构建化学观念 打造探究课堂——以“硝酸的性质”为例

姜 孟

（台州市椒江区台州市第一中学 浙江台州 318000）

构建化学观念 打造探究课堂
——以“硝酸的性质”为例

姜 孟

（台州市椒江区台州市第一中学 浙江台州 318000）

基于微粒观建构，渗透元素观和哲学观，形成“探索硝酸将铜氧化的微粒”的主题，从而实现课堂教学探究化。关键词：观念建构；硝酸；探究教学

化学观不是对知识的简单建构而是对化学基本思想和方法的综合与提升，通过对硝酸将铜氧化微粒的探索，形成元素观和微粒观。通过设置悬疑、实验探究、猜想验证等方法，使课堂教学探究化，通过对比分析，渗透量变到质变、对立统一的哲学观。

一、设计思路和教学过程流程图

设置悬疑 （神秘液体）→演示实验1→含有氮、氧元素→演示实验2→含有氢元素→计算推断→揭秘硝酸分子式→学生实验1→探索硝酸与金属的反应→硝酸将铜氧化微粒的探索 （猜想→演示实验3→再猜想→演示实验4→再猜想→学生实验2）→归纳提升，建构观念，形成价值观。其教学过程流程图如下：

图1 “硝酸的性质”教学过程流程图

二、课堂实录

1．探究硝酸中的元素，构建元素观

（1）设置悬疑，激发探究欲望

展示一瓶神秘液体——白纸覆盖标签并设问：这瓶液体是什么物质？

通过看一看，闻一闻，感知色、味、态。

（2）探究硝酸的分子式，构建元素观

实验探索一（演示实验1）：加热神秘液体（注：发烟硝酸），观察现象，用带火星的木条伸入试管，接近液面，观察现象。

现象与结论：加热神秘液体，有红棕色气产生，说明有NO2产生，带火星的木条复燃，可能有氧气产生（限于高一学生的知识水平）。根据判断得出结论：产物中有NO2、O2，则该神秘物质中有N、O元素。

设问：根据该物质的状态，猜想它还有哪些元素？发散思维：可能有H元素等。

追问：如何检验该物质中含有H元素。学生讨论：pH试纸、指示剂、蓝色石蕊试纸等。

实验探索二（演示实验2）：用湿润的蓝色石蕊试纸靠近瓶口。

现象与结论：湿润的蓝色石蕊试纸变红色，可推知该物质显酸性，则含有H元素。

过渡设问：该神秘液体到底是什么物质呢？

（3）计算破疑，标签揭秘

若6．3g该神秘液体受热分解，得到NO2气体、0．8gO2和0．9gH2O，求其可能的化学式。

根据质量守恒和原子守恒可求得其H、N、O的原子个数比为1∶1∶3，其化学式可能为HNO3，果真如此吗？

揭开覆盖的纸，暴露标签→揭秘。

过渡设问：想知道这种酸能与哪些物质反应吗？

2．探索硝酸将铜氧化的微粒，构建微粒观

（1）引出从微粒的角度去思考，激发探究意识

实验探索三（学生实验1）：选择较活泼金属铝和较不活泼金属铜，按如下图装置进行实验（为了增强实验操作的可控性：向下插入金属丝，观察现象，向上抽离金属丝让反应停止）。

图2 金属丝与浓硝酸反应装置图

现象与结论：铝丝表面开始有少量气泡，随后无明显现象，铜丝插入浓硝酸的现象为：铜丝溶解、产生红棕色气体、溶液变为绿色。说明铝丝被钝化，铜丝被氧化，能将铜氧化，说明了浓硝酸具有强氧化性。

【深度思考与讨论】浓硝酸中可能含有哪些微粒？将铜氧化的是哪种微粒？

讨论所得结论：可能的微粒为H+、NO3-、HNO3。根据铜与硝酸的反应现象排除掉H+将铜氧化的可能性，将铜氧化的可能微粒是NO3-、HNO3。

过渡性设问：硝酸属强电解质还是弱电解质？如果加水稀释，硝酸会完全电离吗？知识回忆与铺垫：硝酸属强电解质，在水中完全电离，如果加水稀释，硝酸完全电离，溶液中不存在HNO3分子（限于高中生的知识结构）。

（2）实验探究，缩小“侦探”范围，猜想→验证。

【实验探索四】演示实验3

取浓硝酸1mL，加2倍体积的水稀释，再插入铜丝。

图3 铜丝与稀硝酸反应装置图

现象与结论：铜片溶解，溶液变为蓝色，有无色气体产生，逐渐变为红棕色。硝酸属强电解质，加水稀释后的溶液无HNO3分子，但稀释后的硝酸仍能与铜片反应，说明将铜片氧化的微粒不是HNO3，是什么呢？学生回答是NO3-。果真如此吗？

【实验探索四】演示实验4

向盛有铜片的试管中滴加硝酸钠溶液。

现象与结论：无明显现象，说明NO3-不能将铜氧化。学生显得迷惑，急切想知道硝酸将铜氧化的微粒。

3．设计方案，实验探索，综合分析，构建哲学观

（1）设计实验方案，进行实验探究

让学生设计实验方案，探究硝酸将铜氧化的微粒。

学生设计方案一：先将铜片加入到硝酸盐溶液中，再加入稀硫酸。

学生设计方案二：先将铜片加入到稀硫酸中，再加入硝酸钠溶液。

【实验探索五】学生实验2

图4 铜与硝酸钠溶液、稀硫酸混合反应的装置图

学生按照自己的设计方案进行实验：有的小组向硝酸钠溶液中加入铜片，再加入硫酸；有的小组向硫硫中加入铜片，再加入硝酸钠。待有明显现象后，将Y型管倾斜，使铜片与溶液分离。

现象：铜与硝酸钠溶液不能反应，与硫酸也不反应，但将两者混合后却能发生反应，且与铜跟硝酸反应的现象相同。

（2）综合分析，形成对立统一的哲学观

讨论分析、得出结论：只有H+不能将铜氧化，只有NO3-也不能将铜氧化，二者结合，可将铜氧化，说明将铜氧化的微粒是H+和NO3-的共同作用。

这样的实验探索，让学生体会到化学实验现象是外在表现，而微粒的作用才是化学反应的内在本质。通过设置悬疑，在探索硝酸将铜氧化的微粒的过程中，建立了微粒观，培养学生的探索精神。

4．迁移、应用与提升

（1）运用比较法，巧记化学方程式

请根据现象分析铜与浓、稀硝酸反应的共同产物和不同产物，并配平化学方程式。

方程式一：Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

方程式二：3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+ 4H2O

利用数字巧记忆，方程式一：4=2×2；即系数为1、4、1、2、2。方程式二：3×8=24，即系数为3、8、3、2、4。

（2）迁移与应用

Al遇浓硝酸钝化，遇稀硝酸反应。如果替换为铁，与铝类似；如果替换为Mg和Zn等活泼金属呢？比我们想的要复杂，如果替换为Ag呢？与铜反应类似。如果替换为Pt和Au呢？不能与浓、稀硝酸反应。如果要想把Pt和Au溶解，需要溶解能力更强的王水。

拆分汉字巧记忆。王水中的王的三横代表浓盐酸的体积，一竖代表浓硝酸的体积，二者按照体积比3∶1混合而成。玻尔利用王水，巧妙藏金。

故事激趣，激发爱国情操和学习科学的热情：玻尔是丹麦著名的科学家，曾获得诺贝尔奖。二战中，玻尔被迫离开将要被德国占领的祖国。他将诺贝尔金质奖章溶解在一种溶液里。后来，纳粹分子窜进玻尔的住宅，那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下，他们却一无所知。战争结束后，玻尔又从溶液中提取出金，重新铸成奖章。铸成的奖章显得更加灿烂夺目。因为凝聚着玻尔对祖国无限的热爱和无穷的智慧！

感受生活，解释现象：播放硝酸的相关视频，了解硝酸与生活的关系，并解释现象。

（3）归纳与提升

课堂归纳与提升：谈谈你的体会和感想（这节课你有哪些收获？）

知识收获：硝酸的强化性，硝酸的氧化性是由氢离子和硝酸根共同作用的。

过程与方法收获：猜想→验证→假设→验证……→得出科学结论，学会比较，形成方法。

情感态度和价值观收获：能从微粒的角度去认识物质的化学性质，对量变→质变的哲学观有了初步认识。

板书设计：

图5 板书设计

5．回扣实验现象，激发再探究的欲望

展示教学过程中的演示实验，再次提出新问题，激发学生再探究的欲望。

图6 浓硝酸加热分解及分解产物检验装置图

使带火星的木条复燃真的是氧气吗？NO2会支持燃烧吗？

三、教学反思

本节课基于化学观的建构，设计主题，实验探究，形成核心，建构思维课堂，把课上到了学生的记忆深处。

1．优势分析

产生好奇心，激发探究本能。好奇心是探究的本源，侦探片之所以吸引人，就是运用悬疑激起了观众“打破沙锅问到底”的好奇心。教学设计中如果我们设置悬疑，就会激发学生的好奇心，激发追根溯源的探索欲望。本节课将硝酸的标签隐去，设置悬疑，激发了学生的好奇心和探究欲望。通过猜想→验证的方式激发学生探究本能。

设计探究主题，形成注意“向心力”。通过“探索硝酸将铜氧化的微粒”，形成了一个中心主题，学生的注意力就会趋向这个中心主题，从而形成了注意的“向心力”。通过设置悬疑、实验探究、对比分析，增强了思维的深度，经过了深刻思考的东西往往会进入学生的记忆深处，在思考中提升了学生的记忆力。

2．迷惘与反思

课堂教学的可控性和不可控性的反思。课堂教学时间只有40分钟，既要完成教学任务，有一定的可控性，又要体现学生的主体地位，如果全面放开，全程让学设计实验装置、设计实验方案、教学时间将会远远超出有限的课堂教学时间。

严密性与不严密的反思。探究范围局限于中学生的认识结构，有些问题如果深究，还是有待商榷的，笔者常常存着中学教学的理想主义与科学现实之间矛盾的困惑。如通过定量计算硝酸的分子式，也只是一种理想的假设。

化学观念建构的反思。通过实验探究，建立微粒观，并伴随量变→质变等哲学观的渗透，然而观念的建构犹如“冰冻三尽，非一日之寒”，但只要中学老师坚持不懈，长期渗透，化学观念的建构一定会进入学生的心灵深处。

［1］ R．J．吉利斯皮，武永兴．化学中的主要观念 ［J］．化学教育，1998，19（4）：3-6

［2］ 赖汉龙．化学教学中探究模式的构建与实践［J］．化学教育，2007，（03）：31-33

1008-0546（2015）11-0060-03

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10.3969/j．issn．1008-0546．2015．11．019