改進(jìn)教材實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建學(xué)生學(xué)科觀(guān)念

劉堅(jiān)

摘要：以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為載體，從建構(gòu)化學(xué)觀(guān)念角度入手，在硝酸的氧化性課堂教學(xué)中深入探討真實(shí)化學(xué)問(wèn)題 ，其中包括實(shí)驗(yàn)觀(guān)、 微粒觀(guān)和元素觀(guān)等化學(xué)觀(guān)念，在問(wèn)題解決和活動(dòng)探究中，使學(xué)生達(dá)到技能與智能的融合統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)；硝酸的氧化性；學(xué)科觀(guān)念

文章編號(hào)：1008-0546（2016）08-0079-04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.026

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，而現(xiàn)行教材中，濃、稀硝酸與銅的反應(yīng)，涉及到反應(yīng)物的危險(xiǎn)性，產(chǎn)物的污染性，面臨著無(wú)法將實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)教室的窘境。筆者在進(jìn)行“硝酸的氧化性”的教學(xué)時(shí)，在教材原有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了深入的挖掘和改進(jìn)，采用注射器和輸液袋的實(shí)驗(yàn)裝置，有效地排除空氣中O2對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的干擾。此外，產(chǎn)生的污染氣體，也可以?xún)?chǔ)存在輸液袋中，減少了污染物的排放，最大程度的保護(hù)了學(xué)生。在教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)教學(xué)的需求增補(bǔ)了一些實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮主動(dòng)性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和操作，在解決實(shí)際問(wèn)題中達(dá)到了技能與智能的融合統(tǒng)一，建構(gòu)了基本化學(xué)學(xué)科觀(guān)念。

實(shí)驗(yàn)觀(guān)：本節(jié)課師生共同合作設(shè)計(jì)了“測(cè)硝酸的pH”，“濃、稀硝酸與銅反應(yīng)”，“銅與NaNO3溶液反應(yīng)的條件”，“附有銅的鐵條的鈍化”等一系列實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)和方案的優(yōu)化，引導(dǎo)學(xué)生以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，構(gòu)建了硝酸的強(qiáng)氧化性知識(shí)體系。

微粒觀(guān)：硝酸的強(qiáng)氧化性體現(xiàn)哪種微粒上呢？是HNO3分子，NO3-，還是H+和NO3-協(xié)同作用？通過(guò)對(duì)比銅與濃、稀硝酸的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，銅與NaNO3溶液反應(yīng)的條件的探究，加深了學(xué)生對(duì)微粒觀(guān)的理解，深化認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)發(fā)生的條件。

元素觀(guān)：硝酸具有強(qiáng)氧化性是學(xué)生基于硝酸中+5價(jià)氮元素的氧化性的認(rèn)識(shí)，以及其它含有+5價(jià)氮元素氧化性的探究，發(fā)展了學(xué)生的元素觀(guān)。

此外，分類(lèi)觀(guān)、守恒觀(guān)、變化觀(guān)，分析比較和化學(xué)價(jià)值觀(guān)在教學(xué)中也有體現(xiàn)，合理建構(gòu)了學(xué)生的基本學(xué)科觀(guān)念，提高了教學(xué)效率。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

通過(guò)初中化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握酸的通性，而前一節(jié)課，學(xué)習(xí)了濃硫酸的性質(zhì)，知道了濃度不同物質(zhì)的氧化性不同，產(chǎn)物也不同，這些都為硝酸的學(xué)習(xí)鋪墊了堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。硝酸的主干知識(shí)就是強(qiáng)氧化性，它能與大部分金屬反應(yīng)，能氧化一些非金屬，生成氮氧化物，這是與初中知識(shí)區(qū)別最大之處，本節(jié)課以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為載體，通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，突破硝酸的強(qiáng)氧化性的知識(shí)難點(diǎn)，深化氧化還原反應(yīng)知識(shí)理論，符合“通過(guò)以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化科學(xué)探究的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”的課程理念。本節(jié)課的整體設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

二、教學(xué)過(guò)程

1. 問(wèn)題探究，初建實(shí)驗(yàn)觀(guān)

[問(wèn)題情景] 硝酸是強(qiáng)酸，如何驗(yàn)證濃硝酸的酸性？

[學(xué)生活動(dòng)]能與堿或某些鹽反應(yīng)，與酸堿指示劑反應(yīng)，與某些金屬氧化物反應(yīng)，測(cè)pH等。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)1]用pH試紙測(cè)濃硝酸的pH。

[問(wèn)題情景] 我們所學(xué)的知識(shí)中，哪種物質(zhì)滴在pH試紙的現(xiàn)象和濃硝酸滴在pH試紙的現(xiàn)象變化相同？為什么pH試紙會(huì)先變紅后褪色？（追問(wèn)1）說(shuō)明濃硝酸可能具有什么性質(zhì)？（追問(wèn)2）

[學(xué)生]新制的氯水，新制的氯水具有酸性使pH試紙變紅，具有強(qiáng)氧化性而使紅色褪去。說(shuō)明濃硝酸可能具有強(qiáng)氧化性。

設(shè)計(jì)意圖：將濃硝酸滴在pH試紙上，出現(xiàn)紅色，在學(xué)生的“意料之中”，很快紅色褪去，學(xué)生驚訝不已。新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與舊的知識(shí)產(chǎn)生沖突，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)硝酸性質(zhì)的欲望。

2.實(shí)驗(yàn)探究，構(gòu)建微粒觀(guān)

[問(wèn)題情景]如果讓你選擇一種藥品來(lái)研究硝酸的氧化性，你會(huì)選什么樣的物質(zhì)呢？選什么樣的金屬呢（追問(wèn)）？今天實(shí)驗(yàn)室為我們提供了一種不活潑金屬單質(zhì)銅來(lái)驗(yàn)證硫酸和硝酸的強(qiáng)氧化性，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3。

[引導(dǎo)討論]（1）實(shí)驗(yàn)方案。（2） 預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（3）如何證明反應(yīng)發(fā)生？

（4） 注射器和輸液袋在實(shí)驗(yàn)中有什么特殊的用途？

選取學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行優(yōu)化，分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)2]

設(shè)計(jì)意圖：將教材中的“觀(guān)察與思考”改為“活動(dòng)與探究”，讓學(xué)生在親身體驗(yàn)中獲得了新的知識(shí)。采用輸液袋和注射器裝置，學(xué)生既可以觀(guān)察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又可以避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生有毒害的氣體逸出，輸液袋中事先放入濃硝酸可以避免學(xué)生在吸取濃硝酸的過(guò)程中的意外發(fā)生。

[學(xué)生活動(dòng)]小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，書(shū)寫(xiě)并根據(jù)化合價(jià)升降法配平銅與濃硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。

[問(wèn)題情景]濃硝酸中存在哪些主要微粒？濃硝酸將銅氧化，可能是什么微粒的作用？（通過(guò)分析硝酸中氮元素的價(jià)態(tài)進(jìn)行說(shuō)明（追問(wèn)1）？如何排除HNO3分子的影響？（追問(wèn)2）。

[學(xué)生]HNO3分子、H+和NO3-還有H2O （集體回答）。

[學(xué)生1]HNO3分子（學(xué)習(xí)濃硫酸后的啟發(fā)）。

[學(xué)生2]NO3-。

[學(xué)生3]加水稀釋?zhuān)梢允瓜跛嵬耆婋x。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)3]完成稀硝酸與銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖： 由于受到銅與濃硫酸反應(yīng)的影響，在討論濃硝酸與銅的反應(yīng)時(shí)，很多同學(xué)會(huì)想到濃硝酸之中存在HNO3分子，是HNO3分子與銅發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，向濃硝酸中加入水，使得HNO3在水中完全電離而排除HNO3分子的影響（高中階段），在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的稀硝酸和銅也可以反應(yīng)，只是產(chǎn)物有所不同，說(shuō)明將銅氧化的不是HNO3分子。

[學(xué)生活動(dòng)]小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，書(shū)寫(xiě)并配平銅與稀硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，并將化學(xué)方程式改寫(xiě)成離子方程式。

[問(wèn)題情景]將銅片氧化的微粒不是HNO3，是什么呢？NaNO3溶液中也存在+5價(jià)氮元素的NO3-，銅能被NaNO3氧化嗎？（追問(wèn)）

[學(xué)生]NO3-（集體回答，信心滿(mǎn)滿(mǎn)），能 （集體回答，信心滿(mǎn)滿(mǎn)）。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)4] 將銅置于Y型試管中NaNO3溶液內(nèi)觀(guān)察，結(jié)果無(wú)明顯現(xiàn)象。

[問(wèn)題情景]銅為什么不與NaNO3溶液反應(yīng)？請(qǐng)大家分析NaNO3溶液中存在的微粒，并結(jié)合銅與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式進(jìn)行說(shuō)明。

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論，確定新的實(shí)驗(yàn)方案：向NaNO3溶液加入稀硫酸溶液。待有明顯現(xiàn)象后，將Y型管傾斜使銅片與溶液分離。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)NaNO3溶液和稀硝酸溶液中微粒成分的比較和離子方程式的書(shū)寫(xiě)和觀(guān)察，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)NO3-的氧化性依賴(lài)溶液中H+，配合后續(xù)實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充稀硫酸，幫助學(xué)生形成正確的“微粒觀(guān)”。使學(xué)生對(duì)硝酸的氧化性的認(rèn)識(shí)上升到一個(gè)新的臺(tái)階。

3. 運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，體會(huì)化學(xué)價(jià)值

[生活情景]鐵比銅活潑，為什么在生活中用鐵罐車(chē)運(yùn)輸濃硝酸？

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)5]將附有Cu的鐵條和打磨后的鐵條分別插入到濃硝酸溶液中。

設(shè)計(jì)意圖：由于在鋁及其化合物的學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)接觸到鋁條在濃硝酸中發(fā)生鈍化，通過(guò)圖片情景，學(xué)生的舊知識(shí)很快在腦海中重現(xiàn)。通過(guò)對(duì)強(qiáng)調(diào)的銅與濃硝酸的反應(yīng)現(xiàn)象再次出現(xiàn)，當(dāng)銅反應(yīng)完后，反應(yīng)停止，再一次視覺(jué)沖擊使學(xué)生牢固地形成鈍化的概念。學(xué)習(xí)了知識(shí)，有了收獲，更重要的是能服務(wù)于生活，讓生活變得更美好！

4. 問(wèn)題解決，實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)

[問(wèn)題情景]寫(xiě)出稀硝酸分別與Na2CO3和Na2SO3反應(yīng)的化學(xué)方程式。

[學(xué)生活動(dòng)]書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式。

[引導(dǎo)討論]分析學(xué)生書(shū)寫(xiě)的方程式的正誤，并引導(dǎo)學(xué)生討論稀硝酸與Na2CO3和Na2SO3反應(yīng)的化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)為什么不同？

[演示實(shí)驗(yàn)]將Y型試管中稀硝酸加入到Na2CO3固體和Na2SO3固體中。

[學(xué)生]觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體會(huì)化學(xué)方程式的表達(dá)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不同，讓學(xué)生正確理解稀硝酸的酸性和氧化性，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合理的實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)情境中運(yùn)用知識(shí)，既是知識(shí)的遷移又是知識(shí)的升華，讓學(xué)生學(xué)有所用，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的快樂(lè)，享受問(wèn)題解決的樂(lè)趣，實(shí)現(xiàn)新舊知識(shí)的建構(gòu)。

三、教學(xué)后記

“硝酸的氧化性”是元素化合物的重要組成部分，硝酸的氧化性是高中化學(xué)的重點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。在本節(jié)課的教學(xué)中以實(shí)驗(yàn)為載體通過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)時(shí)的不同現(xiàn)象，加深對(duì)硝酸氧化性的認(rèn)識(shí)及對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的記憶。同時(shí)在學(xué)生活動(dòng)中較多地關(guān)注了學(xué)科基本技能的訓(xùn)練，通過(guò)銅與濃、稀硝酸反應(yīng)方程式的配平，學(xué)生自覺(jué)地體會(huì)硝酸在反應(yīng)中既體現(xiàn)酸性又體現(xiàn)氧化性。通過(guò)離子方程式的改寫(xiě)，有利于學(xué)生客觀(guān)地認(rèn)識(shí)在硝酸溶液中體現(xiàn)氧化性的微粒及H+所起的作用，從反應(yīng)中氮元素電子的得失和化合價(jià)的變化，分析了硝酸與金屬反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

在教材中有許多值得我們挖掘的素材，作為教師需要認(rèn)真理解和充分利用資源，發(fā)揮教材的最大能效為教學(xué)服務(wù)。本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)中，對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，利用注射器和輸液袋連接成一個(gè)密閉體系，有效地排除了O2對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的干擾。利用注射器抽取置于輸液袋中的濃硝酸，與預(yù)先放入注射器的薄銅片反應(yīng)，可以清晰地觀(guān)察銅與濃硝酸反應(yīng)的現(xiàn)象以及NO2氣體的顏色。稀硝酸與銅反應(yīng)時(shí)，針筒中產(chǎn)生的氣體為無(wú)色，當(dāng)向輸液袋中注入空氣后，氣體變化為紅棕色，由此可以證實(shí)銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體為NO。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的氣體都收集在注射器封閉體系中排除了NO、 NO2有毒氣體對(duì)環(huán)境的污染，綠色環(huán)保更符合現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理念。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁卉.中學(xué)化學(xué)學(xué)科觀(guān)念的初步研究 [D].南京：南京師范大學(xué)，2008

[2] 倪娟.論基于學(xué)科觀(guān)念的化學(xué)概念教學(xué) [J].化學(xué)教育，2014，（1）： 1-3

[3] 胡愛(ài)彬.實(shí)驗(yàn)探究中滲透多元化學(xué)觀(guān)念的教學(xué)實(shí)踐與思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015，（9）：36-38