系統(tǒng)思維視角下的高中化學(xué)單元教學(xué)研究

崔馨月 金京一

［摘 要］系統(tǒng)思維視角下的單元教學(xué)，是為發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)而對傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計進行的研究與優(yōu)化。氮及其化合物作為高考的重要考點，具有重要的教學(xué)地位與研究意義。文章根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，對“氮的循環(huán)”這一主題進行單元教學(xué)設(shè)計。

［關(guān)鍵詞］系統(tǒng)思維；高中化學(xué)；單元教學(xué)；氮的循環(huán)

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）35-0060-04

為了滿足新時代對我國國民素質(zhì)和人才培養(yǎng)的新要求，我國頒布了新課程標(biāo)準(zhǔn)，并明確提出培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是高中階段教育的主要目標(biāo)。系統(tǒng)思維是源于系統(tǒng)論的一個概念，將其具體化，并在中學(xué)化學(xué)的相關(guān)教學(xué)中探索形成教與學(xué)的良性互動系統(tǒng)，可以達到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

化學(xué)學(xué)科中的系統(tǒng)思維是化學(xué)教學(xué)關(guān)注的重要內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展的方向，是學(xué)業(yè)水平和落實學(xué)科核心素養(yǎng)的重要體現(xiàn)。對化學(xué)單元教學(xué)進行整體設(shè)計是全面發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑，而運用系統(tǒng)思維對教學(xué)過程中的目標(biāo)制定、內(nèi)容設(shè)計等進行整體規(guī)劃指導(dǎo)，可以將二者進行融合，從而為單元教學(xué)提供新的理論指導(dǎo)。以單元教學(xué)為載體進行教學(xué)可以讓學(xué)生認(rèn)識到元素及其化合物的相關(guān)知識點雖然內(nèi)容較多，但內(nèi)容之間存在一定的邏輯性，并非孤立、瑣碎的知識。另外，通過元素及其化合物的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以認(rèn)識到學(xué)科知識與自然界和社會生產(chǎn)生活是緊密相關(guān)的，從而形成系統(tǒng)思維，學(xué)會從整體的視角分析和解決問題。

一、基于系統(tǒng)思維的教學(xué)設(shè)計思路

（一）系統(tǒng)思維與單元教學(xué)概述

系統(tǒng)思維是源于系統(tǒng)論的一個比較抽象的概念，其要求從整體性出發(fā)分析對象，將整體性貫穿思考過程的始終，還要求從全局出發(fā)，以全新的角度系統(tǒng)地觀察對象。將系統(tǒng)思維融入化學(xué)教學(xué)，就是將化學(xué)學(xué)科看作一個系統(tǒng)。而將化學(xué)學(xué)科知識之間、化學(xué)學(xué)科與社會環(huán)境之間以及化學(xué)教學(xué)系統(tǒng)各要素之間存在的相互聯(lián)系呈現(xiàn)出來，是系統(tǒng)思維方法在化學(xué)教學(xué)中的體現(xiàn)。

單元教學(xué)是指教師在仔細研讀教材與課程標(biāo)準(zhǔn)之后，按照具體的教學(xué)情況將教材中的知識進行重構(gòu)，重新劃分教學(xué)單元，并對新劃分的教學(xué)單元進行整體設(shè)計，最終實現(xiàn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。本文以“氮的循環(huán)”為主題進行單元教學(xué)的設(shè)計，將氮的固定、氮肥以及工業(yè)制硝酸等知識涵蓋其中，并聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，充分體現(xiàn)氮元素及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，同時讓學(xué)生學(xué)會從元素價態(tài)的角度認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（二）教學(xué)內(nèi)容分析

元素及其化合物是高中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，貫穿高中化學(xué)的整個知識體系。物質(zhì)世界是由元素組成的，因此元素及其化合物的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)學(xué)科與生活實際是緊密聯(lián)系的，如海水中的鹵族元素、氮的循環(huán)、鐵的冶煉等貼近生活的內(nèi)容更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時元素部分是中學(xué)化學(xué)其他知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。因此，在元素及其化合物的教學(xué)中可以適當(dāng)?shù)厝谌虢Y(jié)構(gòu)理論部分的知識，從而為學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識打下基礎(chǔ)，讓學(xué)生樹立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的化學(xué)觀念，形成知識網(wǎng)絡(luò)。

“氮及其化合物”是人教版高中化學(xué)必修二第五章第二節(jié)中的內(nèi)容，主要包括氮及氮的固定、一氧化氮和二氧化氮、氨和銨鹽、硝酸、酸雨及防治等。教材知識點的設(shè)置是按照“單質(zhì)—氧化物—化合物”的順序循序漸進的，以學(xué)生熟悉的雷電現(xiàn)象開始，從自然界的氮循環(huán)到有人類活動參與的氮循環(huán)，從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)，多角度地讓學(xué)生了解氮的循環(huán)過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)換以及氮循環(huán)的影響。以化學(xué)學(xué)習(xí)為橋梁將自然與社會緊密聯(lián)系起來，從而開闊學(xué)生的視野，引導(dǎo)學(xué)生形成更具系統(tǒng)性的思維方式，并建立知識體系。這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不僅可以讓學(xué)生對物質(zhì)分類、氧化還原反應(yīng)等知識進行運用，還可以強化學(xué)生對元素周期表部分知識的理解和運用。作為高考的重要考點，氮及其化合物具有重要的教學(xué)地位與研究意義，同時其也與社會生產(chǎn)生活密切相關(guān)，而自然界中氮的循環(huán)過程所涉及的知識幾乎涵蓋了氮及其化合物的完整知識體系。因此，選擇“氮的循環(huán)”作為教學(xué)單元的主題時，可從學(xué)生的生活實際出發(fā)，在教授學(xué)生知識的同時培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

（三）設(shè)計思路

1.單元教學(xué)目標(biāo)

（1）能從氧化還原反應(yīng)的角度分析含氮物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，將含氮物質(zhì)聯(lián)系在一起；

（2）將含氮物質(zhì)呈現(xiàn)在“價—類”二維圖中，讓學(xué)生從化合價的角度認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)并對其進行分類；

（3）將化學(xué)學(xué)科的知識系統(tǒng)與自然界中的氮循環(huán)系統(tǒng)以及人工固氮等社會生產(chǎn)活動聯(lián)系起來，讓學(xué)生形成系統(tǒng)化的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

2.教學(xué)重難點

【教學(xué)重點】

（1）讓學(xué)生從化合價的角度認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)并對其進行分類；

（2）自然界中氮循環(huán)系統(tǒng)的影響以及其中涉及的各物質(zhì)的性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系；

（3）掌握工業(yè)上硝酸的制備原理及其強氧化性，了解人工固氮的意義以及工業(yè)發(fā)展對自然界的影響。

【教學(xué)難點】

（1）從元素化合價的角度認(rèn)識氮及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系；

（2）認(rèn)識到自然、社會與學(xué)科知識的學(xué)習(xí)是緊密聯(lián)系的。元素組成物質(zhì)，物質(zhì)組成自然界與人類社會，人類進行化學(xué)學(xué)習(xí)研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、性質(zhì)和用途，人類活動又影響著自然界。

3.單元教學(xué)設(shè)計

以化學(xué)教學(xué)系統(tǒng)的兩個子系統(tǒng)“化學(xué)施教”“化學(xué)學(xué)習(xí)”為兩條主線，即圖1中的“教師線”與“學(xué)生線”，兩條主線并進，建構(gòu)出適合本單元教學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)思路模型。總的設(shè)計思路就是，首先確定化學(xué)施教過程的設(shè)計線：析學(xué)情，選主題→定目標(biāo)，創(chuàng)情境→做設(shè)計，去實踐→根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)，適當(dāng)調(diào)整→評價反饋；然后確定化學(xué)學(xué)習(xí)過程的設(shè)計線：明主題，查資料→推理分析、培養(yǎng)能力，合作探究、解決問題，學(xué)習(xí)新知、發(fā)展素養(yǎng)→教學(xué)評價。“教”與“學(xué)”共同構(gòu)成了教學(xué)系統(tǒng)，且二者之間存在聯(lián)系，因此，教師在選擇單元教學(xué)主題時要充分了解學(xué)生的基本情況，選擇合適的主題，進而制定教學(xué)目標(biāo)和創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。另外，教師還要在實際教學(xué)中根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)對教學(xué)計劃進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以及根據(jù)學(xué)生的評價反饋信息進行教學(xué)設(shè)計的優(yōu)化。

二、教學(xué)過程

課時教學(xué)設(shè)計案例——“氮肥的生產(chǎn)和使用”

（一）聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

【教師活動】講述合成氨工業(yè)的發(fā)展史，聯(lián)系莊稼生長需要的條件，創(chuàng)設(shè)情境。

【教師活動】播放“氨氣泄漏”的新聞視頻，讓學(xué)生思考氨氣的物理性質(zhì)。

【學(xué)生活動】觀看視頻，總結(jié)氨氣的物理性質(zhì)：氨氣密度比空氣密度小，無色，有刺激性氣味。

設(shè)計意圖：從農(nóng)業(yè)的發(fā)展導(dǎo)入新課，將學(xué)科系統(tǒng)與社會系統(tǒng)聯(lián)系起來，讓學(xué)生思考為什么合成氨在農(nóng)業(yè)發(fā)展中有如此巨大的影響，氮元素對植物的生長有哪些重要作用，氨有哪些性質(zhì)。

（二）跨學(xué)科知識遷移，促進知識理解

【教師活動】讓學(xué)生回憶高一生物課上學(xué)過的植物細胞的物質(zhì)運輸方式，并思考氨氣是否能直接用于氮肥。

【教師活動】先提出問題“氨氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)氮肥的途徑有哪些”，然后展示氨氣的資料卡片，讓學(xué)生思考是否可以通過將氨氣溶于水的方法來得到液態(tài)氮肥。

設(shè)計意圖：通過跨學(xué)科知識的遷移，讓學(xué)生感受知識間的聯(lián)系性和邏輯性，從而更容易接受和理解相關(guān)知識點。

（三）通過實驗探究，發(fā)展學(xué)生的宏微觀念，形成學(xué)科知識系統(tǒng)

【教師活動】演示“噴泉實驗”，并提問：

1.為什么裝置內(nèi)會形成噴泉？（思考氨氣的溶解性）

2.噴泉為什么會呈現(xiàn)紅色？（思考氨氣的化學(xué)性質(zhì)）

【學(xué)生活動】觀看演示實驗，小組討論總結(jié)。

【教師活動】分析實驗現(xiàn)象：

1.因為氨氣極易溶于水（1∶700），氨氣溶于水后會讓瓶內(nèi)的壓強減小，大氣壓就會把水壓入瓶中，于是形成噴泉。

2.因為氨氣與水反應(yīng)后溶液呈堿性，而酚酞遇到堿性溶液會變紅色，所以噴泉為紅色。氨氣與水的反應(yīng)：NH3 +H2O?NH3·H2O?NH4++OH-。

設(shè)計意圖：演示實驗可以讓學(xué)生直觀地觀察到實驗現(xiàn)象，而實驗過程中涉及的物質(zhì)的性質(zhì)與物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，可以幫助學(xué)生建立起知識之間的聯(lián)系。

【教師活動】將演示實驗的裝置打開，讓學(xué)生聞一下氨水的氣味，并讓學(xué)生討論是否可以把氨水當(dāng)作氮肥使用。

【學(xué)生活動】討論交流，總結(jié)氨水作為氮肥的優(yōu)缺點。

【教師活動】總結(jié)學(xué)生的討論結(jié)果，并引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用更廣泛的固態(tài)氮肥。介紹常見氮肥的種類：銨態(tài)氮肥（主要成分為 NH[+4]）、硝態(tài)氮肥（主要成分為 NO[-3]）和有機氮肥——尿素［CO（NH2）2］。

【教師活動】演示“成煙實驗”，并拋出問題：NH3是如何轉(zhuǎn)化為NH[+4]的？實驗生成的白煙的成分是什么？讓學(xué)生帶著問題觀看演示實驗。

【學(xué)生活動】觀看演示實驗，小組討論，并得出結(jié)論：氨氣與氯化氫氣體反應(yīng)生成的白煙成分是NH4Cl固體，化學(xué)方程式為NH3 + HCl＝NH4Cl。

【拓展思考】氨氣是否可與硫酸和硝酸反應(yīng)？如果可以，其化學(xué)方程式是什么？

【學(xué)生活動】討論交流，書寫化學(xué)方程式：2NH3 + H2SO4＝（NH4）2SO4；NH3 + HNO3＝NH4NO3。

【教師活動】總結(jié)：氨氣與酸反應(yīng)會生成對應(yīng)的銨鹽，離子方程式為：NH3 + H+＝NH[+4]。

【教師活動】拋出問題：從氧化還原的角度分析NH3→HNO3發(fā)生的是什么反應(yīng)？NH3可以一步轉(zhuǎn)化為HNO3嗎？讓學(xué)生從化合價升降的角度思考氨氣的化學(xué)性質(zhì)。

【學(xué)生活動】小組交流討論：NH3中的氮元素化合價是最低價，具有還原性。NH3→HNO3發(fā)生的是氧化反應(yīng)。NH3中的N為-3價，HNO3中的N為+5價，故NH3不能一步轉(zhuǎn)化為HNO3。

設(shè)計意圖：從物質(zhì)的組成、性質(zhì)的角度分析從氨氣到固態(tài)氮肥的轉(zhuǎn)化，利用演示實驗進行探究驗證。

【教師活動】先向?qū)W生展示碳酸氫銨和氯化銨固體，然后打開瓶蓋，讓學(xué)生聞氣味，并思考為什么會聞到氨氣的味道。

【學(xué)生活動】合作探究實驗：分別加熱碳酸氫銨和氯化銨固體，并觀察現(xiàn)象，歸納總結(jié)。

【教師活動】1.總結(jié)：銨鹽不穩(wěn)定，受熱易分解出氨氣。化學(xué)方程式為：NH4Cl[△]NH3↑+HCl；NH4HCO3 [△ ]NH3↑+CO2↑+H2O。

2.提問：除了加熱銨鹽，還可以用什么方法使銨根轉(zhuǎn)化為氨氣？

【學(xué)生活動】小組討論，提出假設(shè)：銨鹽可以與堿發(fā)生反應(yīng)，并進行實驗，探究氯化銨固體與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)。

【教師活動】總結(jié)：銨鹽可以與堿性溶液發(fā)生反應(yīng)。離子方程式為：NH4++ OH-[△]NH3↑+H2O。

設(shè)計意圖：開展實驗探究，讓學(xué)生更有參與感，可以更好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。同時，在實驗探究過程中學(xué)習(xí)含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，有利于學(xué)生化學(xué)學(xué)科知識系統(tǒng)的形成。

三、教學(xué)反思

系統(tǒng)思維視角下的化學(xué)單元教學(xué)研究具有實踐探索意義。從教師的角度看，教師需要在系統(tǒng)思維的指導(dǎo)下將教材中的知識按照不同的主題重新劃分教學(xué)單元，并從新劃分的教學(xué)單元出發(fā)進行教學(xué)設(shè)計，將化學(xué)知識系統(tǒng)與自然、社會系統(tǒng)聯(lián)系起來，繼而實施單元教學(xué)，促進學(xué)生系統(tǒng)思維的形成與發(fā)展。這也要求教師更深入地分析和把握課標(biāo)要求以及教材內(nèi)容，積極地掌握高考考點動向，不僅要提升化學(xué)知識儲備，還要了解學(xué)科相關(guān)的前沿，積累一定的生活經(jīng)驗。從學(xué)生的角度看，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程也是其知識網(wǎng)絡(luò)自主構(gòu)建的過程。單元教學(xué)強調(diào)知識的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，將分散的知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化，這有助于學(xué)生的課程學(xué)習(xí)更有目的性和層次性，從而鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力。同時，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中聯(lián)系自然與社會，能更好地理解和掌握知識，認(rèn)識到化學(xué)與自然以及社會發(fā)展之間的關(guān)系，也能更加靈活地運用知識認(rèn)識和解決現(xiàn)實問題，而不是對知識進行應(yīng)試化的“死記硬背”。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］? 馬玉芹，張淑華，張曉霞.系統(tǒng)論在化學(xué)教學(xué)論教學(xué)中的應(yīng)用［J］.長春理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2009（6）：1026-1027.

［3］? 朱立峰.化學(xué)系統(tǒng)思維能力：內(nèi)涵與范例［J］.教育研究與評論（中學(xué)教育教學(xué)），2011（8）：61-64.

［4］? 吳海霞，王祖浩.學(xué)科核心素養(yǎng)視域下的單元教學(xué)設(shè)計研究：以“簡單的有機化合物及其應(yīng)用”為例［J］.化學(xué)教學(xué)，2020（10）：45-49.

（責(zé)任編輯 羅 艷）