趙 勇 孫天山

（無錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 江蘇無錫 214123）

我與大賽同成長
——“氮肥的生產(chǎn)和使用”的教學(xué)優(yōu)化與反思

趙 勇 孫天山

（無錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 江蘇無錫 214123）

文章根據(jù)江蘇省化學(xué)優(yōu)質(zhì)課比賽中“氮肥的生產(chǎn)和使用”課題設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)優(yōu)化、媒體優(yōu)化等方面闡述了在磨課、上課過程中的做法和反思。

氮肥；實(shí)驗(yàn)優(yōu)化；教學(xué)反思

2014年10月，筆者有幸參加了江蘇省化學(xué)優(yōu)質(zhì)課比賽，并獲得了一等獎(jiǎng)。這次比賽給我的教學(xué)留下很多的啟發(fā)與思考，既有辛酸苦辣，也有幸福與甜蜜。在賽前磨課過程中得到了同仁的指點(diǎn)與幫助，聆聽了專家的悉心指導(dǎo)，拓寬了我的教學(xué)視野，深化了對(duì)課程的理解，教學(xué)水平也有了顯著提高。以下是筆者對(duì)“氮肥的生產(chǎn)和使用［1］”一節(jié)課的教學(xué)優(yōu)化與反思。

一、設(shè)計(jì)優(yōu)化

1．教學(xué)設(shè)計(jì)要貼近學(xué)情

（1）初始設(shè)計(jì)

問題1：你知道哪些含氮元素的常見物質(zhì)？

學(xué)生回憶：N2、NH3、NH4Cl、（NH4）2SO4、NH4NO3、NO、NO2、HNO3、KNO3、NaNO3、AgNO3、CO（NH2）2……

問題2：請(qǐng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際說明哪些物質(zhì)能作為氮肥使用？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究說明氮肥在使用過程中應(yīng)注意哪些問題。

學(xué)生歸納：

性質(zhì)要求：易吸收、可溶于水、性質(zhì)穩(wěn)定、溫和、不易揮發(fā)、便于儲(chǔ)存運(yùn)輸，并注意低溫避光保存，避免在烈日高溫下施用，避免與堿性肥料混合使用，如草木灰等。

符合上述要求的物質(zhì)：銨鹽、硝酸鹽、尿素。

問題3：應(yīng)選擇何物質(zhì)作原料？如何生產(chǎn)出銨態(tài)氮肥？

設(shè)計(jì)意圖：上述設(shè)計(jì)是希望通過問題進(jìn)行探究式教學(xué)，突出以學(xué)生為主體，教師通過問題引導(dǎo)，逐層深入，啟發(fā)學(xué)生通過對(duì)先前知識(shí)回顧歸納、思考，并利用實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行探究，完成銨態(tài)氮肥的合成。通過系列探究活動(dòng)，讓學(xué)生在研究氨氣、銨鹽的性質(zhì)過程中，歸納典型含氮物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化，構(gòu)建自己的知識(shí)體系。

但最終改變了上述設(shè)想。一是本次賽課安排在10月底，此時(shí)的學(xué)生接受高中教學(xué)尚不足兩個(gè)月，對(duì)于氨氣、銨鹽的性質(zhì)知之甚少，還無法進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)，是“巧媳婦難為無米之炊”。二是讓學(xué)生自己歸納出氮肥性質(zhì)的教學(xué)要求不切合實(shí)際。對(duì)于大多數(shù)城市學(xué)生來說，因?yàn)闆]有接觸過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)氮肥的使用缺乏感性認(rèn)識(shí)，無法達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。

（2）改進(jìn)后設(shè)計(jì)

背景資料

以氮?dú)獾任镔|(zhì)為原料，利用哈伯的研究成果合成出氨氣。

提出問題

問題1：氨氣能否直接作氮肥施用到農(nóng)田中去？

學(xué)生回答：（1）氨氣有刺激性氣味。

（2）氨氣是氣體，且密度比空氣小，施用的同時(shí)即揮發(fā)。

問題2：氨水能否作氮肥使用？

學(xué)生輕聞稀氨水氣味，切身感受到氨水易揮發(fā)，造成肥效降低，不適合做氮肥。

問題3：銨鹽能否作氮肥？

學(xué)生輕聞氯化銨固體的氣味，感受到銨鹽性質(zhì)比氨水穩(wěn)定，可作為氮肥。

改進(jìn)后的教學(xué)是通過系列實(shí)驗(yàn)，了解氨氣、氨水以及銨鹽的性質(zhì)，進(jìn)而分析銨鹽等物質(zhì)作氮肥的可行性，最后由學(xué)生歸納以氮?dú)鉃樵虾铣射@態(tài)氮肥的路徑。這種設(shè)計(jì)思路清楚，知識(shí)脈絡(luò)清晰，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律。

當(dāng)下在教學(xué)中存在這樣一個(gè)設(shè)計(jì)誤區(qū)：認(rèn)為只有放手讓學(xué)生探究的課才是好課。這種一味追求探究，而忽視了學(xué)生的學(xué)情，是與新課程改革的宗旨相悖的。課堂教學(xué)應(yīng)充分考慮學(xué)生的認(rèn)知起點(diǎn)和已有的知識(shí)儲(chǔ)備，切不可凡事都盲目地讓學(xué)生獨(dú)立探究，不切合學(xué)生實(shí)際的探究只會(huì)增加學(xué)生負(fù)擔(dān)和挫敗感，使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)的興趣。

2．創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境

（1）初始設(shè)計(jì)

情境：通過大家的努力我們終于合成出銨態(tài)氮肥，銷售產(chǎn)品大家知道現(xiàn)在流行的方式就是開網(wǎng)店，由于我們的產(chǎn)品物美價(jià)廉，開始的幾個(gè)月銷量不錯(cuò)，可是這個(gè)月銷量卻大幅減少，仔細(xì)一看，發(fā)現(xiàn)都是這兩個(gè)差評(píng)惹的禍！

差評(píng)1：我把買來的的氮肥和草木灰 （K2CO3：鉀肥、堿性）混合施用，結(jié)果效果很不理想，說明你們銷售的氮肥質(zhì)量一定有問題，果斷差評(píng)！

差評(píng)2：8月30日，烈日當(dāng)天，我外出避暑，家里沒人，我就讓快遞將你們銷售的“寶貝”放在庭院里，傍晚回來，稱了一下，發(fā)現(xiàn)少了5斤，且袋子沒有破損，一定是你們的產(chǎn)品缺斤少兩，差評(píng)！差評(píng)！差評(píng)！

各位同學(xué)，你能幫助我們解答這兩位賣家的問題嗎？

上述情境看似時(shí)髦、新穎，奪人眼球，卻并不是事實(shí)。創(chuàng)設(shè)的情境應(yīng)符合客觀現(xiàn)實(shí)，切不可憑空捏造，虛假情境看似新穎，往往只會(huì)是嘩眾取寵，學(xué)生不愿意接受這種杜撰式的、與生活實(shí)際脫離的虛假情境。來自于生活實(shí)際的素材，看似平淡，卻有著強(qiáng)大的生命力。真實(shí)的生活情境不僅能激發(fā)起學(xué)習(xí)和探究的興趣，更能激發(fā)起頭腦中積淀的生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備。

（2）改進(jìn)后設(shè)計(jì)

情境：圖片展示，烈日下農(nóng)民戴著口罩施撒銨態(tài)氮肥。

再讓學(xué)生輕聞氯化銨固體，卻沒有氣味，激發(fā)學(xué)生好奇心，為何農(nóng)民施撒時(shí)要戴口罩，產(chǎn)生難聞氣味的原因可能是什么？引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)銨鹽的性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，了解到銨鹽受熱易分解等主要性質(zhì)。

“教真實(shí)的化學(xué)，學(xué)有用的知識(shí)”已成為人們的共識(shí)。真實(shí)的情境能夠引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。化學(xué)和生活實(shí)際是緊密相聯(lián)的，是真實(shí)和有用的。在化學(xué)教學(xué)中滲透真實(shí)性、有用性的思想，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，開展真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)，是化學(xué)教學(xué)的應(yīng)有之意。

二、實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

本節(jié)課為元素化合物知識(shí)的教學(xué)，因此將會(huì)涉及很多氨氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，如果沒有很好的通風(fēng)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，照搬教材中的實(shí)驗(yàn)方案，將會(huì)產(chǎn)生大量氨氣，彌漫于教室中，置師生于如此“惡劣”的環(huán)境之中。因此有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和完善，以營造綠色環(huán)保的課堂。

1．濃氨水與濃鹽酸反應(yīng)

教材：在一只燒杯中放入兩個(gè)棉花球，分別在兩個(gè)棉花球上滴加幾滴濃氨水和濃鹽酸，用表面皿蓋住燒杯口，觀察現(xiàn)象。

該實(shí)驗(yàn)盡管用到了表面皿蓋住燒杯口，但在滴加第二種液體的同時(shí)就會(huì)立即產(chǎn)生白煙，因此必須尋找一個(gè)密閉儀器，再向其中依次加入液體。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：選擇Y型管，其兩端都可以承接液體，先將氨水滴加到Y(jié)型管的一端，立即塞上塞子，用注射器抽取少量濃鹽酸滴到Y(jié)型管的另一端，過程中將會(huì)產(chǎn)生大量白煙。

由于是密閉體系，受到內(nèi)部壓強(qiáng)的影響，所以注射器內(nèi)的濃鹽酸很難推入Y型管中。在瓶塞上打了一個(gè)1毫米左右的小孔（裝置圖1），既能調(diào)節(jié)內(nèi)外壓強(qiáng)，又不會(huì)導(dǎo)致白煙散逸。

裝置圖1

2．氯化銨晶體受熱分解

蘇教版教材：取少量氯化銨晶體，放入試管中，在酒精燈火焰上微熱，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，考慮到學(xué)生可能對(duì)微熱的尺度把握不準(zhǔn)，若加熱時(shí)間過長會(huì)有氣體從試管中散逸出來，因此最好在封閉儀器中進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，筆者聯(lián)想到了做碘升華、凝華實(shí)驗(yàn)的碘錘儀器，遂聯(lián)系儀器廠訂制了“氯化銨錘”（裝置圖2），現(xiàn)象非常明顯而且可以確保沒有氣體散逸。

裝置圖2

3．氯化銨與氫氧化鈣反應(yīng)

教材：將少量氯化銨與少量氫氧化鈣混合后加入試管中，在酒精燈火焰上微熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。

改進(jìn)1：因?yàn)閮煞N固體的反應(yīng)較容易進(jìn)行，無需加熱，只需混合后攪拌即可，因此筆者的第一次改進(jìn)是將兩種固體在研缽中混合，用研杵研磨，再用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)產(chǎn)生的氣體。這樣的改進(jìn)操作簡便，但是這樣的敞開體系將散逸出大量氨氣，不符合綠色環(huán)保思想。

改進(jìn)2：既然該反應(yīng)無需加熱，只需兩種固體充分接觸即能反應(yīng)，而固體的接觸可以采用攪拌也可以通過振蕩的方式來實(shí)現(xiàn)。因此筆者想到了材料易得的礦泉水瓶，將兩種固體依次投入瓶中，蓋上瓶蓋，充分振蕩，振蕩后一位同學(xué)將準(zhǔn)備好的濕潤的紅色石蕊試紙靠近瓶口，另一位同學(xué)打開瓶蓋，待看到試紙變藍(lán)后立即蓋上瓶蓋。如此的改進(jìn)操作簡單、有趣、環(huán)保，而且現(xiàn)象明顯。

三、媒體優(yōu)化

多媒體是課堂教學(xué)的一種主要的輔助手段，但使用過程中切勿過度，切不可使課堂教學(xué)成為多媒體的附庸。教師沒有必要將所講所學(xué)全部或者大部分以課件的形式展示。因此筆者在若干次的磨課過程中，課件中幻燈片的數(shù)目經(jīng)歷了一個(gè)由少到多，再由多到少的過程，最終真正做到少而精。

簡化1：演示實(shí)驗(yàn)裝置圖

噴泉實(shí)驗(yàn)是本節(jié)課的一個(gè)重點(diǎn)，要想學(xué)生理解噴泉實(shí)驗(yàn)的原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的介紹和原理的分析顯得尤為重要，與其對(duì)著幻燈片上簡易裝置圖的講解，不如對(duì)著實(shí)實(shí)在在的裝置一一說明來得直觀。

簡化2：化學(xué)史話

（1）初始設(shè)計(jì)

1900年，法國化學(xué)家勒沙特列通過計(jì)算，認(rèn)為氮?dú)夂蜌錃庠诟邏簵l件下可以合成氨，但在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生了爆炸，他沒調(diào)查原因，就覺得這個(gè)實(shí)驗(yàn)很危險(xiǎn)，于是放棄了。后來查明是由于氣體中混入了氧氣，是氫氣和氧氣反應(yīng)引起的爆炸。

稍后，德國化學(xué)家能斯特通過計(jì)算，認(rèn)為合成氨是不可能的，導(dǎo)致合成氨的研究又一次止步。后來發(fā)現(xiàn)，是能斯特計(jì)算時(shí)誤用了一個(gè)數(shù)據(jù)，以至得出錯(cuò)誤結(jié)論。

德國另一位化學(xué)家哈伯知難而進(jìn)，對(duì)合成氨進(jìn)行全面系統(tǒng)地研究和實(shí)驗(yàn)，1908年用氮?dú)夂蜌錃庠诟邷亍⒏邏?、催化劑條件下合成氨，產(chǎn)率雖只有2%，但卻是一項(xiàng)重大突破。隨著實(shí)驗(yàn)的不斷深入，合成氨的產(chǎn)率不斷提高。哈伯由此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，氨也被評(píng)為20世紀(jì)初的明星分子。

（2）改進(jìn)后設(shè)計(jì)

教師講述：科學(xué)家們在很久以前就開始研究如何將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為化合物形態(tài)的氮，可這真是塊難啃的硬骨頭，很多著名的科學(xué)家的研究都以失敗而告終。

幻燈片展示：直到1908年德國化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室里用氮?dú)夂蜌錃庠诟邷亍⒏邏?、催化劑條件下合成了氨氣，從而將氮元素轉(zhuǎn)化為化合態(tài)，雖然產(chǎn)率只有2%，但已經(jīng)是科學(xué)史上的一項(xiàng)重大突破。隨著研究的不斷深入，合成氨的產(chǎn)率不斷提高。10年后哈伯因此獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

很顯然，初始設(shè)計(jì)中大篇幅的文字閱讀會(huì)讓學(xué)生眼花繚亂，抓不住重點(diǎn)，還會(huì)引起學(xué)生視覺疲勞。通過教師適當(dāng)?shù)臄⑹?，配合幻燈片中少量的文字介紹，去除旁枝末節(jié)，既使得幻燈片看起來簡潔，又能突出重點(diǎn)，起到事半功倍的效果。

在本節(jié)課的教學(xué)中，課件的主要輔助功能體現(xiàn)在以下幾方面：

一是情境再現(xiàn)，如哈伯對(duì)合成氨的研究的化學(xué)史話等；二是圖片展示，如正常和缺氮水稻的對(duì)比圖、常見的氮肥、烈日下施撒氮肥的農(nóng)民等；三是實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵要素的提示，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的操作步驟，尤其是步驟比較多的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，通過幻燈片的形式將其一一呈現(xiàn)，防止學(xué)生因操作不當(dāng)或缺漏而造成實(shí)驗(yàn)失敗。

對(duì)于本節(jié)課的主干、重點(diǎn)不應(yīng)只是在課件上一放而過，應(yīng)該呈現(xiàn)在板書當(dāng)中，以便學(xué)生有充裕的時(shí)間做好課堂筆記以及知識(shí)回顧，因此課件內(nèi)容與板書內(nèi)容各有側(cè)重。課件主要是通過圖片、史料呈現(xiàn)等創(chuàng)設(shè)適切的教學(xué)情境，輔助教學(xué)，板書則是記錄一節(jié)課的主線和重點(diǎn)。本節(jié)課的板書設(shè)計(jì)如下：

一、合成氨

N2+3H2?2NH3

二、氨氣的化學(xué)性質(zhì)

1．與水反應(yīng)

NH3+H2O?NH3·H2O?NH4++OH-

2．與酸反應(yīng)

NH3+HCl=NH4Cl

銨鹽合成流程：N2→NH3→銨鹽

三、銨鹽的性質(zhì)

1．受熱易分解

NH4Cl=△HCl↑+NH3↑

2．與堿反應(yīng)

四、課后反思

任何一節(jié)課在設(shè)計(jì)的時(shí)候總是想如何盡善盡美，但是在實(shí)際教學(xué)中還存在許多不足。比如：

1．情境創(chuàng)設(shè)需嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)

（1）“饅頭”實(shí)驗(yàn)問題

實(shí)驗(yàn)如下：

1、向燒杯A、B中分別加入三勺面粉。

2、向B燒杯中再放入一勺碳酸氫銨固體充分?jǐn)嚢琛?/p>

3、向兩只燒杯中加入等量水，攪拌成糊狀

4、同時(shí)放入微波爐中加熱10秒鐘，觀察現(xiàn)象（也可輕聞氣味……）。

課后有專家指出，“面粉發(fā)成饅頭”反應(yīng)很復(fù)雜，不能簡單化處理，產(chǎn)生的氣體不一定是銨鹽自身分解所致，不能排除其他反應(yīng)。經(jīng)過反思后覺得，如果能夠?qū)嵨镎故緤W利奧威化餅干，其包裝袋上配料中就含有碳酸氫銨，告知學(xué)生碳酸氫銨受熱分解能產(chǎn)生氣體，因此可以作為食品的膨化劑，如此可以避免上述問題。

（2）太湖藍(lán)藻問題

筆者在課的結(jié)尾講到氮肥的過量使用導(dǎo)致太湖藍(lán)藻爆發(fā)，課后也有老師提出質(zhì)疑，認(rèn)為藍(lán)藻的爆發(fā)另有原因。通過查閱資料后得知，化肥的過量使用只是原因之一，并不是主要原因，這點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在課上講明，而不應(yīng)過分渲染化肥的危害。

2．課堂氣氛需充分激活

本節(jié)課以化學(xué)史話拉開帷幕：

1、中國以占世界7%的耕地，養(yǎng)活了占世界21%的人口。

2、1898年英國物理學(xué)家克魯克斯提出：由于人口的快速增長，人類很快就會(huì)面臨食物嚴(yán)重短缺的危機(jī)，而自然界中的肥料是有限的。他呼吁科學(xué)家立即行動(dòng)起來，著手研制人工合成氮肥。

3、1908年，德國化學(xué)家哈伯用氮?dú)夂蜌錃庠诟邷亍⒏邏?、催化劑條件下合成了氨氣，建造了合成氨工廠，制取氮肥。但是在后續(xù)的生產(chǎn)和使用過程中也遇到了一些問題，同學(xué)們，就讓我們跟隨這位諾貝爾獎(jiǎng)得主一起來解決還可能出現(xiàn)的問題。

雖然這樣的情境設(shè)計(jì)也激起了學(xué)生對(duì)合成氮肥的興趣，但是如果能通過更具有視覺效果的實(shí)驗(yàn)（如噴泉實(shí)驗(yàn)）、有趣的新聞視頻，或者更加巧妙的化學(xué)史話可能效果會(huì)更佳。

3．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需整合創(chuàng)新

盡管本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)作了較大的改進(jìn)，但仍有欠缺。最典型的問題就是實(shí)驗(yàn)多而零散，如果能夠?qū)⑷舾蓚€(gè)小實(shí)驗(yàn)打包整合，就能夠使本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)主線更加的清晰。

以氨氣溶解性的探究實(shí)驗(yàn)為例，本節(jié)課的設(shè)計(jì)是：向充滿氨氣的礦泉水瓶中注入10mL水，發(fā)現(xiàn)瓶子癟掉以說明氨氣有著良好的水溶性。課后想來，做完該實(shí)驗(yàn)的裝置還能進(jìn)一步做如下實(shí)驗(yàn)：取一根注射器向其中注入酚酞，酚酞變紅，證明氨水顯堿性；再將瓶子浸入熱水中，發(fā)現(xiàn)瓶子又鼓起來且酚酞的紅色變淺，說明氨水遇熱不穩(wěn)定的特點(diǎn)。從而做到一瓶多用，讓學(xué)生在一連串的實(shí)驗(yàn)中感受氨氣、氨水的性質(zhì)，體會(huì)化學(xué)世界的神奇與奧妙。

［1］ 王祖浩．普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 《化學(xué)1》［M］．南京：江蘇教育出版社，2009，6

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