基于“宏觀辨識與微觀探析”的元素化學教學

胡盈盈

【摘要】以氨和銨鹽的教學為例，探討元素化學教學中培育“宏觀辨識和微觀探析”的教學實踐;通過內(nèi)容設(shè)計上體現(xiàn)：元素組成，微粒種類，實驗探究，性質(zhì)變化，用途。學科觀念上體現(xiàn)：元素觀，微粒觀，實驗觀，轉(zhuǎn)化觀，學科價值觀。嘗試建立起“宏觀辨識和微觀探析”的教學流程。

【關(guān)鍵詞】宏觀辨識;微觀探析;教學設(shè)計;氨和銨鹽;核心素養(yǎng)

高中化學學科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、實驗探究與創(chuàng)新意識、科學精神與社會責任”共五項素養(yǎng)[1]。但化學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要貫穿在整個高中的學習中。元素化合物的教學是高中化學教學的一大重點，也是最能滲透化學核心素養(yǎng)教學的一塊內(nèi)容。

一、教學目標定位

氨和銨鹽是新版人教版必修2第五章第二節(jié)的內(nèi)容，在進行氨和銨鹽的學習之前，學生已經(jīng)學習了氯、硫等典型非金屬的性質(zhì)，也基本具備了微粒觀念;也學習的氮的氧化物的性質(zhì)，對于氮元素的常見的化合價也有了一定的認知水平;然而受限于學科知識和學習經(jīng)驗，學生對氨的認知不足[2]，所以本節(jié)課作為面對高一學生的新授課，在學生已有的知識基礎(chǔ)上，進一步探討氨的性質(zhì)及用途，形成氨的知識網(wǎng)絡(luò)，從氨氣到銨鹽，從銨鹽到新型氮肥，實現(xiàn)學科教學與人文教學的融合，發(fā)展學生的化學核心素養(yǎng)，提升學科能力。

二、教學過程和意圖

環(huán)節(jié)一：科學史話——氮肥的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用

在平時生活中，熟人遇見都很習慣問一句：“吃飯了嗎？”俗話說：“人是鐵，飯是鋼，一頓不吃餓得慌?！泵罪垇碓从谒荆岬剿?，大家肯定會想起一個科學家：袁隆平，雜交水稻之父。但是今天我要給大家介紹的是在化學中的明星元素：氮。

【圖片展示】兩盆水稻（一盆正常;一盆缺氮）

【教師提問】植物缺氮會造成植株瘦弱，葉片發(fā)黃，水稻缺氮就會造成產(chǎn)量降低。但是空氣中有71%N2，為什么水稻會缺氮嗎？

【學生回答】N2不能被植物吸收，植物能吸收的是化合態(tài)的氮元素

【教師補充】由于氮分子內(nèi)兩個氮原子間以共價三鍵（N≡N）結(jié)合，斷開該化學鍵需要較多的能量，所以氮氣的化學性質(zhì)很穩(wěn)定，通常情況下難以與其他物質(zhì)發(fā)生化學，無法被大多數(shù)生物體直接吸收。

【教師講解】將大氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過程叫做固氮。

【教師提問】請同學來講講你知道的固氮的形式。

【學生回答】自然固氮：豆科植物的根瘤菌;閃電釋放放熱能量將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為含氮的化合物。

【教師講解】但這兩種固氮形式的固氮能力十分有限，遠遠不夠植物生長需求，那大家覺得要想什么辦法呢？

【學生回答】人工合成

【教師夸獎】非常好，大家和科學家們想的一樣，都有成為科學家的潛質(zhì)。

【科學史話】由于氮氣的化學性質(zhì)很不活潑，以氮氣和氫氣為原料合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)曾是一個較難的課題。1909年，德國化學家哈伯經(jīng)過反復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)合成氨的催化劑和條件，使其具備了工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。德國工程師博施則將哈伯合成氨的實驗室方法轉(zhuǎn)化為規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)。哈伯和博施都因此獲得了諾貝爾化學獎。這個反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用非常的偉大，也有很多科學家稱這個反應(yīng)為“將空氣轉(zhuǎn)化為面包”。2008年中國最高科學獎獲得者徐光憲說：“如果沒有哈伯在1909年發(fā)明的用鋨作催化劑的高壓合成氨技術(shù)，世界糧食至少要減半，60億人口有30億要餓死?！?/p>

【合理過渡】今天這節(jié)課我們學習的主角就是哈伯合成氨的產(chǎn)物：NH3。

設(shè)計意圖：課堂教學中，學生產(chǎn)生認知沖突是很好的教學契機，這種認知沖突能使學生產(chǎn)生迫于需要探索問題的內(nèi)在需求，能將學生迅速帶入本課的研究情景。通過科學史的介紹學習，有利于提升學生的人文素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)二：宏觀辨識——氨氣水溶性的研究

【教師演示】展示一瓶氨氣

【學生展示并回答】請同學上來觀察氨氣的顏色和狀態(tài)，扇聞氨氣的氣味。

氨氣是無色、有刺激性氣味的氣體，密度比空氣的小。

【教師補充】氨氣在常溫下加壓條件下很容易液化，液化時放熱。得到液氨（純凈物），液氨汽化時要吸收大量的熱，使周圍溫度急劇降低，因此，液氨可用作制冷劑。

【教師提問】為什么氨氣在常溫下加壓易液化？

【教師補充】將氣體液化常有兩種方法，一種是降溫，將溫度降到沸點以下，氣體可以變成液體。一種是加壓。例如氧氣，常壓下，將溫度降低至零下183℃以下，氧氣能變成液氧，但是氧氣在常溫下加多大壓力都不能變成液氧。而氨氣，常壓下，溫度降低至零下33.35℃，即可變成液氨，或者常溫下，加壓即可液化。

【教師進一步細化問題】為什么氨氣的沸點比氧氣等一些普通的氣體要高呢？

【學生回答】結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)

【教師夸獎并繼續(xù)提問】很好，這個思想是化學中非常重要的理念。那請同學寫出氨氣的電子式和結(jié)構(gòu)式。

【學生書寫并回答】氨氣中存在氫鍵，氫鍵會導致氨氣的熔沸點異常高，所以氨氣比氧氣等一些普通氣體更易液化。

【教師進一步提問】氫鍵還會影響其他什么物理性質(zhì)？

【學生回答】水里的溶解度，我猜氨氣在水中溶解度很大。

【教師進一步描述現(xiàn)象】滴水之恩，當涌泉相報

【教師提問】為什么會形成噴泉？

【學生回答】NH3被水溶解了，圓底燒瓶的氣壓降低，在大氣壓的作用下，水被壓上去形成噴泉。

【教師進一步提問】說明了氨氣有什么性質(zhì)？

【學生回答】只是滴入了幾滴水，就溶解了很多NH3，說明NH3的水溶性極好。

【教師補充】NH3極易溶于水，在常溫常壓下，1體積的水可以溶解700體積的NH3。

【問題升華】NH3有毒，我們平時做實驗的時候NH3的尾氣怎么處理？用什么試劑來吸收NH3尾氣？有什么注意事項？

【學生回答】用水吸收尾氣，要注意防倒吸。

設(shè)計意圖：化學實驗?zāi)茏寣W生直觀的感受到化學的魅力，通過噴泉實驗的現(xiàn)象分析，問題挖掘，幫助學生對噴泉實驗這個模型的認知;通過氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響，促進學生宏觀辨識和微觀辨析的核心素養(yǎng)的發(fā)展。

核心素養(yǎng)在教學中的體現(xiàn)任重道遠，需要不斷去探討研究，希望自己在今后教學中能更多的滲透化學核心素養(yǎng)，幫助學生構(gòu)建學科基本觀念，形成屬于自己的學科思維和方法。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]杜博.基于“證據(jù)推理和模型認知”的元素化學教學[J].化學教與學，2020，（10）：77-80