变更起点 重构思路

摘要：面向几无高中知识基础的高一新生执教一堂课题为“氮肥的生产和使用”的评优课。充分考虑和利用其初中阶段知识作为支撑进行学情分析，重构教学设计，以小组合作的形式开展学习活动，注重过程的体验，价值观的引导，把真实的化学还原给学生，取得了良好的教学效果。
关键词：氮肥;生产;使用;教学设计;初中知识
文章编号：1008-0546（2018）10-0063-05 中圖分类号：G633.8 文献标识码：B
一、背景与教材分析
1.背景
“氮肥的生产和使用”位于江苏教育出版社普通高中课程标准实验教科书《化学1》专题四“硫、氮和可持续发展”第二单元，单元题为“生产生活中的含氮化合物”，“氮肥的生产和使用”是其第二课时内容。通常这部分内容是安排在高一第一学期的最后阶段讲授的，此时学生已具备了一定的高中元素化合物的知识基础。然而，笔者在一次活动中却必须面向高一新生执教这堂课，挑战是显而易见的，必须充分考虑学生的实情，改变以往的教学设计惯性思维。
2.分析课标与教材
《普通高中化学课程标准（实验）》相应部分的要求是“通过实验了解氮等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响”，就本课时而言，“氮等非金属及其重要化合物的主要性质”应主要表现为氨气、铵盐的性质。
由于氮是重要的生命元素，是生命活动的基础，所以这节内容的两个课时都紧密突出了氮对生物体生长尤其是对农作物生长的不可替代作用。如果一分为二地看，氮的许多化合物也是有毒性或副作用的，使用不当可能对环境造成污染、破坏，所以，教材编写和教学设计都应该体现辩证的思想——化肥（氮肥）能促进生产、造福人类，但也可能带来负面影响。当然，就学科教学而言，应更多突出正面的，即主要是要让学生体会化学学科对于生产生活的巨大作用，形成使命感，立志学好化学，用所学知识为人类服务，这才是教育的追求与要义。
二、学情分析
这堂课的起点是初中化学，所以应充分认清基础、找准衔接，让学生不至于感到过于生疏和突兀。经概括，在初中阶段学生巳学过的相关前期知识包括：①化学肥料：知道一些常见的化肥，包括氮肥。初步了解氮元素对植物生长的作用，对于氮的固定有一定的认识。②蛋白质：对于蛋白质、氨基酸中含有氮元素有了初步认识。③化学反应类型：已掌握了常见的一些化学反应类型和代表性的反应，可以通过“已知推导未知”的方法，推断、分析出含氮物质所可能发生的一些化学反应。在学科观念方面，学生也已初步形成了化学学科特有的“元素观、微粒观、转化观、分类观”等，这些都是可利用条件。
三、教学目标定位
鉴于以上，不妨把这节课在起点上适当降低，活动设计贴近学生已有认知水平，注重探究性、启发性，为学生搭建更多更平缓的“阶梯”，帮助他们积极探索、逐级而上，最终达到预期目标，体会学科的价值与成功的快乐。教学目标定位如下：
1.了解常见氮肥的分类，认识氮肥在农业生产的作用，体会化学学科的价值和科学工作者的责任。
2.进行理论分析和实验探究，认识、了解氨气的主要物理性质和化学性质，知道其主要合成与制备方法，体会化学探究的一般思维、方法。
3.在实验探究中发现和总结铵盐的主要性质，感受实验探究的过程，享受发现的快乐。
四、教学准备
以六人为一组进行分组，每组一套实验药品与仪器。课堂采取小组合作学习的方式，以小组为单位展开各项活动，每组提前进行编号。
五、教学过程
【课前情境】
播放幻灯片：自然界的各种植物勃勃生机的图片，最后几张是有关农作物生长、丰收的景象，配以周杰伦的歌曲《稻香》作为背景音乐。
（设计意图：选择富有美感的植物图片，意在为本课内容打下伏笔——如何让植物生长得繁茂、健康？这是一种巧妙的情境创设方式，既没有额外增加学生的负担，又能够在课间营造一个轻松的氛围，为正式上课做好准备。与此同时，周杰伦的歌曲《稻香》也是学生们耳熟能详的，歌的主题也与课题切换得较好，比较积极向上。）
【课堂引入】
教师：我国是农业大国，民以食为天，农民都盼望“种啥啥丰收”。
【环节一】体会科学家的责任
教师：农作物生长需要各种营养元素，如果缺氮会造成植株矮小等问题，影响产量。假使你是科学家，如果发现农作物生长缺氮，你该怎么办？
学生：研制和使用氮肥。
投影：哈伯和袁隆平的照片。介绍他们各自在化学、生物学领域的贡献，强调责任意识、担当意识。
过渡：今天，就让我们身临其境“当”一回科学家，体会科学家的责任，感受科学研究的思路和过程。
（设计意图：引导学生感受科学对于现代农业的价值，了解科学家所作研究的意义，体会科学家的责任，从而立志未来从事科学研究工作并下决心在当下学好化学。）
板书：氮肥的生产和使用
【环节二】感受科学探究的思路
教师：哪些物质可被用作氮肥？
讨论交流：列举一些常见的含氮物质，分析它们是否可用作氮肥。
提问：其中最简单的物质N2可否用作氮肥？
学生：不可以。因为它不溶于水，植物不能吸收。
结论：必须将氮元素转变为化合态，这就是“氮的固定”。
小组活动：对刚才所列含氮化合物按组成特点进行物质分类。
总结：常见氮肥包括铵态氮肥、硝态氮肥和尿素等。
教师：氮肥种类很多，但其中许多都可以由氨气来制备，所以今天要讨论的重点是如何得到氨气。
教师：在初中阶段，我们学习了化学反应的基本类型，它们包括哪些？
学生：化合、分解、置换、复分解。
教师：其中，复分解反应又包括哪些具体形式？
学生：酸+碱→盐+水，酸+盐→新酸+新盐，碱+盐→新碱+新盐，盐+盐→新盐1+新盐2……
小组活动：逐一观察各种反应类型，分析它们是否可能作为制备氨气的反应机理？所需要的反应物分别是什么？
（设计意图：以初中已有化学反应知识为基础，开展探究活动，既是对旧知的复习，又是为突破难点找到了一把有利的钥匙，这种思路符合科学探究的一般思路，可以帮助学生体会科学家的思路。）
【环节三】探寻科学探究的历程
教师：让我们正式踏上科学研究的历程，探寻科学家从事科学研究的足迹。
板书：一、工业合成氨
教师：刚才大家猜想，可以用化合法合成氨气，那么请试着写出其化学方程式。
学生活动：自行推测、书写氮气与氢气反应的化学方程式。
投影：合成氨工广的实际装置图以及合成塔的构造图。
教师：结合图中所给信息，推测反应条件，分析该反应说明了氮气具有怎样的性质。
（设计意图：本节内容从标题来讲都是要突出与工业生产之间的联系，适时展示工业生产的图片是对课的主题的呼应，也是创设情境的必要，带领学生身临其境认识和分析化学问题。）
知识拓展：该反应方程式中使用的符号为可逆符号，此类反应称作可逆反应。所谓可逆反应是指在同一条件下，既能向正反应方向又能同时向逆反应方向进行的化学反应。
共同分析：可逆反应正逆方向反应都不能100%进行，反应物、生成物是同时存在的。
过渡：我们已经可以合成氨，那么氨气具有怎样的性质呢？
（设计意图：可逆反应不是此节知识内容，更不是重点，此处加以介绍是为了帮助学生更好了解氮气与氢气反应的特征，刻意回避反而会给学生带来理解上的障碍，反而显得突兀，无需刻板地对待“超纲”问题，关键在于教师的合理把握。而且，后面的氨气与水的反应还是要涉及可逆反应问题，这是绕不开的。）
板书：二、氨气的性质1.物理性质
展示：一瓶瓶口向下放置的氨气。
学生推测：氨气是无色气体，密度比空气小。
投影：氨气用作空调制冷剂的图片。
学生推测：氨气用作制冷剂的原理。说明氨气易液化。
体验活动：教师提供一瓶氨气和一瓶氨水，分别请学生闻其气味，得出氨气具有刺激性气味以及氨水易挥发的性质。
知识拓展：自然界中氨气可来自蛋白质的分解，厕所里虽能嗅到氨气的气味，但这种气味并不是大家所想象的臭味。其实，适量的氨气还有提神的作用，可在医学上使用。
（设计意图：此处的知识拓展并不会给学生带来太多的负担，反而可以让学生对氨气的气味有更切实、形象的认识，感受生活中的化学，同时也体现了实事求是的态度。在医学上的用途介绍则可以适时展示化学科学的魅力与价值，消除学生对于化学的陌生感、恐惧感。）
教师：既然有氨水这种溶液就说明氨气能溶于水，问题是，氨气在水中的溶解性究竟怎样？
演示实验：（1）锥形瓶内氨气溶于水后形成的气球膨胀实验，（2）氨的喷泉实验。见下图：
学生讨论：讲述实验现象，分析实验原理，得出结论，氨气极易溶于水，猜测喷泉的红色是因为氨水显碱性。
实验探究：在氨水中滴加酚酞观察颜色的变化，在盛有浓氨水的试剂瓶口放一张湿润的红色石蕊试纸，观察实验现象。证明氨水有碱性，氨气是碱性气体。
问题发散：如果原喷泉实验装置的滴管中没有水，是否可以通过其他操作或者适当改变实验装置，完成喷泉实验？
小组合作探究：设计方案，分析原理，推测现象。
重点讨论以下可能方案：
引导提问：在刚才的实验中，大家对氨气或氨水的性质已有了一定的认识，但是对于它们为什么有这样的性质可能还有疑问，问题意识很重要，大家是否有疑问要提出来呢？（以“为什么”的形式提出）
学生：氨气为什么极易溶于水？氨水为什么显碱性？氨水为什么有气味？
（设计意图：问题是科学探究的起点和动力源，要体现学生的主体性，就应该尊重学生的话语权，让他们把心中的疑问说出来，然后在问题的驱动下，逐一地去探究、发现问题的答案。）
教师：氨气极易溶于水是多种因素造成的，其中一种解释的思路是，氨气溶于水也许不仅仅是一个简单的物理过程。对照二氧化碳与水的反应，氨气和水生成了什么？
学生：一水合氨。
板书：2.氨气的化学性质
（1）与水反应NH3+H2ONH3·H2O
教师：一水合氨是酸还是碱？
学生：是碱，它在水中能电离出OH-。
板书：NH3·H2ONH4++OH-
教师：该过程为可逆过程，可见一水合氨是一种弱碱。
教师：若对氨水加热，发现氨气的气味会明显变浓，这说明什么？
學生：加热时一水合氨更容易发生分解。
板书：NH3·H2ONH3 ↑+H2O
教师：这个反应有什么用途？
学生：实验室（快速）制氨气。
问题探究：能不能用氨水作制冷剂，液氨和氨水有没有区别？
（从物质类别、所含微粒种类的角度分析）
教师：氨气是中学阶段遇到的唯一碱性气体，它能和怎样的物质反应？
学生：与酸反应。
学生活动：推测、书写氨气与盐酸、硫酸反应的化学方程式。
分组实验探究：在Y型管的一支管中滴加浓氨水，另一只管中加入浓盐酸或者浓硫酸，根据现象分析是否发生了如上反应，说明原因。
（设计意图：使用Y型管进行实验是本节课的一个实验创新，既有利于节省原料，实现“微型化学”理念，又能够有效将两种试剂分离，避免接触，使得实验更具说服力，而Y型管的顶端还配有橡皮塞，可将反应物封闭在体系内，避免其中物质逸散到空气，体现绿色化学的思想。）
过渡：刚才所讨论的反应中生成了铵盐，那么铵盐又具有怎样的性质呢？
案例分析：有顾客在永和大王北京的某店买到了一种特殊的油条——“氨味油条”，这是因为其中使用了碳酸氢铵作蓬松剂。分析氨味的来源。
提示：正常的油条膨松剂主要成分应该是碳酸氢钠，二者对照加以分析。
（设计意图：引入生活中的实例，激发学生的探究兴趣。）
学生活动：推测出铵盐受热易分解的性质，书写反应方程式。
板书：三、铵盐的性质1.铵盐受热易分解
NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2 ↑
实验探究：在试管中加入少量氯化铵晶体，在酒精灯火焰上加热，观察现象，分析产生现象的原因。
问题探究：该过程是否为升华？
回顾之前探究的问题：用铵盐分解的方法制备氨气合适吗？
学生：不妥。
追问：复分解反应中的途径呢？
学生：酸+碱→盐+水，酸+盐→新酸+新盐，盐+盐→新盐1+新盐2，这几种思路都不行。
进一步分析：一水合氨分解可以得到氨气，而一水合氨是一种碱，可利用“碱+盐→新碱+新盐”这条途径。
学生活动：推测化学方程式。
教师：这就是实验室制氨气的主要途径之一。
结论：铵盐可以和强碱反应生成氨气。
（设计意图：前后呼应，对最初提出的猜想进行一一验证，呈现科学研究的基本方法、完整途径。）
回顾：今天的“足迹”走过了“工业合成氨”“氨的性质”“铵盐的性质”“氨的实验室制法”。
【活动延伸】
1.教师演示实验，用爱氏试剂检测变质的猪肉。学生分析原理，猜测爱氏试剂的成分。
2.课后调查研究：化肥使用的利弊分别是什么，如何合理使用。
（设计意图：课的结束不应划上“句号”，最好有向外延仲的功能，让学生有持续学习的兴趣、动力和途径，让他们学有所用、学能有用，这也有利于对所学知识的巩固、加深理解。“爱氏试剂”相关实验既是对课堂知识的一种检测、应用，又充满了趣味性，让学生对化学产生浓厚兴趣。化肥利弊的调查分析则可以体现最初设计中的辩证思想，是一种实事求是的态度。）
【教师激励】
树立远大的志向，学好科学，造福未来！
六、教学反思
1.还原真实的化学科学——科学的本真
这是一堂具有挑战意义的课，面对陌生而缺乏知识铺垫的学习内容，学生易产生畏难心理。然而，从某种意义上来说，这才是一种“真”，因为真正的科学研究往往就是如此：遇到的问题没有现成答案，甚至没有任何提示，所以，“试误”是在所难免的。让学生亲自感受、经历这种过程，让他们自己发现问题，寻求思路，然后一一试误或验证，这才是真研究。当然，对学生而言，难度太大、起点过高也是不现实的，必须找准起点和支撑点，并进行必要的引导。这堂课的主要知识起点和支撑就是初中元素化合物知识以及化学反应基本形式。让学生借助已有的元素化合物知识、从反应的形式上进行分类、展开探究，教师则在关键处适时补充诸如可逆反应的概念等必要辅助知识，是可以开展有效的探究活动的。
2.呈现清晰的主调与主线——课堂的脉络
氮肥直接相关农业生产，也间接关系到人民生活，而本堂课的课题是“氮肥的生产和使用”，还涉及到工业生产，为此，这堂课在“定调”上突出生产、生活“旋律”。课前播放的PPT及课的引入部分，都皇现出农业生产的景象和人民对于丰收渴望的情境，后续的探究则以如何解决农作物生长缺氮的问题来逐渐展开。
这堂课的课堂活动主线明晰，环节一为“体会科学家的责任”，引出农作物生产缺氮的话题并展示著名科学家的一些资料图片，介绍他们的重要贡献，帮助学生切身体会科学家身上的强烈责任;进而很自然地进入环节二“感受科学家的思路”，列举常见的含氮物质，分析哪些可以用作氮肥，对于其中的核心物质氨气进行重点分析，探讨制备它的可能途径;在环节三“探寻科学家的足迹”中，科学家的足迹被概括为四个步骤，这其实也恰好就是本堂课的四个主要知识要点：工业合成氨、氨的性质、铵盐的性质、氨的实验室制法，自然而然达成了基本教学目标。
3.追求实效的创新课堂——教学的生命
这堂课的设计力求打破教师一言堂的局面。在课堂形式上，打破传统座位格局，采取六人为一组的小组合作学习方式，各组围绕系列专题独立开展探究性学习，活动中强调小组内的分工合作，强调小组的整体表现。在交流汇报环节中，各组要选派代表汇报研究成果，教师鼓励他们规范、大声表达，主动、积极展示成果，教师的评价既有针对个人的，也有针对各小组的。
在课的结构设计方面，通常是把氮肥的分类放到最后，作为一种总结，而本堂课则把氮肥的分类提到开始阶段，通过列举常见含氮物质的方式，让学生自主辨别哪些物质可用作化肥，进而自行根据物质的种类对氮肥进行分类，然后再找出其中的基础物质氮气展开本堂课的探究。
此外，在许多细节方面，都有一定的改进、创新。例如，对于氮气和氢气反应条件的推断，采取了展示相关实景图和示意图的方式，让学生自主发现其中的关键信息。再如，了解氨气的气味，教师让学生同时闻氨气和氨水的气味，感受其一致性，学生既亲自感受了氨气的真实气味，还同时知晓了氨水中溶有氨气，推测出氨水易挥发的性质，为后续探究作出铺垫。此处，教师还强调，氨气的气味不是同学们所想象的厕所中的那种臭味，而是一种刺激性气味，它在医学上恰恰还有妙用，这样，很巧妙地突出了化学科学的正面性，幫助学生消除对于化学的恐惧感、厌恶感，其实，这本身也是一种实事求是的态度。课的后阶段中“氨味油条”的氨味来源探究、Y型管实验、爱氏试剂实验等也都是具有创新意义的。
参考文献
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