生命教育視域下情境化教學的實踐探索

［摘 要］文章以“氮的固定”教學為例，以落實知識目標及核心素養為導向，嘗試在教學中將真實情境與生命教育相結合，引導學生從真實情境出發初識氮的循環，并在“初識—了解—建構—應用”的過程中逐步提升認知水平，落實生命教育；同時通過建構含氮物質的“價-類”二維圖，學會從物質類別及物質所含元素的化合價兩個角度認識氮及其化合物的性質。

［關鍵詞］生命教育；情境化教學；氮的固定；氮循環

［中圖分類號］ G633.8 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-6058（2024）26-0060-04

習近平在2018年的全國教育大會上強調“要樹立健康第一的教育理念”，并在黨的二十大報告中提出“人民至上、生命至上”的重要理念。十三屆全國人大四次會議上，教育部提出要高度重視中小學生“生命教育”工作，把廣大學生的生命安全放在首要位置。化學，作為一門與人類社會進步、生活質量提升及人與自然和諧相處密切相關的學科，其教學不僅僅是傳授知識與技能，更要幫助學生形成正確的世界觀、價值觀，發揮化學學科的育人功能和價值，強化學生的生命意識。筆者嘗試以蘇教版高中化學必修二專題7第一單元“氮的固定”為例，探索如何在化學教學中融入生命意識教育。

一、教學現狀分析

基于課程標準及教材內容的編排，教師在教學“氮的固定”時往往按照“結構—性質—用途”的教學思路開展教學，或者以情境“雷雨發莊稼”引入新課，講解雷雨發莊稼過程中含氮物質之間的轉化，進而過渡到人工固氮的講解，包括其原理、化肥對人類社會發展的貢獻以及對生態環境的影響，落實“社會責任”素養的培養。而對于“氮的循環”，因教材中以“跨學科鏈接”的形式出現在章節的末尾，教師往往只是簡單講解或布置學生自行閱讀了解。上述教學模式未能充分挖掘氮與可持續發展的關系，未能引導學生樹立化學與環境、社會發展的意識，弱化了學科的生命教育功能。

二、教學設計思路

針對以上問題，筆者對生命教育視域下的情境化教學進行深入探究，并設計了“氮的固定”教學思路（如圖1）。

三、教學目標

1.了解自然界中的氮循環，認識氮循環過程中含有氮元素的物質之間的轉化，感悟化學對于社會、生活、生命的價值。

2.認識氮的固定，能列舉自然固氮及人工固氮的過程，了解人工固氮對社會發展的重要意義及含氮物質過量排放對環境帶來的危害，感受化學與自然的關系，樹立可持續發展觀。

3.認識氮及其化合物的性質，并建構“價-類”二維圖；關注社會熱點問題，并用所學知識辯證、理性地判斷、解決問題。

四、教學過程

環節一：引入新課，初識循環

【圖片展示】氮的作用圖片。

【講解】氮是地球上生命體的必需元素，它是蛋白質分子、核酸和生物體內各種酶的重要組成部分。植物的生長更是離不開氮，氮被用于制造葉綠素分子，缺少氮元素的植物會枯萎死亡。充足的氮能增強植物的光合作用，促進氨基酸和蛋白質的形成，使植物枝葉茂盛，從而提高農作物的產量并改善其產品質量。

【任務一】查找資料，調查分析人類面臨的有關氮的問題。

【學生】調查目前存在的有關氮的問題，即氮供不應求和供過于求的問題。

【資料展示】

供不應求——展示糧食短缺地區饑餓兒童的照片。新中國剛成立時，糧食的緊缺情況還是非常嚴重的。盡管大氣中氮的含量很高，但這些氮氣不能被生物直接利用。直到二十世紀初，隨著合成氨技術的發展，氮肥得以生產并廣泛應用于農業生產，這才緩解了產量受限問題。而現今非洲部分地區由于經濟落后等原因，仍然存在糧食短缺問題。

供過于求——展示氮污染引起的光化學煙霧及赤潮現象致魚類等水生動物死亡圖片。水體富營養化是造成赤潮現象的主要成因，它降低了水的使用價值，并導致魚類等水生動物死亡。據報道，中國有三分之一的湖泊都出現了藻華，而含有大量有毒藻類的赤潮在東海各個入海口水域四處擴散。汽車尾氣中的氮氧化物排放到空氣中，與臭氧及一些碳氫化合物在紫外線照射下發生化學反應，產生有毒的光化學煙霧，這些煙霧會刺激眼睛、傷害植物。

【歸納】糧食短缺、光化學煙霧、赤潮等問題都是因為氮循環的某一環節失衡造成的。由此可見，自然界中必須保持穩定、平衡的氮循環以確保地球上的生命能夠生生不息、充滿生機。

設計意圖：通過任務一，讓學生親身實踐調查分析社會熱點問題。通過圖片情境和資料展示，引導學生初識氮的循環，進而關注社會，感悟化學能造福社會，人類活動可以影響環境，人與自然應和諧相處。同時，通過展示饑餓兒童的照片，提升學生的幸福感知力，增強他們對現有生活的珍惜，并在此基礎上融入愛國主義教育，充分落實“社會責任”核心素養。

環節二：創設情境，建構含氮物質的循環

【任務二】觀看自然界的氮循環視頻，建立氮循環模型，構建含氮物質的轉化過程。

【視頻】播放自然界的氮循環視頻短片（源自科普中國）。

【學生】基于“價-類”二維圖繪制氮循環的途徑，并分析轉化過程中涉及的反應。

【講解】從短片中可知：

1.在生態系統中，氮單質和含氮化合物之間不斷相互轉化并被循環利用的過程稱為氮的循環。

2.氮在自然界中有多種存在形式。空氣中約70%是氮氣，但氮氣不能被大多數生物直接利用，因此需將其轉化為含氮化合物。這種將空氣中游離態的氮轉化為含氮化合物的過程叫作氮的固定。

【板書】

氮的循環：[氮的固定][氮氣 含氮化合物] （NH3、NH[+4]、NO[-3]）

設計意圖：通過應用信息技術，創設生動有趣的視頻短片情境，讓學生進一步理解氮氣如何參與到自然界的氮循環中，真正了解氮循環中涉及的化學物質及變化，感受化學與自然的關系，同時了解氮循環的重要性，學會尊重自然，重視可持續發展。引導學生將氮循環中涉及的含氮化合物標在“價-類”二維圖中，從化合價（氧化還原反應）、物質類別兩個角度認識元素及其化合物，掌握學習元素及其化合物的方法，學會從復雜的情境中找出關鍵要素建構模型。

【問題1】氮氣轉化為含氮化合物有幾種路徑？

【學生】兩種：自然固氮和人工固氮。

【學生】自然固氮：植物把空氣中的氮氣轉變為化合態的氨；通過閃電、火山爆發等過程產出含氮化合物。人工固氮：通過人工合成的方式制造氨。

【講解】植物通過自然固氮可以從空氣中獲得化合態的氮，但不能滿足許多植物生長的需要。豆科植物根部常附有小根瘤，其中含有固氮菌，能把空氣中的游離氮轉化為化合物形態的氨（或銨態氮肥）作為自身的養分。這種由自然界中微生物種群通過生物化學過程將空氣中的氮氣轉化為含氮化合物的過程稱為生物固氮。目前，科學家正致力于探索豆科植物實現固氮的機理，模擬生物固氮，爭取實現在溫和條件下固定空氣中的氮，以為人類所用。

【視頻】雷雨發莊稼。

【講解】自然界并不是所有種類的植物都可以像豆科植物那樣自行固氮，在人類合成化肥之前，植物的肥料除動物糞便之外，主要“靠天賞飯”。

【問題2】“雷雨發莊稼”“一場雷雨一場肥”等諺語中蘊含哪些化學原理？

【實驗探究】模擬閃電固氮的實驗。

【學生】觀察并記錄實驗現象。

【分析】三頸燒瓶內一開始無明顯現象，后來變為紅棕色，顏色逐漸加深。結合“拓展視野”欄目中的知識，可分析判斷出生成的紅棕色氣體是NO2 。

【演示實驗】“NO與空氣接觸”實驗。

【講解】通過實驗發現NO與空氣接觸立即變為紅棕色，請同學們重新分析氮氣與氧氣發生的化學反應，并在“價-類”二維圖中標出整個過程中含氮物質的變化。

【板書】N2+O2＝2NO 2NO+O2＝2NO2

3NO2+H2O＝2HNO3+NO

【分析】二氧化氮與水反應最終生成硝酸混于雨水中，雨水降落到土壤中又會進一步形成硝酸鹽，其中的硝酸根離子被植物的根系吸收，轉化為植物生長所需的養料，這相當于施用了天然的硝態氮肥，有助于莊稼成長。

設計意圖：通過創設“雷雨發莊稼”的情境，引導學生探究含氮物質之間的轉化，使學生能夠從化學的視角出發，分析并解決生活中的問題，從而提升問題解決能力，體驗解決問題后的成就感；通過引導學生讀取和分析“拓展視野”欄目中的信息，培養學生信息提取和加工的能力；通過“觀察實驗現象—對現象作出合理的解釋—用化學方程式準確表達”這一學習過程，培養學生“科學探究”核心素養。

【資料展示】跌宕起伏的合成氨歷史以及我國合成氨工業的發展。

【問題3】如何看待哈伯發明的合成氨技術？

【學生】哈伯的壯舉讓人類免除了饑荒；合成氨為毀滅性炸藥提供原料……

【講解】合成氨工藝的必要性、技術難題、危險性及合成氨未來的發展。

【小結】通過對以上兩種固氮方式的學習，同學們已經建構出氮及其化合物的“價-類”二維圖（如圖2）。大氣中的氮氣被轉化為銨根或硝酸根離子。大部分植物的根從土壤中吸收銨根離子和硝酸根離子，并經過復雜的生物轉化過程將其合成各種氨基酸，最后轉化為蛋白質等有機氮。動物以植物為食物，從而獲取植物蛋白，并將其轉化為動物蛋白。

設計意圖：通過合成氨發展史實的介紹，讓學生了解合成氨的研究歷程、原理和意義。同時，引導學生體會科學發展的艱辛，領悟科學精神，并贊賞化學對社會發展所作出的貢獻，培養學生從理論、經濟、技術、設備和環境等角度綜合分析問題并解決問題的意識，促進“社會責任”核心素養的有效落實。基于我國合成氨工業的發展，幫助學生了解我國化學工業的發展，感受當今祖國科技發展之迅猛，進一步培養學生的愛國精神。通過哈伯發明合成氨技術的簡單介紹，引導學生學會理性、辯證地看待問題。

環節三：創設情境，建構自然界中的氮循環

【任務三】結合含氮物質的“價-類”二維圖，建構自然界的氮循環。

【圖片展示】氮在自然界中的循環示意圖（如圖3）。

【問題4】結合“價-類”二維圖，指出含氮物質在自然界中所處于的生態圈。

【學生】氮氣通過氮的固定被動植物等吸收。動物的排泄物和尸體殘骸以及植物的腐敗物被微生物分解成含氮化合物，又回到土壤、大氣和水體中，部分被植物再次吸收利用，部分轉化為氮氣，再次回返到大氣中。

設計意圖：通過創設圖片情境，引導學生觀察分析圖片，并結合上一環節中建構的“價-類”二維圖從物質轉化及自然界兩個角度理解“氮循環”；基于氮及其化合物在自然界中的存在形態及其相互轉化，建構“氮元素在自然界中的循環”圖，讓學生了解氮在自然界生態圈中的循環路徑。這一過程將化學物質與自然生態系統有機結合，進一步說明化學在促進人與自然和諧相處方面的重要作用，鼓勵學生從化學的視角關注自然，更加理性地了解自然。

環節四：氮循環的應用

【任務四】假如你是環境科學家，如何解決氮循環失衡引起的環境問題？

【問題5】氮氧化物的排放會破壞生態環境并危害人類健康，你們有哪些合理的解決方案？

【學生】開發新能源；汽車尾氣進行處理后再排放……

【教師】根據氮元素“價-類”二維圖推測汽車尾氣中氮氧化物是如何產生的？如何處理？

【學生】氮氣與氧氣反應后產生氮氧化物。減少汽車尾氣的危害有三種措施：（1）安裝汽車尾氣凈化裝置；（2）將NOx轉化為無污染的氮氣；（3）使用以液化天然氣或高效燃料電池為動力的新型環保汽車。

【教師】硝酸工廠廢氣也是產生氮氧化物的主要源頭，如何處理硝酸工廠中產生的氮氧化物？

【資料展示】硝酸工廠利用SCR脫硝技術、堿液吸收法、物理化學吸附法等方法處理尾氣。

【教師】調查分析赤潮產生的原因，并提出解決方案。

【學生】工業廢水的排放，農藥、化肥殘留物的排放及生活廢水的排放。治理赤潮災害主要采取“預防為主，防治結合”的策略。赤潮治理方法包括物理法、化學法、生物法。

【教師】“綠水青山就是金山銀山”，因此，同學們應當從自身做起，不僅要好好學習科學知識，還要愛護環境。

設計意圖：通過讓學生扮演“環境科學家”角色，引導學生以科學家的態度、化學的視角看待問題，讓學生認識到環境保護和資源合理利用的重要性，強化學生的社會責任意識；讓學生能夠依據科學理性、辯證地看待問題，對解決方案作出正確的評估，鼓勵學生好好學習化學知識，努力為化學的發展作出貢獻。

五、教學啟示

1.充分挖掘教材資源，依托學科特色實施生命教育。例如，可以利用教材中的“科學史話”“拓展視野”“生活向導”“跨學科鏈接”等內容，將其拓展延伸作為情境主線，讓學生置身在科學研究中，親身體驗科學探究過程，增強學習的參與感。

2.聚焦社會熱點，發揮學科價值，深化生命教育。本節課以“當今人類面臨的氮問題”為切入點，構建以環境問題為核心的教學情境，促使學生關注化學與社會、自然之間的關系，首尾呼應，最后用所學知識解決“氮問題”，理解“人地和諧”的重要性，從而自覺愛護環境，維護生態平衡。

3.關注生活實際，利用學科功能落實生命教育。本節課從“雷雨發莊稼”到人工固氮、化肥的生產，在整個固氮線索的指引下，讓學生認識到學習化學知識的重要性，并通過親身實驗，獲取直接經驗，形成技能，獲得成就感，提升解決實際問題的能力。

總之，教師在教學中應重視生命教育，鼓勵學生學以致用，能夠主動運用所學知識和方法解決實際問題，從化學的視角觀察生活，辯證地看待化學與社會、自然的關系。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 韓梅，秦冰.高中化學學科中的社會責任素養內涵及課程內容指向探析 ：以必修課程為例[J].化學教學，2020（2）：9-13.

[2] 丁文.鋪設化學史料，整合教學內容，落實核心素養：以“氮的固定”為例[J].化學教與學，2023（18）：49-54.

[3] 馬少峰，鄭彥鋒，馮新平.實現元素化合物知識結構化的教學實踐與探索：以“氮及其化合物”為例[J].中學化學教學參考，2023（2）：43-47.

（責任編輯 羅 艷）