元素

【教師補充】由于氮分子內兩個氮原子間以共價三鍵（N≡N）結合，斷開該化學鍵需要較多的能量，所以氮氣的化學性質很穩定，通常情況下難以與其他物質發生化學，無法被大多數生物體直接吸收。

【教師講解】將大氣中游離態的氮轉化為氮的化合物的過程叫做固氮。

【教師提問】請同學來講講你知道的固氮的形式。

【學生回答】自然固氮：豆科植物的根瘤菌;閃電釋放放熱能量將空氣中的氮氣轉化為含氮的化合物。

【教師講解】但這兩種固氮形式的固氮能力十分有限，遠遠不夠植物生長需求，那大家覺得要想什么辦法呢？

【學生回答】人工合成

【教師夸獎】非常好，大家和科學家們想的一樣，都有成為科學家的潛質。

【科學史話】由于氮氣的化學性質很不活潑，以氮氣和氫氣為原料合成氨的工業化生產曾是一個較難的課題。1909年，德國化學家哈伯經過反復實驗發現合成氨的催化劑和條件，使其具備了工業化生產的可能性。德國工程師博施則將哈伯合成氨的實驗室方法轉化為規模化的工業生產。哈伯和博施都因此獲得了諾貝爾化學獎。這個反應的發現和應用非常的偉大，也有很多科學家稱這個反應為“將空氣轉化為面包”。2008年中國最高科學獎獲得者徐光憲說：“如果沒有哈伯在1909年發明的用鋨作催化劑的高壓合成氨技術，世界糧食至少要減半，60億人口有30億要餓死。”

【合理過渡】今天這節課我們學習的主角就是哈伯合成氨的產物：NH3。

設計意圖：課堂教學中，學生產生認知沖突是很好的教學契機，這種認知沖突能使學生產生迫于需要探索問題的內在需求，能將學生迅速帶入本課的研究情景。通過科學史的介紹學習，有利于提升學生的人文素養。

環節二：宏觀辨識——氨氣水溶性的研究

【教師演示】展示一瓶氨氣

【學生展示并回答】請同學上來觀察氨氣的顏色和狀態，扇聞氨氣的氣味。

氨氣是無色、有刺激性氣味的氣體，密度比空氣的小。

【教師補充】氨氣在常溫下加壓條件下很容易液化，液化時放熱。得到液氨（純凈物），液氨汽化時要吸收大量的熱，使周圍溫度急劇降低，因此，液氨可用作制冷劑。

【教師提問】為什么氨氣在常溫下加壓易液化？

【教師補充】將氣體液化常有兩種方法，一種是降溫，將溫度降到沸點以下，氣體可以變成液體。一種是加壓。例如氧氣，常壓下，將溫度降低至零下183℃以下，氧氣能變成液氧，但是氧氣在常溫下加多大壓力都不能變成液氧。而氨氣，常壓下，溫度降低至零下33.35℃，即可變成液氨，或者常溫下，加壓即可液化。

【教師進一步細化問題】為什么氨氣的沸點比氧氣等一些普通的氣體要高呢？

【學生回答】結構決定性質

【教師夸獎并繼續提問】很好，這個思想是化學中非常重要的理念。那請同學寫出氨氣的電子式和結構式。

【學生書寫并回答】氨氣中存在氫鍵，氫鍵會導致氨氣的熔沸點異常高，所以氨氣比氧氣等一些普通氣體更易液化。

【教師進一步提問】氫鍵還會影響其他什么物理性質？

【學生回答】水里的溶解度，我猜氨氣在水中溶解度很大。

【教師進一步描述現象】滴水之恩，當涌泉相報

【教師提問】為什么會形成噴泉？

【學生回答】NH3被水溶解了，圓底燒瓶的氣壓降低，在大氣壓的作用下，水被壓上去形成噴泉。

【教師進一步提問】說明了氨氣有什么性質？

【學生回答】只是滴入了幾滴水，就溶解了很多NH3，說明NH3的水溶性極好。

【教師補充】NH3極易溶于水，在常溫常壓下，1體積的水可以溶解700體積的NH3。

【問題升華】NH3有毒，我們平時做實驗的時候NH3的尾氣怎么處理？用什么試劑來吸收NH3尾氣？有什么注意事項？

【學生回答】用水吸收尾氣，要注意防倒吸。

設計意圖：化學實驗能讓學生直觀的感受到化學的魅力，通過噴泉實驗的現象分析，問題挖掘，幫助學生對噴泉實驗這個模型的認知;通過氫鍵對物質物理性質的影響，促進學生宏觀辨識和微觀辨析的核心素養的發展。

核心素養在教學中的體現任重道遠，需要不斷去探討研究，希望自己在今后教學中能更多的滲透化學核心素養，幫助學生構建學科基本觀念，形成屬于自己的學科思維和方法。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]杜博.基于“證據推理和模型認知”的元素化學教學[J].化學教與學，2020，（10）：77-80