基于深度學習的實驗改進及教學的探究

摘 要：硝酸是氮元素化合物的典型代表，是元素化合物知識體系中重要的組成部分，也是重要的工業原料，在生產中有著廣泛應用。在它的教學內容中，強氧化性是重點也是難點，不同濃度的硝酸氧化性強弱不同，產物也有差異。認真展開實驗教學，獲得第一手感性材料，有利于深刻理解硝酸強氧化性，也有利于進一步鞏固氧化還原反應和離子反應原理。

關鍵詞：《硝酸氧化性》；人格品質；反應原理

一、 實驗教學目標的制定

（一） 學情分析

提到硝酸，學生第一反應是它的酸性，強氧化性是陌生的。硝酸和銅、碳的反應不符合學生原有的知識邏輯，為學生掌握這部分知識增加了困難。這就造成很多學生當時聽懂，過后記憶混亂，方程式書寫有困難，不能運用知識解決綜合性問題。

（二） 教學策略

創建貼近生活實際的情境，以問題驅動為線索，引導學生進行基于深度學習的實驗探究，自主構建知識，在此基礎上幫助學生掌握元素知識學習的一般方法。

（三） 教學目標

【知識和技能】深刻理解硝酸的強氧化性。

【過程和方法】體驗科學探究的過程，完成知識的建構。

【情感態度和價值觀】尊重自然，倡導綠色化學。培養實事求是的人格品質。

二、 實驗內容和方法設計

蘇教版教材中關于硝酸的強氧化性是通過銅和濃（稀）硝酸的反應完成的，兩個實驗在一套裝置內先后完成，節約藥品，節省時間。本意是通過實驗1生成的NO2排盡裝置內的空氣，為實驗2創造無氧的環境，加入的5mL水既可以稀釋濃硝酸，又可以吸收NO2，實際上紅棕色卻很難消失，不足以證明銅和稀硝酸反應生成了NO。并且實驗一次性加入銅片，不利于控制反應的進程。裝置復雜，不便做學生實驗。

我的實驗方案：

1. 對原裝置的改進。氣體發生裝置：將試管改成帶橡膠塞的玻璃瓶，減少藥品的用量，實現實驗的微型化；將銅絲繞成螺旋狀，另一端插在膠塞上后，蓋好瓶塞，銅絲可上下抽動，控制反應進程。使用前先用針筒作抽氣處理2到3次，基本能將瓶內空氣抽空，再用針筒吸取1～2mL濃（稀）硝酸注入瓶內。抽動銅絲，使之與溶液接觸，反應一段時間，瓶內有明顯的現象時，抽出銅絲，反應停止。

氣體性質實驗：將充有NO2氣體的針筒插入蒸餾水中，觀察現象；用針筒抽空氣，注入銅和稀硝酸反應后的玻璃瓶內。

尾氣和廢液的處理：用針筒吸取NaOH溶液，注入反應后的玻璃瓶內，邊加邊振蕩。

2. 補充實驗。補充了硝酸和I-以及Fe2+的反應，更加全面地認識硝酸的強氧化性。

三、 實驗教學過程

（一） 引入課題

播放“硝酸泄露現場及處理”的視頻

教師提問：新聞中有哪些與我們的認知是不符合？甚至矛盾的呢？

學生注意到“載有35噸濃硝酸的鋁罐車”，引發疑問：活潑金屬與酸不應該反應產生氫氣嗎？

教師提示：前面學到有一種酸也能放在鋁罐車中運輸，學生恍然大悟：濃硫酸，鈍化。

教師追問：說明濃硝酸還具有什么特性？學生猜測：強氧化性。

繼續追問：它能跟哪些物質反應？學生通過與濃硫酸類比，推測銅、碳。

（二） 實驗探究

活動與探究

（交流與討論）PPT投影：

①濃稀硝酸哪個氧化性更強？為什么？②根據銅和濃稀硝酸反應生成氣體顏色和性質，分別判斷它們是什么氣體？③為什么銅和濃稀硝酸反應生成溶液顏色不同，前者是綠色，后者是藍色？

（學生匯總）

①從反應劇烈程度知道，濃硝酸氧化性更強；②與濃硝酸反應生成紅棕色氣體，且易溶于水，是NO2；與稀硝酸反應生成無色，遇空氣變成紅棕色的氣體，是NO；③成分都是Cu（NO3）2，前者溶有大量NO2，變成綠色。

問題③的解決有困難，所以教師補充了“繼續加水，變藍色”的實驗加以說明。

在明確反應產物的基礎上，讓學生正確書寫方程式。

（宏微結合，加深認知）

請學生用雙線橋分析電子得失情況，并結合N的原子結構分析為什么HNO3具有強氧化性。

學生發現：HNO3中的N是+5價，處于最高價態，所以具有強氧化性；不同濃度硝酸氧化性強弱不同，對應產物也有所不同，一般濃硝酸對應NO2，稀硝酸對應NO。

有學生提出疑問：如果反應過程中，濃硝酸變成稀硝酸呢？

馬上就有學生反應過來：那就既有NO2又有NO。

（比較延伸，探求規律）

教師追問：濃硫酸的強氧化性是什么元素體現出來的？

稀鹽酸，稀硫酸有無氧化性呢？

第一個問題，學生能夠想到：濃硫酸中+6價的S具有強氧化性，能將Pt之前的金屬氧化，產物是SO2；

第2個問題往往會否定，教師可以引導：所謂氧化性，就是在反應中元素化合價降低。學生意識到，其實稀鹽酸和稀硫酸也是有氧化性的，表現為H+轉化為H2，為弱氧化性，只能氧化金屬活動性順序表中排在H前面的金屬（活潑金屬）。

（知識拓展）

講述“玻爾巧藏金質獎章”的故事，并介紹“王水”是濃硝酸和濃鹽酸按體積比1∶3形成的混合物，可以溶解Pt和Au。

注意規律的一般性，也要注意特殊性。

常溫下，Fe和Al在濃硝酸，濃硫酸中鈍化。

（三） 學以致用

工業上生產Cu（NO3）2，哪種方案最好？

再次提醒同學注意環保，化學不僅要創造經濟價值，更要考慮長治久安。

（四） 反思收獲

如果讓你用幾個詞語給硝酸做評價，你會說些什么？

四、 教學反思

本節課采用實驗探究的方法教學，盡量發揮學生的主動性，尊重事實的基礎上根據現象推測產物，歸納總結出反應方程式。有理有據。并結合已學過的硫酸鹽酸的性質做比對，用氧化還原反應的原理透過現象分析本質。由點到線再到面，使得硝酸的氧化性不再只是書本上呆板的幾行字，而變得豐滿起來。學生課后反映說，這樣的學習方式更輕松，方程式也不再需要刻意去背，自然而然從腦海中浮現出來。顯然也在潛移默化中培養了學生的觀察能力和邏輯推理能力，有利于創新人才的培養。

實驗改進后的意義

1. 真正實現在隔絕空氣的條件下，銅分別與濃稀硝酸的反應，讓學生真實清晰地觀察到NO和NO2的顏色；2. 盡量采用封閉措施，避免了硝酸，氮氧化物的逸出，并采用氫氧化鈉溶液尾氣處理，消除環境污染，向學生滲透綠色化學的意識；3. 采用小玻璃瓶，耐強酸腐蝕，透明度高，便于觀察現象，也節約藥品；4. 實驗簡單易操作，耗時短，現象明顯，可考慮學生分組實驗的推廣。

作者簡介：

蔡春梅，江蘇省常州市，常州市三河口高級中學。