基于“價一類二維圖”促進觀念建構的教學實踐與反思

左傳鵬 晏曦 喻建軍 楊落星

摘要：以高三復習課“氨氣的性質與用途”教學為例，基于元素化合價一類別二維關系圖，設計“構圖”“夯基”“探究”和“遷移”四個主要環節，構建高三元素化合物復習課模型，以期在復習課中促進學生自主建構與發展元素觀、微粒觀、分類觀、轉化觀、實驗觀、化學價值觀，實現由“知識為本”向“觀念為本”“素養為重”的轉變。

關鍵詞：氨：價一類二維圖：元素化合物：觀念建構

文章編號：1008-0546（2019）05-0046-03

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.05.015

元素化合物知識是中學化學教學內容的重要組成部分，是學生學習化學概念原理及化學實驗的基礎，更是學生自主建構與發展化學基本觀念的載體。現行的元素化合物復習流程常常是“畫物質轉化圖一回憶物質性質一書寫化學方程式一習題訓練一講解習題”。以這種形式開展復習條理清楚，但物質問的脈絡關系還是教師直接給出，并不是學生自己逐步形成的，學生被動接受后很容易遺忘，掌握情況不理想。

以物質的類別（氫化物、單質、氧化物、酸、堿、鹽等）為橫坐標，以某元素的化合價為縱坐標，在二維平面內繪制含有該元素物質的圖像稱之為元素化合價一類別二維關系圖（以下簡稱價一類二維圖）。該圖具有直觀、線索清晰、引導性強等特點，基于價一類二維圖復習元素化合物知識模塊，不僅有利于從物質類別和價態視角掌握物質的通性，優化重組物質間的轉化關系，培養學生的系統整合能力和知識遷移能力，提升高三復習效率，更有利于加強學生對化學基本觀念的理解，促進學生科學素養的全面發展。

一、課前設想

氮元素化合價多樣，物質種類繁多，相互轉化關系較為復雜，而且很多物質具有自身的特性，引導學生自主形成有序的知識脈絡很有必要。其中，氨作為一種重要的含氮化合物，內容豐富，計劃安排兩個課時完成：第一個課時以價一類二維圖為依托，梳理氨的結構、性質與用途;第二課時以合成氨工業流程為背景，著重復習氨氣的工業制法和實驗室制法。

筆者于2018年4月在長沙市普通高中課堂教學改革優秀課例展示研討活動中展示了第一課時“氨氣的性質與用途”，融入元素價一類二維圖，在引導學生掌握必備知識，將所學知識和方法內化為自身能力的同時，促進和發展學生的化學基本觀念。現就這節課的教學過程及設計意圖呈現如下，以期拋磚引玉。

二、教學過程

環節1：構圖——聯系生活生產，構建氮元素價一類二維圖，促進學生發展元素觀和分類觀

【播放微視頻】生命起源;糧食與氮肥;氮氧化物引發的環境問題。

【提問】含氮物質無處不在，你知道哪些呢？

【學生活動】以物質常見類別為橫坐標，以氮元素的常見價態為縱坐標，畫氮元素價一類二維圖。

（學生一例如圖1所示，不少學生根據平時的積累，在圖中一并呈現了N2H4、HN3、NaN3、N2O、KSCN等物質。）

設計意圖：從含氮物質在人類生產和生活中發揮的功能價值的兩面性出發，啟發學生對科學價值觀的思考，激發學生的內在動機。鼓勵學生自主構建氮元素價一類二維圖，活躍學生思維的同時，調動學生的參與熱情，促進學生自主建構與發展元素觀和分類觀。

環節2：夯基——深度挖掘教材，夯實氨基礎知識，促進學生建構與發展微粒觀、轉化觀和化學價值觀

【學生活動】1.完成學案：回顧氨的電子式和分子構型;氨的物理性質。2.指導學生，仔細閱讀課本，并提供資料：NH3沸點為-33.5°C，N2沸點為-195.8°C）

【學生】閱讀后補充：易液化，可用作制冷劑。

【追問】從結構角度分析，為什么NH3比N2易液化？

【學生】氨分子間有氫鍵，分子間的作用力更強，故沸點比N2高，容易液化，且液氨在常溫下氣化時能帶走大量的熱。

【拓展】生活中，你聽說過冷凍劑——液氮嗎？

【小結】結構決定性質，性質決定用途：氨分子與水分子之間形成氫鍵，故氨極易溶于水;氨分子間形成氫鍵，故氨易液化，可用作制冷劑。

設計意圖：回顧氨的分子結構，通過追問，引導學生深入挖掘教材，并結合分子結構解釋性質，由性質分析用途，培養學生從微觀視角深入認識物質的意識，發展學生的微粒觀和化學價值觀。

【過渡】請同學們觀察氮元素價一類二維圖，找一找NH3能轉化為哪些物質？

【學生】從類別看，氨呈堿性，可轉化為氨水、銨鹽;從化合價看，氨中氮元素顯-3價，為最低價，有還原性，可轉化為NO……（有學生講是NO2）

設計意圖：引導學生結合氮元素價一類二維圖分析氨的化學性質，采用同桌PK賽方式訓練化學方程式書寫，并設計了學生互評環節，活躍了課堂氣氛，激發參與熱情，培養學生科學、嚴謹、規范的學習習慣，在落實基礎知識和提高基本技能的同時，促進學生建構與發展微粒觀、轉化觀和化學價值觀。

環節3：探究——針對認知沖突，設計實驗方案，促進學生建構與發展實驗觀、轉化觀和化學價值觀

【提問】（回顧學生發言）NH3被O2催化氧化，氧化產物是NO還是NO2？

【活動】1.設計實驗方案，驗證氨催化氧化產物為NO。要求：（1）畫簡易實驗裝置圖;（2）描述預期實驗現象。

2.展示實驗裝置圖，介紹實驗設想，師生互動，優化實驗方案。

【播放微視頻】筆者完成氨催化氧化實驗（實驗裝置圖如圖2所示）。

【提問】在視頻中，你觀察到什么實驗現象，結論是什么？

【學生】持續通O2，硬質玻璃管中氣體無明顯顏色變化，說明氨催化氧化產物為NO;廣口瓶中收集了紅棕色氣體，說明NO冷卻后，遇O2轉化為NO2;裝有紫色石蕊溶液的瓶中溶液變紅色，說明產生了硝酸;在停止通氧氣，持續通氨氣后，集氣瓶中紅棕色慢慢褪去，產生大量白煙，說明產生了NH4NO3。

【學生】反應過程中，催化劑局部出現紅熱狀態，并在停止加熱后能維持，說明氨催化氧化反應為放熱反應。

【提問】結合氮元素價一類二維圖中氨的轉化關系，想一想，氨有哪些重要用途？（制冷劑;制氨水、硝酸、銨態氮肥。）

設計意圖：針對學生的認知沖突，鼓勵學生不迷信權威，敢于質疑，用思考和實驗代替口訣（“4546”），通過實驗方案設計和分享，鍛煉了學生的口頭表達能力。引導學生深入認識由氨制備硝酸及氮肥的轉化原理，學生在該環節通過觀察、辨識宏觀現象，培養用對立統一、聯系發展的觀點分析反應規律，深化對實驗觀和轉化觀的理解。加深了學生對氨在工農業生產中的重要用途的認識，也讓學生了解到氮的氧化物對環境的影響，培養學生辯證地認識和應用物質的意識，促進化學價值觀的形成。

環節4：遷移——運用價一類二維圖，轉化學習任務，促進學生建構與發展分類觀和轉化觀

【提問】請同學們結合氮元素價一類二維圖，談一談你對化合物N2H4的認識。

【學生活動】思考，從物質類別和該物質中元素化合價兩個角度預測N2H4的化學性質。

【練習】[2016·全國卷II·26題節選]聯氨（又稱聯肼，N2H4，無色液體）是一種應用廣泛的化工原料，可用作火箭燃料，回答下列問題：

（1）聯氨分子的電子式為___，其中氮的化合價為___。

（4）聯氨為二元弱堿，在水中的電離方式與氨相似。聯氨與硫酸形成的酸式鹽的化學式為___。

（5）聯氨是一種常用的還原劑。向裝有少量AgBr的試管中加入聯氨溶液，觀察到的現象是___。

【課堂總結】學生心得：（1）化學反應因條件不同，產物會不一樣，書寫化學方程式時反應條件不能漏;（2）不能盲目接受課本知識，要多想為什么，可以通過化學實驗驗證;（3）復習要建立一個體系，形成方法，如借助元素價一類二維圖實現氨向肼的遷移……

設計意圖：呈現一種與氨類似的物質的高考試題，指導學生進行任務轉化——運用價一類二維圖預測陌生物質的性質并解決相關問題，形成復習元素化合物性質的一般思路和方法，提高學生分析問題和解決問題的能力，并進一步強化學生化學基本觀念。

三、教學反思

1.堅持“觀念為本”，精心設計和組織教學

宋心琦教授指出：“學生能否牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學觀念，應當是中學化學教學的第一目標。”化學作為基礎學科教育中重要的組成部分，旨在培養學生的化學素養，而化學基本觀念作為化學素養的核心要素，是學生通過化學課程的學習，深入理解化學學科特征的基礎后，即使遺忘了大部分的化學知識，在頭腦中形成的對化學的總體看法和概括性的認識。以“觀念建構”指導化學教學，有利于精簡教學內容，促進學生學習方式的轉變，增進對知識的理解和運用，提升科學素養。筆者基于“氨”內容，抽提出元素觀、微粒觀、分類觀、轉化觀、實驗觀、化學價值觀等6個化學基本觀念，圍繞這6個化學基本觀念設計和組織教學，引導學生自覺地用化學視角觀察社會生活現象、理解化學科學的研究方法、認識化學技術對發展人類文明的強大動力。堅持“觀念為本”的教學理念，是對“從生活走進化學，從化學走進社會”理念的最好詮釋。

2.構建“價一類二維圖”，培養學生學習能力

誠如李政道所言：“真正的學習是培養自己在沒有‘路牌的地方也可以走路的能力，最后能走出來。這才是學習最本質的東西。”價一類二維圖蘊含著“分類的方法”和“研究物質性質的思想和方法”，它可以幫助學生構建一個完整的轉化框架，把零散的元素化合物知識結構化。筆者在本節課中指導學生構建和運用氮元素價一類二維圖，學生的認識過程是有序的，認識思路是有邏輯的，這種教學可以幫助學生對氨乃至其它含氮化合物的性質形成系統化、條理化的認識，有利于減輕高三學生過重的學習負擔，培養學生發現問題、分析問題和解決實際問題的能力。要注意的是，基于價一類二維圖促進“觀念建構”開展高三化學教學，應考慮具體內容的特點，杜絕教學形式化、刻板化，在教學中要從學生實際出發，引領學生通過積極思考，從本質上認識和理解所學的化學知識，形成化學學科的思想、觀點和方法。

3.挖掘教材實驗資源，促進學生深度學習

在高三復習階段，不少學生為了克服遺忘，進行了大量的習題訓練，可往往收效甚微，其根源在于學生通過被動接受和機械記憶，學習停留在淺層階段，知識是零散的。因此，提升學生的高階整合思維、培養學生的深度學習能力在高三復習備考中至關重要。在本堂課中，筆者挖掘人教版普通高中課程標準實驗教科書中第99頁“思考與交流”素材型實驗內容，拋出了問題“NH3被O2催化氧化，氧化產物是NO還是NO2？”，指導學生設計一個完整的實驗方案，預計實驗現象，并在互動中完善了實驗方案。這不僅激發了學生的學習興趣，而且促進了學生的深度思考與交流，使實驗成為了化學課堂效率提升的“催化劑”。