基于動態(tài)生成的真實(shí)問題探究式教學(xué)
——以高中化學(xué)（魯科版）必修第一冊“硝酸的性質(zhì)”教學(xué)為例

李似麒 李楊玲 陳少清

（三明市第二中學(xué)，福建 三明 365000）

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》強(qiáng)調(diào)在“教、學(xué)、評”一體化的背景下開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)在真實(shí)問題情境下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動，激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，使每位學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)得到不同程度的發(fā)展。［1］建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生是知識的主動建構(gòu)者，課堂教學(xué)要以學(xué)生為中心。隨著新一輪課程改革的深入實(shí)施，課堂的動態(tài)生成也越來越受到師生們的重視，因?yàn)閯討B(tài)生成教學(xué)有效地激發(fā)了學(xué)生的探究欲望，培養(yǎng)了學(xué)生主動探究、自主學(xué)習(xí)意識，“讓課堂煥發(fā)出生命的活力”。因此，教師要善于捕捉課堂的生成性資源，及時準(zhǔn)確地作出評估與判斷，并恰當(dāng)、機(jī)智地加以運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)課堂的高效與精彩。［2］在執(zhí)教“硝酸的性質(zhì)”時，作者嘗試?yán)脤W(xué)生對銅與濃、稀硝酸反應(yīng)后溶液顏色不同的“意外”生成性資源，引導(dǎo)學(xué)生主動開展實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新意識等維度的學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、教學(xué)要求及教學(xué)思路

硝酸的性質(zhì)是必修模塊“氮的循環(huán)”中的一部分，在教學(xué)內(nèi)容要求上，需要結(jié)合真實(shí)情境或通過實(shí)驗(yàn)探究了解硝酸的主要性質(zhì)；在學(xué)業(yè)要求上，要求學(xué)生能從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的角度，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的基本原理，預(yù)測硝酸的化學(xué)性質(zhì)及變化，設(shè)計實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步驗(yàn)證，并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。［1］從正在使用的普通高中教科書（魯科版）化學(xué)必修第一冊教材和之前使用的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（魯科版）化學(xué)1（必修）教材的內(nèi)容編排對比可以看出，新教材中沒有設(shè)計思路、沒有實(shí)驗(yàn)方案的“活動·探究”欄目明顯增加了，然而新版課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生的自主探究、主動學(xué)習(xí)意識的要求有了進(jìn)一步加強(qiáng)，這對教師的教和學(xué)生的學(xué)都提出了新的要求。因此，“硝酸的性質(zhì)”的教學(xué)思路遵循“研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序”的有關(guān)要求，積極地創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的問題意識，同時靈活運(yùn)用生成性資源開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動，努力使實(shí)驗(yàn)探究成為培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識的大舞臺。［3］

二、基于“動態(tài)生成”的教學(xué)實(shí)施過程

環(huán)節(jié)1：實(shí)驗(yàn)對比銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)

［教師］根據(jù)“價-類二維”思想判斷，硝酸應(yīng)該與硫酸一樣，濃、稀硝酸性質(zhì)有差異。事實(shí)具體如何？

【實(shí)驗(yàn)探究】銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的比較。

［教師］從實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象和理論分析，兩個實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體分別是什么？可得出什么結(jié)論？

［學(xué)生A］銅與濃硝酸反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮，與稀硝酸反應(yīng)生成無色的一氧化氮，在試管口遇到氧氣又變成紅棕色的二氧化氮。因此，硝酸與硫酸的性質(zhì)有不同之處：濃、稀硝酸均會與銅反應(yīng)，且都體現(xiàn)硝酸中+5 價氮元素的氧化性。

［教師］銅有什么變化？變成了什么？

［學(xué)生A］從銅溶解的現(xiàn)象及氧化還原反應(yīng)的原理分析，銅溶解生成了硝酸銅。

［教師］請寫出銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。

設(shè)計意圖：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比，旨在引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析兩個反應(yīng)的特點(diǎn)，自主得出濃、稀硝酸性質(zhì)的共性和差異，書寫有關(guān)的化學(xué)方程式。更重要的是通過實(shí)驗(yàn)對比，激發(fā)學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)“意外”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，形成思維沖突，產(chǎn)生課堂生成性資源。

環(huán)節(jié)2：發(fā)現(xiàn)“意外”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究

［學(xué)生B］從銅被氧化溶解的角度分析，應(yīng)該是生成了硝酸銅。銅離子的溶液是藍(lán)色的，如果兩個實(shí)驗(yàn)均生成硝酸銅，溶液應(yīng)該都是藍(lán)色的。但為什么銅與濃硝酸反應(yīng)后溶液呈綠色，而與稀硝酸反應(yīng)后溶液卻呈藍(lán)色？

［教師］示意大家發(fā)表意見。

［學(xué)生C］兩個實(shí)驗(yàn)的劇烈程度相差很大，我認(rèn)為銅與濃硝酸反應(yīng)劇烈，短時間內(nèi)生成的硝酸銅多，導(dǎo)致硝酸銅濃度大而呈綠色。

［教師］有什么證據(jù)可以支持你的觀點(diǎn)？

［學(xué)生C］將銅與濃硝酸反應(yīng)后的綠色溶液加水稀釋，如果變藍(lán)色，可以證明。

【實(shí)驗(yàn)探究】將綠色溶液1：1、1：2 稀釋。現(xiàn)象：綠色稍變淺，但并未變藍(lán)。

［教師］實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明C 同學(xué)的觀點(diǎn)么？

［學(xué)生D］不能。即使綠色溶液加水變藍(lán)，也不能說明C 同學(xué)的說法正確。因?yàn)樵摼G色溶液的成分可能不止硝酸銅，很有可能還有濃硝酸剩余，而濃硝酸見光易分解，分解產(chǎn)生的二氧化氮溶解在硝酸中導(dǎo)致久置的濃硝酸顯黃色，藍(lán)色與黃色的混合色就是綠色。加水稀釋，水會把其中可能含有的二氧化氮反應(yīng)掉，導(dǎo)致黃色消失而使溶液變藍(lán)。

［教師］D 同學(xué)表達(dá)了三層意思，一是溶液中可能還有硝酸剩余，二是溶液呈綠色的原因跟“二氧化氮溶解于硝酸變黃色”有關(guān)，三是加水稀釋會消耗溶液中可能存在的二氧化氮。為了證明D 同學(xué)的說法，需要先解決一個什么問題？

［學(xué)生E］把多余的硝酸除去。

［教師］怎樣除去呢？

［學(xué)生E］可以在綠色溶液中加入足量氧化銅粉末來消耗硝酸。

［教師］為什么不選擇繼續(xù)加入銅？

［學(xué)生E］銅與硝酸反應(yīng)會繼續(xù)產(chǎn)生氣體，對后續(xù)實(shí)驗(yàn)無益，而氧化銅與硝酸反應(yīng)只生成硝酸銅。

【實(shí)驗(yàn)探究】在銅與濃硝酸反應(yīng)后的綠色溶液中加入足量氧化銅粉末，充分振蕩，靜置。

現(xiàn)象：氧化銅未完全溶解，溶液明顯變藍(lán)色。

［教師］這說明了什么？

［學(xué)生F］充分反應(yīng)后氧化銅有減少但未完全溶解，可以認(rèn)為硝酸已完全反應(yīng)，此時溶液中硝酸銅的濃度更大了。如果C 同學(xué)是對的，溶液對應(yīng)顏色該是“綠色更深”才對，不應(yīng)該顯藍(lán)色。所以，溶液呈綠色不是因?yàn)橄跛徙~濃度大而是因?yàn)槎趸娜芙馑隆?/p>

【實(shí)驗(yàn)探究】展示事先用過量氧化銅與濃硝酸反應(yīng)制得的硝酸銅飽和溶液。現(xiàn)象：深藍(lán)色。將硝酸銅飽和溶液1：1、1：2 稀釋。現(xiàn)象：溶液藍(lán)色略變淺。

［教師］這說明了什么？

［學(xué)生］銅與濃硝酸反應(yīng)后溶液呈綠色跟硝酸銅的濃度無關(guān)。

［教師］有什么辦法可證明溶液呈綠色是二氧化氮的溶解所致呢？

［學(xué)生F］可以用加熱的辦法把綠色溶液中的二氧化氮“蒸”出來，看看溶液是否變藍(lán)。

【實(shí)驗(yàn)探究】取綠色溶液少量于試管中，試管口套上氣球，加熱。現(xiàn)象：溶液變?yōu)樗{(lán)色。

［教師］可得出什么結(jié)論？

［學(xué)生］溶液呈綠色確實(shí)跟二氧化氮的溶解有關(guān)。

［教師］除了用加熱法，還有沒有別的方法可將溶液中的二氧化氮“趕”出來？請大家課后積極思考后形成方案，由研究性學(xué)習(xí)小組到實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。

［學(xué)生G］D 同學(xué)認(rèn)為溶液呈綠色是因?yàn)槎趸芙庠谙跛嶂酗@黃色，黃色跟銅離子溶液的藍(lán)色混合而顯綠色。這種解釋看似有道理，但缺乏實(shí)驗(yàn)事實(shí)的支撐。因?yàn)榫G色是二氧化氮的溶解所致，但不一定僅是溶解在硝酸中，只能說是溶解在反應(yīng)體系中。

［教師］為什么有這種想法？又怎么證明呢？

［學(xué)生G］因?yàn)榉磻?yīng)體系中除了多余的硝酸，還有生成的硝酸銅，有沒有可能是二氧化氮溶解在硝酸銅溶液中導(dǎo)致溶液呈綠色呢？可以將銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化氮通入裝有濃硝酸的試管中，先觀察濃硝酸是否變黃色，再將所得的黃色溶液與硝酸銅溶液混合，觀察溶液是否變綠。

【實(shí)驗(yàn)探究】①二氧化氮?dú)怏w通入濃硝酸中。現(xiàn)象：溶液明顯變黃色。②將剛剛已1：1 稀釋后的飽和硝酸銅溶液與黃色硝酸氨1：1 混合。現(xiàn)象：溶液的藍(lán)色略有變綠。

［學(xué)生］可能黃色溶液太少，所以顏色不夠綠。

【實(shí)驗(yàn)探究】向剩余的黃色硝酸溶液中滴入少量1：1 稀釋后的飽和硝酸銅溶液。現(xiàn)象：溶液有較明顯的綠色，但遠(yuǎn)沒有銅與濃硝酸反應(yīng)后溶液的綠色深。

［學(xué)生H］從實(shí)驗(yàn)看，很明顯說明不能判定綠色完全是由于二氧化氮溶解于硝酸所致。還有必要進(jìn)一步探究，綠色是否還跟硝酸銅有關(guān)。可以將二氧化氮?dú)怏w通入飽和硝酸銅溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【實(shí)驗(yàn)探究】按H 同學(xué)的方案演示。現(xiàn)象：溶液迅速變綠。

設(shè)計意圖：新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)基于真實(shí)問題的情境創(chuàng)設(shè)及實(shí)驗(yàn)探究活動，因此學(xué)生如果對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出疑問將是難得的、有價值的課堂動態(tài)生成。此時積極引導(dǎo)學(xué)生通過預(yù)測、分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等程序主動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，適時給予學(xué)生自我發(fā)揮的機(jī)會，滿足了學(xué)生的探究欲望，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性，可以充分體現(xiàn)以學(xué)生發(fā)展為本的理念。［4］

環(huán)節(jié)3：得出初步結(jié)論，總結(jié)生成性研究

［教師］實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了什么？

［學(xué)生］銅與濃硝酸反應(yīng)后溶液呈綠色，與紅棕色的二氧化氮溶解在反應(yīng)體系中有關(guān)，且應(yīng)該同時跟溶液中的硝酸銅和硝酸有關(guān)。

［教師］從理論分析、預(yù)測和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證看出，銅與濃硝酸反應(yīng)后溶液呈綠色，實(shí)際情況是比較復(fù)雜的，初步可以斷定既跟二氧化氮溶于硝酸有關(guān)，又跟二氧化氮溶于硝酸銅溶液有關(guān)。但更深層的原因，還有待進(jìn)一步探究。各位如有興趣，課后可以組織研究性學(xué)習(xí)小組，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)研究。

設(shè)計意圖：課堂動態(tài)生成問題的研究強(qiáng)調(diào)的是激發(fā)產(chǎn)生動態(tài)生成性問題的主動意識，獲得動態(tài)生成性問題的探究過程體驗(yàn)，增強(qiáng)主動探究、自主學(xué)習(xí)的本領(lǐng)和意識，而動態(tài)生成性問題的探究結(jié)果則不是第一追求。課堂動態(tài)生成性問題的研究還應(yīng)兼顧課堂教學(xué)時間及教學(xué)目標(biāo)，教師應(yīng)適時總結(jié)并結(jié)束生成性資源的研究，回歸課堂教學(xué)的大主題。同時，為了激發(fā)學(xué)生的研究熱情，可以鼓勵有興趣或?qū)W有余力的學(xué)生課后積極參與進(jìn)一步的研究。

三、教學(xué)啟示

（一）收獲一堂有“生命”的教學(xué)和一次有價值的研究

從課例的實(shí)際教學(xué)效果看，通過動態(tài)生成引發(fā)的探究式教學(xué)，學(xué)生反響熱烈，教學(xué)目標(biāo)達(dá)成及時，教學(xué)實(shí)際效果甚佳。課后，部分學(xué)生又提交了一些更深入的研究方案，研究性學(xué)習(xí)小組結(jié)合資料查閱對所有方案進(jìn)行了整合、優(yōu)化，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展進(jìn)一步的研究，并得出了研究結(jié)論。銅與濃硝酸反應(yīng)后溶液呈綠色的原因同時有兩個：一是反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化氮溶解在未反應(yīng)完的硝酸中呈黃色，與藍(lán)色的水合銅離子溶液混合而呈綠色；二是反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化氮溶解在溶液中與銅離子結(jié)合形成黃色的配合物，與藍(lán)色的水合銅離子溶液混合而呈綠色。［5］進(jìn)一步查閱資料，得知銅離子與含O、N 或S、N 給體可形成配合物，［6］但硝酸與金屬反應(yīng)的機(jī)理直到現(xiàn)在還不夠清楚，因此，在現(xiàn)有中學(xué)實(shí)驗(yàn)條件和學(xué)生現(xiàn)有知識水平條件下要找出該問題最具體的深層次的原因還很困難，有待今后進(jìn)一步研究。但是，從培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)方面看，本次基于動態(tài)生成性問題的研究仍是一次極具價值的研究過程。

（二）新課標(biāo)、新教材、新高考的背景下，教師對動態(tài)生成教學(xué)要有新的認(rèn)識

預(yù)設(shè)與生成是課堂的兩翼，缺一不可。預(yù)設(shè)能讓教學(xué)按既定計劃引導(dǎo)學(xué)生獲取知識，強(qiáng)調(diào)知識學(xué)習(xí)的邏輯和效率，因此預(yù)設(shè)需要精準(zhǔn)。本課例如果沒有精準(zhǔn)的預(yù)設(shè)（比如沒有為可能的動態(tài)生成準(zhǔn)備必要的實(shí)驗(yàn)儀器與藥品），則根本無法對課堂出現(xiàn)的動態(tài)生成進(jìn)行及時有效的引導(dǎo)和探究。而生成則更加凸顯知識的教學(xué)價值，更加注重學(xué)習(xí)的過程體驗(yàn)和觀念形成，課堂的精彩需要精準(zhǔn)的預(yù)設(shè)，更需要靈動的生成。注重動態(tài)生成的課堂由于糾正了過分強(qiáng)調(diào)程序化、過分追求目標(biāo)達(dá)成和結(jié)果完美的缺點(diǎn)，鼓勵教師靈活地捕捉生成性資源，富有創(chuàng)造性地開展教學(xué)，因而教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用得到了充分的發(fā)揮，學(xué)生的積極性、主動性得到了充分的調(diào)動，學(xué)生多方面的能力得到了有效的培養(yǎng)。同時，教師專業(yè)發(fā)展也有了重要支撐。總之，面對新課標(biāo)、新教材、新高考，教師應(yīng)重新審視動態(tài)生成性教學(xué)。