基于“价一类二维图”促进观念建构的教学实践与反思

左传鹏 晏曦 喻建军 杨落星

摘要：以高三复习课“氨气的性质与用途”教学为例，基于元素化合价一类别二维关系图，设计“构图”“夯基”“探究”和“迁移”四个主要环节，构建高三元素化合物复习课模型，以期在复习课中促进学生自主建构与发展元素观、微粒观、分类观、转化观、实验观、化学价值观，实现由“知识为本”向“观念为本”“素养为重”的转变。

关键词：氨：价一类二维图：元素化合物：观念建构

文章编号：1008-0546（2019）05-0046-03

中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.05.015

元素化合物知识是中学化学教学内容的重要组成部分，是学生学习化学概念原理及化学实验的基础，更是学生自主建构与发展化学基本观念的载体。现行的元素化合物复习流程常常是“画物质转化图一回忆物质性质一书写化学方程式一习题训练一讲解习题”。以这种形式开展复习条理清楚，但物质问的脉络关系还是教师直接给出，并不是学生自己逐步形成的，学生被动接受后很容易遗忘，掌握情况不理想。

以物质的类别（氢化物、单质、氧化物、酸、碱、盐等）为横坐标，以某元素的化合价为纵坐标，在二维平面内绘制含有该元素物质的图像称之为元素化合价一类别二维关系图（以下简称价一类二维图）。该图具有直观、线索清晰、引导性强等特点，基于价一类二维图复习元素化合物知识模块，不仅有利于从物质类别和价态视角掌握物质的通性，优化重组物质间的转化关系，培养学生的系统整合能力和知识迁移能力，提升高三复习效率，更有利于加强学生对化学基本观念的理解，促进学生科学素养的全面发展。

一、课前设想

氮元素化合价多样，物质种类繁多，相互转化关系较为复杂，而且很多物质具有自身的特性，引导学生自主形成有序的知识脉络很有必要。其中，氨作为一种重要的含氮化合物，内容丰富，计划安排两个课时完成：第一个课时以价一类二维图为依托，梳理氨的结构、性质与用途;第二课时以合成氨工业流程为背景，着重复习氨气的工业制法和实验室制法。

笔者于2018年4月在长沙市普通高中课堂教学改革优秀课例展示研讨活动中展示了第一课时“氨气的性质与用途”，融入元素价一类二维图，在引导学生掌握必备知识，将所学知识和方法内化为自身能力的同时，促进和发展学生的化学基本观念。现就这节课的教学过程及设计意图呈现如下，以期抛砖引玉。

二、教学过程

环节1：构图——联系生活生产，构建氮元素价一类二维图，促进学生发展元素观和分类观

【播放微视频】生命起源;粮食与氮肥;氮氧化物引发的环境问题。

【提问】含氮物质无处不在，你知道哪些呢？

【学生活动】以物质常见类别为横坐标，以氮元素的常见价态为纵坐标，画氮元素价一类二维图。

（学生一例如图1所示，不少学生根据平时的积累，在图中一并呈现了N2H4、HN3、NaN3、N2O、KSCN等物质。）

设计意图：从含氮物质在人类生产和生活中发挥的功能价值的两面性出发，启发学生对科学价值观的思考，激发学生的内在动机。鼓励学生自主构建氮元素价一类二维图，活跃学生思维的同时，调动学生的参与热情，促进学生自主建构与发展元素观和分类观。

环节2：夯基——深度挖掘教材，夯实氨基础知识，促进学生建构与发展微粒观、转化观和化学价值观

【学生活动】1.完成学案：回顾氨的电子式和分子构型;氨的物理性质。2.指导学生，仔细阅读课本，并提供资料：NH3沸点为-33.5°C，N2沸点为-195.8°C）

【学生】阅读后补充：易液化，可用作制冷剂。

【追问】从结构角度分析，为什么NH3比N2易液化？

【学生】氨分子间有氢键，分子间的作用力更强，故沸点比N2高，容易液化，且液氨在常温下气化时能带走大量的热。

【拓展】生活中，你听说过冷冻剂——液氮吗？

【小结】结构决定性质，性质决定用途：氨分子与水分子之间形成氢键，故氨极易溶于水;氨分子间形成氢键，故氨易液化，可用作制冷剂。

设计意图：回顾氨的分子结构，通过追问，引导学生深入挖掘教材，并结合分子结构解释性质，由性质分析用途，培养学生从微观视角深入认识物质的意识，发展学生的微粒观和化学价值观。

【过渡】请同学们观察氮元素价一类二维图，找一找NH3能转化为哪些物质？

【学生】从类别看，氨呈碱性，可转化为氨水、铵盐;从化合价看，氨中氮元素显-3价，为最低价，有还原性，可转化为NO……（有学生讲是NO2）

设计意图：引导学生结合氮元素价一类二维图分析氨的化学性质，采用同桌PK赛方式训练化学方程式书写，并设计了学生互评环节，活跃了课堂气氛，激发参与热情，培养学生科学、严谨、规范的学习习惯，在落实基础知识和提高基本技能的同时，促进学生建构与发展微粒观、转化观和化学价值观。

环节3：探究——针对认知冲突，设计实验方案，促进学生建构与发展实验观、转化观和化学价值观

【提问】（回顾学生发言）NH3被O2催化氧化，氧化产物是NO还是NO2？

【活动】1.设计实验方案，验证氨催化氧化产物为NO。要求：（1）画简易实验装置图;（2）描述预期实验现象。

2.展示实验装置图，介绍实验设想，师生互动，优化实验方案。

【播放微视频】笔者完成氨催化氧化实验（实验装置图如图2所示）。

【提问】在视频中，你观察到什么实验现象，结论是什么？

【学生】持续通O2，硬质玻璃管中气体无明显颜色变化，说明氨催化氧化产物为NO;广口瓶中收集了红棕色气体，说明NO冷却后，遇O2转化为NO2;装有紫色石蕊溶液的瓶中溶液变红色，说明产生了硝酸;在停止通氧氣，持续通氨气后，集气瓶中红棕色慢慢褪去，产生大量白烟，说明产生了NH4NO3。

【学生】反应过程中，催化剂局部出现红热状态，并在停止加热后能维持，说明氨催化氧化反应为放热反应。

【提问】结合氮元素价一类二维图中氨的转化关系，想一想，氨有哪些重要用途？（制冷剂;制氨水、硝酸、铵态氮肥。）

设计意图：针对学生的认知冲突，鼓励学生不迷信权威，敢于质疑，用思考和实验代替口诀（“4546”），通过实验方案设计和分享，锻炼了学生的口头表达能力。引导学生深入认识由氨制备硝酸及氮肥的转化原理，学生在该环节通过观察、辨识宏观现象，培养用对立统一、联系发展的观点分析反应规律，深化对实验观和转化观的理解。加深了学生对氨在工农业生产中的重要用途的认识，也让学生了解到氮的氧化物对环境的影响，培养学生辩证地认识和应用物质的意识，促进化学价值观的形成。

环节4：迁移——运用价一类二维图，转化学习任务，促进学生建构与发展分类观和转化观

【提问】请同学们结合氮元素价一类二维图，谈一谈你对化合物N2H4的认识。

【学生活动】思考，从物质类别和该物质中元素化合价两个角度预测N2H4的化学性质。

【练习】[2016·全国卷II·26题节选]联氨（又称联肼，N2H4，无色液体）是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料，回答下列问题：

（1）联氨分子的电子式为___，其中氮的化合价为___。

（4）联氨为二元弱碱，在水中的电离方式与氨相似。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为___。

（5）联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液，观察到的现象是___。

【課堂总结】学生心得：（1）化学反应因条件不同，产物会不一样，书写化学方程式时反应条件不能漏;（2）不能盲目接受课本知识，要多想为什么，可以通过化学实验验证;（3）复习要建立一个体系，形成方法，如借助元素价一类二维图实现氨向肼的迁移……

设计意图：呈现一种与氨类似的物质的高考试题，指导学生进行任务转化——运用价一类二维图预测陌生物质的性质并解决相关问题，形成复习元素化合物性质的一般思路和方法，提高学生分析问题和解决问题的能力，并进一步强化学生化学基本观念。

三、教学反思

1.坚持“观念为本”，精心设计和组织教学

宋心琦教授指出：“学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标。”化学作为基础学科教育中重要的组成部分，旨在培养学生的化学素养，而化学基本观念作为化学素养的核心要素，是学生通过化学课程的学习，深入理解化学学科特征的基础后，即使遗忘了大部分的化学知识，在头脑中形成的对化学的总体看法和概括性的认识。以“观念建构”指导化学教学，有利于精简教学内容，促进学生学习方式的转变，增进对知识的理解和运用，提升科学素养。笔者基于“氨”内容，抽提出元素观、微粒观、分类观、转化观、实验观、化学价值观等6个化学基本观念，围绕这6个化学基本观念设计和组织教学，引导学生自觉地用化学视角观察社会生活现象、理解化学科学的研究方法、认识化学技术对发展人类文明的强大动力。坚持“观念为本”的教学理念，是对“从生活走进化学，从化学走进社会”理念的最好诠释。

2.构建“价一类二维图”，培养学生学习能力

诚如李政道所言：“真正的学习是培养自己在没有‘路牌的地方也可以走路的能力，最后能走出来。这才是学习最本质的东西。”价一类二维图蕴含着“分类的方法”和“研究物质性质的思想和方法”，它可以帮助学生构建一个完整的转化框架，把零散的元素化合物知识结构化。笔者在本节课中指导学生构建和运用氮元素价一类二维图，学生的认识过程是有序的，认识思路是有逻辑的，这种教学可以帮助学生对氨乃至其它含氮化合物的性质形成系统化、条理化的认识，有利于减轻高三学生过重的学习负担，培养学生发现问题、分析问题和解决实际问题的能力。要注意的是，基于价一类二维图促进“观念建构”开展高三化学教学，应考虑具体内容的特点，杜绝教学形式化、刻板化，在教学中要从学生实际出发，引领学生通过积极思考，从本质上认识和理解所学的化学知识，形成化学学科的思想、观点和方法。

3.挖掘教材实验资源，促进学生深度学习

在高三复习阶段，不少学生为了克服遗忘，进行了大量的习题训练，可往往收效甚微，其根源在于学生通过被动接受和机械记忆，学习停留在浅层阶段，知识是零散的。因此，提升学生的高阶整合思维、培养学生的深度学习能力在高三复习备考中至关重要。在本堂课中，笔者挖掘人教版普通高中课程标准实验教科书中第99页“思考与交流”素材型实验内容，抛出了问题“NH3被O2催化氧化，氧化产物是NO还是NO2？”，指导学生设计一个完整的实验方案，预计实验现象，并在互动中完善了实验方案。这不仅激发了学生的学习兴趣，而且促进了学生的深度思考与交流，使实验成为了化学课堂效率提升的“催化剂”。