楊楠楠 梁永鋒

摘要： “證據(jù)推理與模型認知”是化學學科核心素養(yǎng)維度之一，基于主題大概念教學的理念，以“氨和銨鹽”為例，通過板塊任務驅動式教學設計，以化學前沿知識為教學情境，以最近發(fā)展區(qū)使學生知識進階學習，引導學生樹立證據(jù)意識和能基于證據(jù)對物質的結構和性質提出假設，進而通過實驗分析推理和證實，建立起證據(jù)與推理及結論的邏輯關系模型，實現(xiàn)學生高階思維的培養(yǎng)。為中學化學主題大概念教學設計和學生高階思維培養(yǎng)提供參考。

關鍵詞：教學設計；主題大概念；高階思維；核心素養(yǎng)；中學化學

文章編號：1008-0546（2023）07-0040-10 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.008

《普通高中課程方案（2017年）》明確提出“進一步精選了學科內容，重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養(yǎng)的落實”。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》又重述“在必修課程階段，突出化學基本觀念（大概念）的統(tǒng)領作用”[1] 。由此可見大概念在教學中具有不可替代的地位和對于培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)發(fā)揮著至關重要的作用，化學大概念居于化學學科的首要地位，對學生學習掌握化學基礎知識具有引領和統(tǒng)攝作用。

“氨和銨鹽”選自于人民教育出版社2019年出版的普通高中化學教科書必修2第五章第二節(jié)，是常見無機物及其應用主題下， “物質性質及物質轉化”大概念統(tǒng)攝的基礎知識，通過“氨和銨鹽”內容的學習，使學生在掌握氣態(tài)氫化物、堿、鹽等核心概念的基礎上，進一步理解物質的性質及物質轉化的多樣性。

一、教材分析

1. 素養(yǎng)功能定位

“物質間的轉化關系”是無機物性質的主題大概念，在氮和氮的氧化物基礎上，學習氮的氣態(tài)氫化物（NH 3 ）及銨鹽，進一步認識氮元素不同物質之間的轉化關系，對深化學生理解物質性質及物質轉化多樣性的價值和培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)發(fā)揮著指導作用。

在學習氨和銨鹽之前，學生已經學習了物質分類與轉化、離子反應、氧化還原反應、元素周期律等核心概念和理論知識，且教科書中將“氨和銨鹽”編排在硫及其化合物之后，目的是通過類比預測學習氮的氣態(tài)氫化物和銨鹽在生產生活中的應用和對生態(tài)環(huán)境的影響，培養(yǎng)學生的社會責任感。引導學生通過化學反應掌握氨與銨鹽的化學性質及物質間的轉化關系，使學生建構從宏觀到微觀的“物質間的轉化關系”的認識視角和認識思路的模型，通過氨和銨鹽性質的實驗探究培養(yǎng)學生的證據(jù)推理意識，從辯證的視角認識氨和銨鹽的價值與危害。

2. 學情分析

從知識層面看，學生已經學習了物質的分類、離子反應、氧化還原反應和元素周期律等基礎理論知識，掌握了氯、硫、鈉、鐵元素及其常見化合物的性質及其應用，為本節(jié)課學習氨和銨鹽奠定知識基礎；從能力水平看，學生已經具備了一定的實驗的設計和操作能力，具有較高的科學探究素養(yǎng)，可以從物質的類別和元素的價態(tài)來預測無機物的性質；從心理特征上看，高一學生好奇心強，對參與實驗探究有較強的渴望，在不懂或有認識偏差的知識點中有很強的求知欲。但學生對元素化合物的性質和應用的學習僅存于淺層的記憶，還沒有建立起對元素及其化合物知識的認知模型，還不會很好地運用元素周期律對未知元素性質進行預測，沒有從物質的類別和元素的價態(tài)的視角上預測物質的性質。另外，在學習氨和銨鹽的應用與危害時沒有形成認識物質要辯證的思想看待事物的兩面性的認識視角。

因此，教學中通過氨氣性質和用途的學習，引導學生從辯證的視角看待事物的兩面性；利用對氨氣和銨鹽性質的實驗探究，使學生能從宏觀的實驗現(xiàn)象到微觀的粒子變化來學習氨和銨鹽的化學性質；并通過氮的價—類二維圖模型的建構，形成對氨和銨鹽的系統(tǒng)性認識。

二、教學設計

1. 教學目標

（1）通過分析氮的結構與元素周期表中位置，預測氨的物理性質；通過噴泉實驗，探究氨的物理性質，并體會“位置決定結構、性質決定用途”的內涵。

（2）了解噴泉成因，能夠分析氨水中的粒子成分，知道氨水呈堿性和不穩(wěn)定性；掌握氨與酸反應生成鹽，了解氨是氣態(tài)堿，反應本質是堿與酸反應生成鹽。

（3）掌握氨的還原性，知道氨的催化氧化是工業(yè)制硝酸的基礎，通過氮的價—類二維圖模型建構氨與氮化物的轉化關系的模型。

（4）通過銨鹽水溶液pH檢驗，預測銨鹽的性質與保存方式，能用符號表征銨鹽的化學性質。通過NH 4 +的檢驗方式，預測氨氣的制備方式，培養(yǎng)學生學以致用的品質。

（5）通過氨氣的優(yōu)點與危害可以從辯證的角度認識氨氣，可以通過化學史實，讓學生將學習的化學知識正確應用于生活，培養(yǎng)學生樹立正確的價值觀，培養(yǎng)學生的科學精神與社會責任感。

2. 評價目標

本節(jié)課的評價目標、方式和評價標準如表1所示。

3. 重點難點

（1）教學重點：氨氣的性質與制備、銨根離子的檢驗。

（2）教學難點：氨與銨鹽間的物質間轉化。

5. 建構認知模型

“氨和銨鹽”教學過程中，可以引導學生從宏觀微觀兩個角度認識氨與銨鹽，使學生更好地學習化學本源性知識。基于“證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)從定量角度認識結構決定性質、性質決定用途的化學觀念，從定性角度認識氨與水的噴泉實驗、氨與酸空瓶生煙實驗、氨的催化氧化反應和銨鹽分解的性質。學生在尋求證據(jù)的同時促進了對氨和銨鹽的深層次的理解，培養(yǎng)學習者的證據(jù)意識和能力，潛移默化地促進了學生對科學探究方法和科學研究本質的理解和發(fā)展，為學生后續(xù)學習化學奠定了堅實的基礎，[2] 構建了表2所示的學生認知模型。

三、教學過程

1. 創(chuàng)設情景——多視角多維度看待氨對人類的貢獻

【師】2022年3月28日，我國首臺“氨柴油”發(fā)動機在清華大學成功點火，此次成功點火的發(fā)動機完全自主研發(fā)，是國內首臺適用于重型卡車的氨發(fā)動機。研發(fā)團隊聚焦氨燃料的燃燒特性，應用柴油噴霧引燃氨的燃燒技術，實現(xiàn)成功點火，正式邁出了從概念設計到產品集成的重要一步。據(jù)了解，在中、重型商用車的“降碳”方案中，動力電池成本高、續(xù)航短、整車自重大、充電“老大難”的問題突出，氫燃料電池的成本、耐久性以及燃料儲運短板也嚴重制約其大規(guī)模應用。氨是“零碳”燃料，在存儲、運輸、制造方面擁有顯著優(yōu)勢，是未來中、重型商用車領域綠色燃料的理想選擇之一。很好地響應了國家提出的“雙碳”戰(zhàn)略行動計劃。

氨氣在我國制堿工業(yè)上有非常大的貢獻。純堿是重要的化工基本原料， “一戰(zhàn)”后，歐洲阻斷了中國進口純堿的道路。我國開始自己探索制堿工業(yè)，經過化工專家侯德榜先生的奮斗，創(chuàng)新了世界制堿工業(yè)，并為之命名為“侯氏制堿法”。其過程是在氯化鈉溶液中先通入氨氣再通入二氧化碳氣體，生成銨鹽、氯化銨和碳酸氫鈉，再將碳酸氫鈉加熱得到純堿碳酸鈉和二氧化碳。侯德榜先生發(fā)明的制堿方式優(yōu)化了傳統(tǒng)的制堿方式，還可以讓二氧化碳氣體循環(huán)使用，提高利用率，在制堿的同時還能制造出對農業(yè)生產有益的氨肥，可謂是一舉多得。

【師】同學們發(fā)現(xiàn)在新型柴油機燃料的創(chuàng)造和20世紀我國制堿工業(yè)上都有哪種氣體參與？

【生】氨氣。

【師】凡事皆有利弊，我們要用辯證的思想看待問題，看待事物的兩面性，我們學習化學知識也不例外。氨氣也不僅僅給我們帶來了好處，同時也會給我們帶來一些環(huán)境上的問題。根據(jù)新聞報道，農業(yè)上過度使用氮肥也促使了霧霾天氣的產生，[3] PM2.5的主要存在形式是氨和銨鹽。實踐是檢驗真理的唯一標準，下面我們通過本節(jié)課的學習，用實驗探究的方法來系統(tǒng)地掌握氨與銨鹽的性質。

設計意圖：創(chuàng)設情景采用化學前沿性知識氨氣做氨柴油機燃料與國家提出的“碳達峰”與“碳中和”政策相結合的具有現(xiàn)實意義的生活例子，侯氏制堿法是我們國人自己發(fā)明創(chuàng)造的制堿工業(yè)，也是人類科學技術發(fā)展史上的偉大成就。很好地利用了我國的科學家素材樹立學生正確的偶像觀，培養(yǎng)學生的愛國情懷。思考氨的用途和氨利弊的辯證關系，將思政教育融入化學課堂教學之中，提升學生學科思維。

2. 板塊1的實施——基于“構—性—途”的認識視角學習氨的物理性質

【師】同學們能否根據(jù)上述新聞，借助之前學習的H 2 S中硫元素和元素周期律，推斷一下氨的狀態(tài)和分子式？

【生】氨是氮的氣態(tài)氫化物，分子式是NH 3 。

【師】通過侯氏制堿法我們知道氨氣是可以溶于水的，那氨氣溶于水的溶解度有多大呢？如何引發(fā)噴泉實驗？

學習任務1：探究氨的物理性質

實驗探究1：氨氣溶于水的噴泉實驗。

【師】請同學們觀察氨氣的顏色狀態(tài)，討論產生什么現(xiàn)象？出現(xiàn)噴泉的原理是什么？氨氣的溶解度大小？溶液為什么變色？

【生】實驗現(xiàn)象：氨氣無色，有刺激性氣味，燒杯里的水經過玻璃管噴入圓底燒瓶，形成噴泉，燒瓶內溶液由無色變?yōu)榧t色。

實驗原理：擠壓膠頭滴管，圓底燒瓶中氨氣溶于滴入的少量水，使圓底燒瓶內壓強減小，與外界形成壓強差，在大氣壓的作用下燒杯中的水沿玻璃管迅速進入到燒瓶中，形成噴泉。

氨氣的溶解度：形成噴泉實驗的原因是裝置內外壓強不一致，從而使燒杯內水噴入到燒瓶，故氨氣在水中的溶解度很大（在水中溶解度1∶700）。

溶液變色：因為氨氣溶于水形成氨水為堿性，所以導致酚酞溶液由無色變?yōu)榧t色。

【師】補充：實驗室的噴泉實驗是氣體易溶或極易溶于某種液體發(fā)生反應引起壓強差。自然界中的火山噴發(fā)、生活中的音樂噴泉都是由于產生壓強差而產生的現(xiàn)象。

【師】PPT演示：液態(tài)氨氣可應用于食品保鮮、冷凍貯存的制冷劑。

新聞：某公司液氨生產車間管理不善，導致氨氣泄漏致1人死亡，23人中毒。

請根據(jù)氨極易溶于水形成噴泉實驗的性質，預測液氨做制冷劑的原因，并總結氨的物理性質。

【生】因為氨氣易液化，且液化時放熱。故液氨氣化時需要吸收大量熱，使周圍環(huán)境溫度驟降，所以液氨可以做制冷劑。

根據(jù)氣體摩爾質量計算比較發(fā)現(xiàn)氨氣密度比空氣小。

氨的物理性質：無色有刺激性的有毒氣體、密度比空氣小、沸點低、易液化、易溶于水。

【師】結合分子的空間結構化學鍵、共用電子對，分析氨的性質由什么決定的？

【生】氨分子中N原子與H原子存在極性共價鍵，且共用電子對均偏向N原子偏離H原子。

【師】價電子層決定了氨的空間結構，氨氣能溶于水是因為氨氣中的氫鍵在水中可以相似相容。

補充：氨中有特殊的化學鍵，與其他物質發(fā)生反應的實質是配位的過程。

評價方式：通過探究氨氣的物理性質中學生的實驗操作，聞氨氣時的方式是否規(guī)范；在噴泉實驗的操作中，裝置連接的氣密性檢驗；以及對實驗現(xiàn)象的解讀程度作為評判標準。

設計意圖：通過氨氣的噴泉實驗操作，吸引學生的學習興趣，分析實驗結論培養(yǎng)學生證據(jù)推理素養(yǎng)和嚴謹?shù)膶嶒灢僮?。通過噴泉實驗原理解釋生活中火山噴發(fā)和音樂噴泉產生壓強差引起噴泉的現(xiàn)象，類比讓學生掌握核心知識和知識的本源性問題，知道物質的化學性質是由結構決定的。

反思與創(chuàng)新：還有哪些氣體可以做噴泉實驗？如果把圓底燒瓶改成塑料瓶，能體現(xiàn)氨氣極易溶于水的性質嗎？若把噴泉實驗的引發(fā)裝置的膠頭滴管去掉，如何引發(fā)噴泉？

3. 板塊2的實施——基于物質的類別從定性的視角認識氨的化學性質

學習任務2：探究氨水中的粒子

【師】噴泉實驗我們得到了一瓶氨氣的水溶液，俗稱氨水，請類比氯水，探究氨水的成分與性質。并思考液氨是否是氨水。

【生】氨水中有刺激性氣味，說明氨水中含有氨分子；氨水遇酚酞溶液變紅，說明氨水呈堿性含有OH - ，說明氨氣與水反應生成一種堿，堿電離出OH - ，說明氨氣與水反應是可逆反應。

故氨水中應該共有六種粒子，分別是NH 3 、H 2 O、NH 3 ·H 2 O、NH + 4 、OH - 、H + 。

液氨是液化后的氨氣，為純凈物，而氨水是氨氣溶于水后的混合物，二者不是同一物質。

【師】請同學們嘗試用符號表征書寫氨氣溶于水的可逆方程式，注意氨水不穩(wěn)定，受熱易分解，并嘗試寫出氨水分解的化學方程式。

【生】

【師】補充：1 mol/L氨水中NH 3 ·H 2 O的濃度小于1 mol/L，溶液中所有粒子的濃度和為1 mol/L。三種粒子濃度比較為c （OH - ）> c （NH + 4 ）> c （H + ）。由此可見，氨水呈堿性，那么氨易與哪類物質反應？

【生】酸。

評價方式：通過對氨水中粒子成分的探究，引導學生從微觀的角度學習氨水，加強學生的“宏觀—微觀—符號”三重表征意識，突破教學難點，培養(yǎng)學生“變化觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學生信息整合能力和高階思維能力。

反思與創(chuàng)新：如何判定反應方程式可逆？如何檢驗生成的氨水為弱堿？氨水能否作為氮肥？并與之前學過的Cl 2 、CO 2 、SO 2 溶于水后溶液中的粒子進行比較。

學習任務 3：從物質的分類角度探究氨氣與酸反應

實驗探究2：氨與濃鹽酸的空瓶生煙實驗。

【師】注意觀察實驗現(xiàn)象，并根據(jù)堿性氧化物與酸反應的通性猜測生成物質的種類，嘗試用符號表征寫出有關反應，并嘗試找出濃氨水還可以和哪些酸反應做空瓶生煙實驗？

【生】氨氣是堿性氣體與濃鹽酸反應會產生白煙，生成銨鹽，觸摸集氣瓶外壁發(fā)熱，說明反應放熱。方程式為：NH 3 + HCl = NH 4 Cl

【師】補充：通過酸堿中和反應生成鹽和水，可逆向推斷出氨是氣態(tài)堿，其反應本質是堿與酸反應生成鹽。濃氨水可以與易揮發(fā)性酸反應產生大量的白煙。故氨氣還可以和濃硝酸反應。

追問：若氨氣泄漏，應如何處理，請結合剛才所學知識給出簡便方法。

【生】用水溶解或用酸中和。

【師】補充：工業(yè)上，氨氣用水吸收，因為水的成本低且效果明顯，還能在氨水中提取氨得到循環(huán)的效果。[4]

評價體系：注意濃氨水與濃鹽酸的用量，實驗操作的規(guī)范程度以及裝置的氣密性檢驗作為評價標準。

設計意圖：揮發(fā)性酸與氨氣反應產生白煙現(xiàn)象能很好地吸引學生的動手操作實驗的興趣，培養(yǎng)學生動手操作能力。氨氣泄漏的處理與氨氣循環(huán)利用，培養(yǎng)學生“綠色化學”的環(huán)保意識，體現(xiàn)化學與環(huán)境、社會的密切聯(lián)系。通過培養(yǎng)學生科學探究、科學態(tài)度與社會責任素養(yǎng)，倡導課程標準中STSE的教育思想。

反思與創(chuàng)新：濃氨水與濃硫酸是否能做空瓶生煙實驗？實驗現(xiàn)象是什么？工業(yè)上氯化銨氨肥如何制造？

學習任務4：從化合價的角度探究氨氣的還原性

【師】類比硫的氫化物H 2 S的化學性質及S的化合價，推測NH 3 的化學性質。

【生】NH 3 中氮元素為-3價，是氮的最低價態(tài)，所以NH 3 具有還原性。

【師】PPT：性質可以決定用途，我們通過觀察一下工業(yè)制硝酸的流程深入了解 NH 3 的性質。NH 3 →NO→NO 2 →HNO 3

實驗探究3：在酒精燈上加熱鉑絲后插入盛有濃氨水的錐形瓶中，觀察現(xiàn)象注意是否有紅棕色氣體生成。

【生】鉑絲保持紅熱，沒有看到紅棕色的氣體，而是在濃氨水的液面上方緩緩生成了白色煙霧。

【師】鉑絲為什么持續(xù)紅熱呢？生成的白煙是什么？為什么沒有看到紅棕色氣體？你能用符號表征的形式寫出反應嗎？

【生】討論：沒有看到紅棕色氣體，是由于氨在鉑絲催化下氧化生成的NO與O 2 結合生成NO 2 ，NO 2 與空氣中的水蒸氣生成HNO 3 ，HNO 3 再與濃氨水揮發(fā)出的氨氣結合生成NH 4 NO 3 ，鉑絲持續(xù)紅熱說明反應放熱，生成的白煙是NH 4 NO 3。

催化氧化氨的方程式：

4NH 3 +5O 2 = 4NO+6H 2 O

【師】從N元素化合價和物質類別兩個維度評價學生的回答，初步構建“N元素價—類”二維坐標圖（見圖2）。

【師】提示：Pt催化氧化氨生成NO，NO再被氧化成NO 2 ，NO 2 溶于水生成硝酸，硝酸與氨氣生成硝酸銨，這是工業(yè)上合成硝酸進而生產硝態(tài)氮肥的方法，也可制作TNT，同時也是霧霾（NH 4 NO 3 ）的成因。

評價體系：鉑絲的加熱過程，所用加熱焰層的判定，插入到氨氣瓶的速度，以及所呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象的明顯程度作為評定標準。

設計意圖：根據(jù)氧化還原反應原理，從氮的化合價角度推斷氨具有還原性。學生推測的現(xiàn)象與實際不一致，通過討論了解化學反應的層次性。根據(jù)證據(jù)推理，知道氨氣的催化氧化是工業(yè)制硝酸的步驟之一，引發(fā)學生的認知沖突，培養(yǎng)學生變化觀念與科學探究的素養(yǎng)。通過氨氣與酸反應轉化為銨態(tài)氮及氨氣發(fā)生氧化還原反應生成硝態(tài)氮，畫出N元素價—類二維坐標圖，幫助學生更好地理解物質間的轉化關系。

反思與創(chuàng)新：類比鉑絲在氨和氧氣的混合條件下促使氨氣氧化，思考換成銅絲反應能否進行？如何利用氨除去空氣中的氮氧化物？

4. 板塊3的實施——基于物質的特性從認識思路進階學習銨鹽

【師】回顧侯氏制堿法中生成的氯化銨便是典型的銨鹽之一，也是農作物在從自然界以外人工合成含氮物質促進其生長發(fā)育的途徑，也是人工氮循環(huán)的途徑。展示各種銨鹽樣品。請從顏色、狀態(tài)、溶解性方面討論銨鹽的性質。

【生】討論：這些銨鹽都是白色或無色晶體。銨鹽都是典型的離子化合物故易溶于水。

學習任務5：測定銨鹽水溶液的pH

實驗探究4：將學生分為六個小組，三個小組用pH試紙測定氨鹽水溶液，另三個小組用pH計測定，完成后小組交流討論。

【生】銨鹽水溶液pH小于或等于7，溶液呈酸性（氯化銨、硫酸銨）或接近中性（碳酸銨、碳酸氫銨）。

【師】銨鹽類氮肥是銨態(tài)氮肥，故長期施用銨態(tài)氮肥會使土壤呈酸性，不利于植物生長。結合初中學過的碳酸銨、碳酸氫銨受熱易分解，請思考銨態(tài)氮肥如何使用和保存？其原因是什么？

【生】使用時要深埋于土壤中且不在中午陽光充足時施肥，防止銨態(tài)氮肥分解氨氣逸散到空氣中。銨態(tài)氮肥要選擇包裝密閉性良好的袋子保存在陰涼通風的地方。

評價方式：以銨鹽的溶解過程操作、玻璃棒的使用方法、測驗后pH試紙的對比過程，以及用電子pH計標準操作過程和實驗結束后pH計的清洗作為評價標準。

反思與創(chuàng)新：氨極易溶于水，氨水為什么不能成為氮肥的主角？如何改變銨態(tài)氮肥包裝袋使肥料保存效果最佳？實驗探究5：加熱氯化銨晶體。

【師】加熱時在試管底部消失的氯化銨是否是試管上部凝結的白色固體？如何檢驗成分？這是升華嗎？

PPT：氯化銨的分解溫度是 237.8 ℃，熔點為338 ℃（升華），沸點為520 ℃。

【生】由數(shù)據(jù)可知，加熱氯化銨時未到其熔沸點就已發(fā)生分解，上述現(xiàn)象是氯化銨的分解而不是升華。

【師】大多數(shù)銨鹽受熱會發(fā)生分解生成NH 3 ，但也有個別例外，如NH 4 NO 3 分解受到溫度影響而產物不同。

追問：如何檢驗試管上部的白色固體是氯化銨？

【生】討論：銨鹽都能與堿反應生成氨，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗。

【師】PPT：銨鹽與堿反應的離子方程式：

NH + 4 + OH - = NH 3 ↑+ H 2 O

氨氣顯堿性，可使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，故實驗室會用濃堿檢驗銨鹽中的銨根離子。

評價方式：通過銨鹽的溶解過程操作，玻璃棒的使用方法，以及測驗后pH試紙的對比過程作為評價標準。

反思與創(chuàng)新：如何施銨態(tài)氮肥效果最好？若過度使用化肥會導致什么現(xiàn)象？

實驗探究6：檢驗試管口冷凝的白色固體。

【生】取少量白色固體于試管中，加水溶解，滴入稀硝酸酸化的AgNO 3 溶液，有白色沉淀產生；另取少量白色固體與熟石灰混合，放入試管中加熱，將濕潤的紅色石蕊試紙放在試口，變藍。所以白色固體中含有Cl - 、NH + 4 ，這是氯化銨固體。

【師】氯化銨化受熱分解為氯化氫和氨氣，遇冷時則又結合為氯化銨，這是分解不是升華。銨鹽類氮肥不能與堿性物質（如草木灰）混合存放、使用，不宜在堿性土壤中施用。

評價方式：通過將白色固體溶解的過程，滴定的量與速度以及操作標準，混合加熱的火焰層和濕潤試紙的放置位置作為評價標準。

反思與創(chuàng)新：根據(jù)上述實驗，設計一個檢驗未知溶液中是否含有銨根離子的實驗方案（見圖3）。

氮肥除了銨態(tài)氮肥和硝態(tài)氮肥（NO - 3 ）嘗試分析有機態(tài)氮肥尿素的成分。

設計意圖：通過一系列的實驗探究，使學生了解銨鹽的性質，明確過度施用氮肥會釋放氨氣，提升學生的科學探究能力和社會責任感。強化學生能對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結論；能和同學合作完成實驗交流實驗探究的成果，提出探究或改進實驗的設想。強化學生發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學問題，能依據(jù)探究目的設計并優(yōu)化實驗方案。

學習任務6：設計實驗室制備氨氣的方法

【師】請同學們根據(jù)銨根離子的檢驗，設計合理的操作步驟。

實驗探究7：將學生分成六組，兩組用氯化銨與氫氧化鈣混合加熱制氨氣如圖4所示。另兩組加熱濃氨水制氨氣如圖5所示，最后兩組用濃氨水與生石灰制氨氣如圖6所示。

【師】你能從原料來源、處理效果、花費成本、產物循環(huán)利用方面比較方案的優(yōu)劣嗎？

【生】討論：圖4、5中用酒精燈加熱，浪費能源。圖6中采用濃氨水和生石灰，原料來源廣泛且快速產生氨氣，效果明顯。

【師】用向下排空法收集氨氣，為什么在試管口塞上一團棉花？

【生】防止NH 3 與空氣對流而泄漏，以便收集到較純凈的氨氣。

【師】小結：銨鹽都能與堿反應生成氨，這是實驗室制取氨的原理。同時也要注意尾氣處理，防止氨氣溢散到空氣中使人中毒且污染環(huán)境。

拓展：工業(yè)合成氨開創(chuàng)者哈伯曾三次獲得諾貝爾獎，為解決世界的糧食低產問題做出了巨大貢獻，但哈伯在第一次世界大戰(zhàn)時幫助俄國做氯的毒氣罐，[5]也使世界造成了巨大的傷害。我們學習知識是為了使生活的世界更美好，與自然相處得更和諧，希望同學們在今后的學習旅途中，不忘初心。

評價方式：能準確設計出三種實驗的步驟，能安裝出實驗裝置，能和同學交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進實驗的設想。

反思與創(chuàng)新：如何改進制備氨氣的裝置？

設計意圖：從實驗室檢驗銨鹽的方法后變式到氨氣的三種實驗室制法。培養(yǎng)學生宏觀辨識和微觀探析、證據(jù)推理的素養(yǎng)，工業(yè)合成氨對社會發(fā)展的價值和環(huán)境的影響，有意識地滲透資源合理利用和環(huán)境保護意識，培養(yǎng)學生科學態(tài)度和社會責任感。

5. 課堂小結

【師】本節(jié)課從物質類別、元素的價態(tài)、特征三個角度認識了氨和銨鹽的化學性質，今后遇到一種新的無機物該如何研究其性質？

【生】建構價—類二維坐標進行多視角研究。

【師】通過國家時政的落實、引入相關的工農業(yè)生產、生活的真實案例（化肥、霧霾）感知現(xiàn)象，預測無機物的物理性質和化學性質，再通過實驗探究獲取證據(jù)來證實物質的性質，在實際應用中趨利避害。最后通過哈伯對世界的貢獻與危害，樹立正確的價值觀。

設計意圖：首尾呼應，引導學生自主歸納本節(jié)所學知識，落實進階性的知識水平和認識思路。本節(jié)課將氨和銨鹽知識之間的邏輯關系組織起來，實現(xiàn)知識的進階；并通過侯氏制堿法為教學暗線，深化對氨和銨鹽及其變化的本質的認識，進一步培養(yǎng)抽象思維，通過證據(jù)推理過程，促使學生建構和形成化學學科的核心觀念，實現(xiàn)核心知識的進階性學習。提升對元素及其化合物知識的認知水平。

四、設計特點

1. 設置化學前沿性知識的教學情景

化學教育教學的目的是培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要以教師的教學為支撐。優(yōu)質課堂教學是由創(chuàng)設教學情景開始的。前沿性化學知識作為教學情境，貼切普通高中化學課程標準中對化學課程內容有時代性的體現(xiàn)，[6] 使教學內容的廣度和深度都有所提高；不僅可以幫助教師提升自身科學素養(yǎng)與學科知識的擴充，有利于教師的終身學習；還可以促進學生的全面發(fā)展，用化學界發(fā)展的最新知識吸引學生的學習興趣，拓展學生的知識面，有利于激發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力。通過接觸氨的前沿性科研成果或正在研究的課題，既有利于學生化學學科的核心素養(yǎng)的落實，又進一步加深了學生對學習化學知識應用于實際生活的深刻認知，同時也能對學生未來的職業(yè)規(guī)劃產生深刻的指引，引導學生樹立正確的科學態(tài)度與嚴謹求實的科學觀，通過國內的化學家引導學生利用“氨柴油”發(fā)動機減少碳排放的時事熱點問題樹立崇高的職業(yè)理想與愛國情懷。

2. 在教學中淡化教師的演示實驗與學生必做實驗的界限

化學實驗教學是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)中關鍵能力的主要落實點，可以培養(yǎng)學生的科學探究能力、創(chuàng)新意識能力、證據(jù)推理能力、問題解決能力和科學思維能力等，其中問題解決能力是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的關鍵能力之一，也是養(yǎng)成高階思維能力的重要支撐。[7] 最好的教學過程就是激發(fā)學習興趣讓學生主動去學習，培養(yǎng)學生學會學習，而學生親自動手進行實驗可以培養(yǎng)學生規(guī)范使用儀器和正確操作方法，讓學生全神貫注深刻理解化學反應現(xiàn)象背后的原理，[8] 其對學生實驗過程中提出的問題要符合學生的最近發(fā)展區(qū)要求，即提出的問題即能引發(fā)學生的思考，又能不超過學生知識及能力范圍的上限。本節(jié)課的實驗很好地貼切了學生現(xiàn)有水平，結合初中氮肥知識和硫、氯等非金屬元素的性質來推測和用實驗驗證。學生所做實驗也不一定僅局限于課堂中，還可以在生活中尋找相似的現(xiàn)象用化學知識去解決，如銨鹽類化肥要埋在土壤中使用防止揮發(fā)出氨氣，且不可長期使用因為銨鹽類氮肥多數(shù)呈酸性，會使土壤不適宜農作物生長。

3. 基于學生最近發(fā)展區(qū)的知識進階性學習

維果斯基曾說過“好的教學走在發(fā)展的前面”，教師在學生最近發(fā)展區(qū)中的教學作用是有創(chuàng)造性的，不僅要創(chuàng)設最佳的教學情境，還要設計符合學生認知發(fā)展水平的實驗及實驗背后蘊含的知識，以及對應素養(yǎng)能力的提升。[9]

通過最近發(fā)展區(qū)建構學習模型可以將化學核心素養(yǎng)融入知識進階性，而知識的進階可以從基本概念、核心概念到大概念層級式學習無機化合物知識，建構核心素養(yǎng)下的概念層級表，具體如表3所示：

概念間的整合是為了習得化學本源性知識，進行知識的遷移，運用所學習的知識解決問題并可以有一定的創(chuàng)新應用，而主要運用的是核心概念?？梢杂脠D7表示學生學習的進階。[10]

知識的進階性學習，不僅讓學生認識思路呈層級發(fā)展，同時也揭示了學生的現(xiàn)有知識水平和生活經驗，可以真正地將學生所學的化學知識運用到生活中，解決社會的熱點問題。如通過氨和銨鹽基礎知識的學習與理解，分析氨和銨根的結構用實驗來驗證性質，最后進行所學知識的遷移——霧霾天氣怎樣緩解，從減少不必要氨氣釋放和污染物排放開始，幫助學生獲得高水平的認知，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維，養(yǎng)成學生終身學習的良好習慣。在教學設計中知識的進階性，應盡量用較少的概念詮釋較深的教學內容，以滿足不同層次學生的全面發(fā)展。[11]

4. 關注實驗反思與創(chuàng)新促進證據(jù)推理素養(yǎng)發(fā)展

證據(jù)推理是提升學生素養(yǎng)的外顯活動，活動是學生學習的內容也是學生創(chuàng)新的開端。實驗教學的評價體系由三部分構成，分別是教師評價，小組間評價和自我評價。三者分數(shù)占比權重教師最大。通過對學生操作實驗的評價可以很好地激發(fā)學生的所學知識以外顯的實驗表示出來，引導學生對實驗現(xiàn)象的分析，各證據(jù)間的推理。完善學生的認知，通過實驗證據(jù)改變學生在固有認知的偽科學觀點，彌補化學思維。通過適當?shù)膶嶒灢僮髟u價拓寬學生的認識視角和認識思路，深層次地培養(yǎng)學生的證據(jù)推理能力。[12]化學實驗反思是反思學習的一個重要方面，促進學生對實驗邏輯認識的進一步深化。而實驗的創(chuàng)新則是在反思的基礎上針對某一思想的啟發(fā)而進行的實驗改進方案，是學生積極主動的學習化學知識、認識化學本源性問題、解決實際化學問題的重要實踐活動，是拓展學生證據(jù)推理能力的重要方式。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018.

[2] 杜博. 基于“證據(jù)推理和模型認知”的元素化學教學——以氨和銨鹽為例[J]. 化學教與學，2020（10）：77-80，72.

[3] 梁曉華. 以“問題—預測—實踐”為主線發(fā)展學生的認知能力——以“氨及銨鹽的性質探究”為例[J]. 化學教與學，2021（14）：51-55.

[4] 莊曉松，王祖浩. 基于證據(jù)推理的金屬化學性質教學[J].化學教學，2021（8）：47-51.

[5] 李美星. 高中化學教學中融入學科前沿知識的研究[D].南京：南京師范大學，2015.

[6] 中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018.

[7] 黃恭福，鄒海龍. 學科核心素養(yǎng)視域下的中學化學實驗教學研究綜述[J].化學教學，2020（2）：24-28，50.

[8] 汪阿戀，吳新建，張賢金，葉燕珠. 高中化學必做實驗的實驗體系及教育價值探析——以“配制一定物質的量濃度的溶液”實驗為例[J]. 化學教學，2021（10）：60-63，67.

[9] 劉寧，余勝泉. 基于最近發(fā)展區(qū)的精準教學研究[J]. 電化教育研究，2020，41（7）：77-85.

[10]王磊. 基于學生核心素養(yǎng)的化學學科能力研究[M]. 北京：北京師范大學出版社，2017.

[11] 童文昭，鄒國華，楊季冬. 基于學習進階視角的化學核心概念的界定——以“物質結構”為例[J]. 化學教學，2019（2）：3-7.

[12] 楊林全. 初中化學教學中“證據(jù)推理”素養(yǎng)的培育——以“酸和堿的中和反應”為例[J]. 化學教學，2021（6）：49-54.