基于化学学科核心素养的“构、类、价”三维认知模型探究教学模式研究

江伟

摘 要：文章从原子结构、物质类别、元素价态三个角度分析氨气的化学性质，通过情境设计、问题引导、任务驱动，逐步引导学生建构元素化合物知识“构、类、价”三维认知模型，培养学生的化学学科核心素养。

关键词：氨气;化学学科核心素养;探究教学

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：2095-624X（2020）37-0080-03

一.课程标准、教材以及学情分析

1.教材分析

《氮及其化合物》在新人教版教材中位于必修二第五章第二节，在高一上学期必修一的学习过程中，学生已知道物质分类、离子反应、氧化还原反应等相关化学基本原理知识;对钠、氯、铁等元素及其化合物的性质有了一定的了解，对元素化合物的内容及其学习方法有了一定的认识;又学习了《物质结构  元素周期律》的内容，理解到结构对性质的决定作用。这些知识为本节内容学习打下了基础，本节以氮的化合物为依据再次认识物质的分类、氧化还原的知识，并深刻认识到化学对创造更多物质、精神财富，满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献，为高二选修化学反应原理中化学平衡、电解质溶液等相关内容问题作铺垫。

笔者先从N元素在周期表位置以及N原子、N2分子结构入手，引入氮的固定和氮循环，介绍合成氨技术对人类的巨大贡献;接着分析氮氧化物、氨、铵盐和硝酸等一系列氮的化合物的性质，理解物质类别及相互转化关系;最后以硫、氮化合物转化视角分析酸雨的成因和防治，关注社会环境保护、可持续发展等热点问题。本课时为本节第1课时，依据新人教版教材，结合新苏教版、新鲁科版教材的特点，做了综合处理。我们先分析合成氨的贡献、氮的循环和固氮方法，培养学生探索未知、崇尚真理的意识，认识化学对人类的重大贡献;然后引导学生从原子结构、物质分类、元素价态的角度预测物质的性质及转化，使学生理解化学反应的规律。同时，笔者利用实验探究验证氨气的物理、化学性质及实验室制法，培养学生运用实验方法进行探究分析，基于实验证据对物质性质、变化进行推理分析，能多角度、动态地分析化学反应并运用原理解决实际问题的能力;最后将本节课知识进行归纳整理。

2.课标分析

2017年版课标中明确了本节的内容要求，强调了在教学中应以真实情境为引导，结合实例、实验探究去了解氮及其化合物的性质和转化关系，并认识其在生产、生活中的应用以及在社会进步、发展中的重要价值;要求学生依据类别、价态能列举、描述、辨识典型物质的物理、化学性质，设计实验进行验证、分析、解释实验现象，关注相关社会热点问题并依据所学知识及证据参与讨论。2020年修订未改动此部分内容。

3.学情分析

学生通过高一上学期的学习已经能初步从物质分类、离子反应、氧化还原反应等角度分析钠、氯、铁等元素及其化合物的性质，并能从原子、分子微观结构的角度思考元素宏观性质的变化规律，但对于相关理论知识理解还比较浅显，缺乏实际物质应用和深入问题分析。“氮及其化合物”内容帮助学生进一步归纳、整理、理解、掌握学习元素化合物知识的一般方法，引导学生逐步熟练地从微观结构、物质类别、元素价态几个角度，依据复分解反应和氧化还原反应的原理预测物质性质，说明物质转化，并进行实验验证。

二.教学目标

（1）通过氮的循环、氮的固定和合成氨技术的发展，学生认识化学对创造更多物质财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献。

（2）实验探究氨气的物理、化学性质，培养学生探索未知的意识，并能依据实验现象进行证据推理，揭示现象的本质和规律。

（3）从原子结构、物质类别、元素价态三个角度分析氨气的化学性质和制法，培养学生的平衡思想，构建元素化合物学习的三维认知模型，并运用此模型理解元素化合物转化规律。

三.教学重难点

1.重点

氮的固定、合成氨、氨气性质、氨气实验室制法。

2.难点

氨气性质、NH4+的检验、氨气实验室制法（见图1）。

四.教学思维导图

五.教学过程

教学环节一：氮循环、氮固定、合成氨

【情境一】

1918年，哈伯发明用N2和H2合成氨的技术，获诺贝尔化学奖。

1931年，博施研制高温下的耐高压合成塔装置，实现合成氨工业化，获诺贝尔化学奖。

2007年，埃特尔发现合成氨的催化机理，获诺贝尔化学奖。

【问题一】为什么合成氨的研究能获得这么多次诺贝尔奖？

[学生回答]合成氨技术的发展为人类制造氮肥，解决了粮食问题。

合成氨工業技术要求比较高，合成比较困难。

【任务一】根据资料，写出合成氨的化学反应方程式。

[学生活动]依据情境信息，写方程式。N2+3H2                       2NH3

[教师引导]植物生长及蛋白质合成过程中的重要元素之一——氮元素在自然界循环过程中将游离态N2转化为氮的化合物的过程叫作氮的固氮，也叫固氮。

介绍南化集团。

【教学评价一】依据新课标中高中化学学业质量水平1-4（能将化学知识与生产、生活实际结合，能主动关心并参与有关的社会性议题的讨论，赞赏化学对人类生活和生产所做的贡献;认识化学科学对社会可持续发展的贡献），培养学生探索未知、关注化学热点问题的意识，认识化学对创造更多物质财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献。

教学环节二：氨气的物理、化学性质

【情境二】（见图2）

【问题二】NH3有什么性质呢？

【任务二】探究NH3的物理性质。

[学生活动]一名学生上台，预测要探究的物理性质，进行实验验证。

颜色：无色  状态：气体  气味：有刺激性气味

密度：比空气小（由相对分子质量推测。向下排气法收集气体。）

沸点：-33.5℃（查找数据。易液化，做制冷剂）

水溶性：极易溶于水（如何验证？）

[学生活动]分组进行喷泉实验（见图3），观察现象，讨论下列问题。

（1）有何实验现象？说明NH3具有什么性质？

（2）产生喷泉的原因是什么？

（3）若实验失败，可能的原因有哪一些？

（4）氨水中存在哪些微粒？

[学生回答] （1）针筒中水进入大试管，形成红色喷泉。说明氨气极易溶于水，水溶液呈碱性。

（2）大试管中氨气极易溶于水，使大试管中压强迅速降低，大气压将针筒中水压入大试管。

（3）可能装置气密性不好，可能收集氨气的大试管不干燥，可能氨气收集不多……

（2）碱的四点通性

a.使指示剂变色：湿润的红色石蕊试纸变蓝

b.与酸：

【教学评价二】依据新课标中高中化学学业质量水平2-1（能从不同视角对典型物质及其主要变化进行分类）、2-2（能设计物质转化的方案，能运用化学符号表征物质的转化，能说明化学变化的本质特征和变化规律）、2-3（能通过实验探究物质的性质和变化规律，根据已有的经验和资料做出预测和假设，能收集和表述实验证据，基于实验事实得出结论），培养学生科学探究精神。学生能依据原子结构、物质分类、元素价态预测物质性质，设计探究方案，通过实验证据分析认识物质性质特征，构建元素化合物知识体系。

教学环节三：氨气的实验室制法、铵根离子检验

【情境三】NH3+H2O           NH3·H2O           NH4++OH-

NH3·H2O      NH3↑+H2O

【问题三】实验室如何制NH3？

【任务四】探究NH3的实验室制法（见图4）。

[学生分析]思路：NH4++OH-      NH3↑ +H2O

[教师提问]在溶液中发生这反应，适用于制NH3吗？

[学生回答]氨气极易溶于水，不适合在溶液中制备氨气。

[教师引导]检验NH4+：取少量样品于试管中，加NaOH溶液，加热，若有使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体生成，则有NH4+。

[教师提问]所有的铵盐和碱都适用于制NH3吗？

NH3的实验室制法。

原理：2NH4Cl+Ca（OH）2      CaCl2+2NH3↑+2H2O

发生：固体加热型（类似氧气的制备装置，试管口略向下倾斜）

除水：碱石灰

收集：向下排气法（收集试管口塞一团棉花，用于减少空气对流，防止NH3溢出）

【教学评价三】依据新课标中高中化学学业质量水平2-2（能设计物质转化的方案，能运用化学符号表征物质的转化，能说明化学变化的本质特征和变化规律）、2-3（能根据已有的经验和资料做出预测和假设，能设计简单实验方案，能运用适当的方法控制反应条件并顺利完成实验），引导学生从物质类别角度动态地分析化学变化，培养平衡思想，提升思考、设计并优化实验方案能力。

【小结】

（1）氮循环、固氮

（2）（见图5）

六.教学反思

学生进入高中已近一年，已学习了一部分的元素化合物和元素周期律知识，能初步认识结构决定物质的性质，具有一定的从原子结构、物质分类、元素价态等多角度分析、理解物质性质及转化关系的能力，本节课进一步引导学生通过N2、NH3、NH4+等物质转化实例，建构元素化合物“构、类、价”三维认知模型，并运用此模型解决问题。

1.注重“主题情境化”“任务真实化”

本节课教学依据教学目标创设了合成氨技术发展、氨气性质探究、NH3与水的可逆反应等一系列主题情境，包括情境生成合成氨获诺贝尔奖原因、氨气性质、实验室如何制氨气等真实问题，包括真实问题组织固氮途径及合成氨方程式分析、氨气物理及化学性质、氨气实验室制法等真实任务。这些真实情境设计、问题探究、任务引导学生去查阅资料、设计探究实验、讨论交流，并在这一过程中体会化学科学的社会价值，并对化学有关社会热点问题做出正确价值判断，增强学好化学造福人类的信念。

2.注重“认知结构化”“课堂素养化”

依据真实任务设计学生活动是实现认知体系结构化的重要过程，是达成课堂素养化的重要步骤。本节课的教学过程中，设计了小组讨论、自主学习、实验探究等一系列学生活动形式，将氮循环和固氮、工业合成氨、NH3物理和化学性质、NH4+检验、NH3实验室制法等内容有机地整合起来，变零散为完整、变无序为有序、变死记为迁移，充分调动了学生的学习积极性。一个个问题、任务逐层引导培养学生发现问题、探究问题、解决问题的能力，发挥了通过任务导学达成认知结构化，增强学生社会责任感，提升学生核心素养的功能。

3.注重“内容可视化”“学评一体化”

化学日常学习评价功能不能游离于化学教、学之外，应与化学教、学活动有机整合在一起。教学过程应紧紧围绕发展学生化学学科核心素养这一主旨，注重PPT内容设计可视化，突出重点，将本课时内容完整呈现。本节课引导学生分析氨气在工、农业生产中的价值所在，教学目标与评价目标、学习任务与评价任务、学习方式与评价方式的进行整体性、一致性设计，借助学生在实验探究、小组讨论等活动中的表现，运用提问、点评等方式对学生进行适时指导，有利于改变学生的学习方式，变“被動学习”为“主动学习”，使学生学会合作学习，学会探究和创新。学案中知识反馈、能力提升等相应练习紧扣小高考、高考的学业水平质量标准，便于教师对学生本节知识的学习质量和化学学科核心素养的发展水平予以准确把握，并给出进一步的深化建议，充分发挥了化学日常学习评价的诊断和发展功能，促进学生核心素养的全面发展。

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[3]经志俊. 探索单元教学设计  优化课堂教学模[J].江苏教育，2019（19）：15-18.

[4]经志俊.基于教学内容结构化的教学主张.化学教学，2019（10）：28-32.

[5]项  云.基于化学核心素养的探究性教学研究——以“氨气性质”的教学为例[J].化学教与学，2018（1）：29-31.

课题项目：江苏省第十三期教学研究重点课题“基于高中化学学业质量标准的教学与评价研究”;江苏省教育科学“十三五”规划课题“基于学业质量标准的高中化学核心素养评价指标体系研究”。

作者简介：江  伟（1976— ），男，江苏南京人，中学高级教师，本科，化学教研组长，研究方向：中学化学教学。