主题大概念视角下板块任务式化学教学设计

2023-04-13杨楠楠梁永锋

化学教与学 2023年7期

杨楠楠梁永锋

摘要： “证据推理与模型认知”是化学学科核心素养维度之一，基于主题大概念教学的理念，以“氨和铵盐”为例，通过板块任务驱动式教学设计，以化学前沿知识为教学情境，以最近发展区使学生知识进阶学习，引导学生树立证据意识和能基于证据对物质的结构和性质提出假设，进而通过实验分析推理和证实，建立起证据与推理及结论的逻辑关系模型，实现学生高阶思维的培养。为中学化学主题大概念教学设计和学生高阶思维培养提供参考。

关键词：教学设计；主题大概念；高阶思维；核心素养；中学化学

文章编号：1008-0546（2023）07-0040-10 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.008

《普通高中课程方案（2017年）》明确提出“进一步精选了学科内容，重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实”。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》又重述“在必修课程阶段，突出化学基本观念（大概念）的统领作用”[1] 。由此可见大概念在教学中具有不可替代的地位和对于培养学生核心素养发挥着至关重要的作用，化学大概念居于化学学科的首要地位，对学生学习掌握化学基础知识具有引领和统摄作用。

“氨和铵盐”选自于人民教育出版社2019年出版的普通高中化学教科书必修2第五章第二节，是常见无机物及其应用主题下， “物质性质及物质转化”大概念统摄的基础知识，通过“氨和铵盐”内容的学习，使学生在掌握气态氢化物、碱、盐等核心概念的基础上，进一步理解物质的性质及物质转化的多样性。

一、教材分析

1. 素养功能定位

“物质间的转化关系”是无机物性质的主题大概念，在氮和氮的氧化物基础上，学习氮的气态氢化物（NH 3 ）及铵盐，进一步认识氮元素不同物质之间的转化关系，对深化学生理解物质性质及物质转化多样性的价值和培养学生核心素养发挥着指导作用。

在学习氨和铵盐之前，学生已经学习了物质分类与转化、离子反应、氧化还原反应、元素周期律等核心概念和理论知识，且教科书中将“氨和铵盐”编排在硫及其化合物之后，目的是通过类比预测学习氮的气态氢化物和铵盐在生产生活中的应用和对生态环境的影响，培养学生的社会责任感。引导学生通过化学反应掌握氨与铵盐的化学性质及物质间的转化关系，使学生建构从宏观到微观的“物质间的转化关系”的认识视角和认识思路的模型，通过氨和铵盐性质的实验探究培养学生的证据推理意识，从辩证的视角认识氨和铵盐的价值与危害。

2. 学情分析

从知识层面看，学生已经学习了物质的分类、离子反应、氧化还原反应和元素周期律等基础理论知识，掌握了氯、硫、钠、铁元素及其常见化合物的性质及其应用，为本节课学习氨和铵盐奠定知识基础；从能力水平看，学生已经具备了一定的实验的设计和操作能力，具有较高的科学探究素养，可以从物质的类别和元素的价态来预测无机物的性质；从心理特征上看，高一学生好奇心强，对参与实验探究有较强的渴望，在不懂或有认识偏差的知识点中有很强的求知欲。但学生对元素化合物的性质和应用的学习仅存于浅层的记忆，还没有建立起对元素及其化合物知识的认知模型，还不会很好地运用元素周期律对未知元素性质进行预测，没有从物质的类别和元素的价态的视角上预测物质的性质。另外，在学习氨和铵盐的应用与危害时没有形成认识物质要辩证的思想看待事物的两面性的认识视角。

因此，教学中通过氨气性质和用途的学习，引导学生从辩证的视角看待事物的两面性；利用对氨气和铵盐性質的实验探究，使学生能从宏观的实验现象到微观的粒子变化来学习氨和铵盐的化学性质；并通过氮的价—类二维图模型的建构，形成对氨和铵盐的系统性认识。

二、教学设计

1. 教学目标

（1）通过分析氮的结构与元素周期表中位置，预测氨的物理性质；通过喷泉实验，探究氨的物理性质，并体会“位置决定结构、性质决定用途”的内涵。

（2）了解喷泉成因，能够分析氨水中的粒子成分，知道氨水呈碱性和不稳定性；掌握氨与酸反应生成盐，了解氨是气态碱，反应本质是碱与酸反应生成盐。

（3）掌握氨的还原性，知道氨的催化氧化是工业制硝酸的基础，通过氮的价—类二维图模型建构氨与氮化物的转化关系的模型。

（4）通过铵盐水溶液pH检验，预测铵盐的性质与保存方式，能用符号表征铵盐的化学性质。通过NH 4 +的检验方式，预测氨气的制备方式，培养学生学以致用的品质。

（5）通过氨气的优点与危害可以从辩证的角度认识氨气，可以通过化学史实，让学生将学习的化学知识正确应用于生活，培养学生树立正确的价值观，培养学生的科学精神与社会责任感。

2. 评价目标

本节课的评价目标、方式和评价标准如表1所示。

3. 重点难点

（1）教学重点：氨气的性质与制备、铵根离子的检验。

（2）教学难点：氨与铵盐间的物质间转化。

5. 建构认知模型

“氨和铵盐”教学过程中，可以引导学生从宏观微观两个角度认识氨与铵盐，使学生更好地学习化学本源性知识。基于“证据推理”的核心素养从定量角度认识结构决定性质、性质决定用途的化学观念，从定性角度认识氨与水的喷泉实验、氨与酸空瓶生烟实验、氨的催化氧化反应和铵盐分解的性质。学生在寻求证据的同时促进了对氨和铵盐的深层次的理解，培养学习者的证据意识和能力，潜移默化地促进了学生对科学探究方法和科学研究本质的理解和发展，为学生后续学习化学奠定了坚实的基础，[2] 构建了表2所示的学生认知模型。

三、教学过程

1. 创设情景——多视角多维度看待氨对人类的贡献

【师】2022年3月28日，我国首台“氨柴油”发动机在清华大学成功点火，此次成功点火的发动机完全自主研发，是国内首台适用于重型卡车的氨发动机。研发团队聚焦氨燃料的燃烧特性，应用柴油喷雾引燃氨的燃烧技术，实现成功点火，正式迈出了从概念设计到产品集成的重要一步。据了解，在中、重型商用车的“降碳”方案中，动力电池成本高、续航短、整车自重大、充电“老大难”的问题突出，氢燃料电池的成本、耐久性以及燃料储运短板也严重制约其大规模应用。氨是“零碳”燃料，在存储、运输、制造方面拥有显著优势，是未来中、重型商用车领域绿色燃料的理想选择之一。很好地响应了国家提出的“双碳”战略行动计划。

氨气在我国制碱工业上有非常大的贡献。纯碱是重要的化工基本原料， “一战”后，欧洲阻断了中国进口纯碱的道路。我国开始自己探索制碱工业，经过化工专家侯德榜先生的奋斗，创新了世界制碱工业，并为之命名为“侯氏制碱法”。其过程是在氯化钠溶液中先通入氨气再通入二氧化碳气体，生成铵盐、氯化铵和碳酸氢钠，再将碳酸氢钠加热得到纯碱碳酸钠和二氧化碳。侯德榜先生发明的制碱方式优化了传统的制碱方式，还可以让二氧化碳气体循环使用，提高利用率，在制碱的同时还能制造出对农业生产有益的氨肥，可谓是一举多得。

【师】同学们发现在新型柴油机燃料的创造和20世纪我国制碱工业上都有哪种气体参与？

【生】氨气。

【师】凡事皆有利弊，我们要用辩证的思想看待问题，看待事物的两面性，我们学习化学知识也不例外。氨气也不仅仅给我们带来了好处，同时也会给我们带来一些环境上的问题。根据新闻报道，农业上过度使用氮肥也促使了雾霾天气的产生，[3] PM2.5的主要存在形式是氨和铵盐。实践是检验真理的唯一标准，下面我们通过本节课的学习，用实验探究的方法来系统地掌握氨与铵盐的性质。

设计意图：创设情景采用化学前沿性知识氨气做氨柴油机燃料与国家提出的“碳达峰”与“碳中和”政策相结合的具有现实意义的生活例子，侯氏制碱法是我们国人自己发明创造的制碱工业，也是人类科学技术发展史上的伟大成就。很好地利用了我国的科学家素材树立学生正确的偶像观，培养学生的爱国情怀。思考氨的用途和氨利弊的辩证关系，将思政教育融入化学课堂教学之中，提升学生学科思维。

2. 板块1的实施——基于“构—性—途”的认识视角学习氨的物理性质

【师】同学们能否根据上述新闻，借助之前学习的H 2 S中硫元素和元素周期律，推断一下氨的状态和分子式？

【生】氨是氮的气态氢化物，分子式是NH 3 。

【师】通过侯氏制碱法我们知道氨气是可以溶于水的，那氨气溶于水的溶解度有多大呢？如何引发噴泉实验？

学习任务1：探究氨的物理性质

实验探究1：氨气溶于水的喷泉实验。

【师】请同学们观察氨气的颜色状态，讨论产生什么现象？出现喷泉的原理是什么？氨气的溶解度大小？溶液为什么变色？

【生】实验现象：氨气无色，有刺激性气味，烧杯里的水经过玻璃管喷入圆底烧瓶，形成喷泉，烧瓶内溶液由无色变为红色。

实验原理：挤压胶头滴管，圆底烧瓶中氨气溶于滴入的少量水，使圆底烧瓶内压强减小，与外界形成压强差，在大气压的作用下烧杯中的水沿玻璃管迅速进入到烧瓶中，形成喷泉。

氨气的溶解度：形成喷泉实验的原因是装置内外压强不一致，从而使烧杯内水喷入到烧瓶，故氨气在水中的溶解度很大（在水中溶解度1∶700）。

溶液变色：因为氨气溶于水形成氨水为碱性，所以导致酚酞溶液由无色变为红色。

【师】补充：实验室的喷泉实验是气体易溶或极易溶于某种液体发生反应引起压强差。自然界中的火山喷发、生活中的音乐喷泉都是由于产生压强差而产生的现象。

【师】PPT演示：液态氨气可应用于食品保鲜、冷冻贮存的制冷剂。

新闻：某公司液氨生产车间管理不善，导致氨气泄漏致1人死亡，23人中毒。

请根据氨极易溶于水形成喷泉实验的性质，预测液氨做制冷剂的原因，并总结氨的物理性质。

【生】因为氨气易液化，且液化时放热。故液氨气化时需要吸收大量热，使周围环境温度骤降，所以液氨可以做制冷剂。

根据气体摩尔质量计算比较发现氨气密度比空气小。

氨的物理性质：无色有刺激性的有毒气体、密度比空气小、沸点低、易液化、易溶于水。

【师】结合分子的空间结构化学键、共用电子对，分析氨的性质由什么决定的？

【生】氨分子中N原子与H原子存在极性共价键，且共用电子对均偏向N原子偏离H原子。

【师】价电子层决定了氨的空间结构，氨气能溶于水是因为氨气中的氢键在水中可以相似相容。

补充：氨中有特殊的化学键，与其他物质发生反应的实质是配位的过程。

评价方式：通过探究氨气的物理性质中学生的实验操作，闻氨气时的方式是否规范；在喷泉实验的操作中，装置连接的气密性检验；以及对实验现象的解读程度作为评判标准。

设计意图：通过氨气的喷泉实验操作，吸引学生的学习兴趣，分析实验结论培养学生证据推理素养和严谨的实验操作。通过喷泉实验原理解释生活中火山喷发和音乐喷泉产生压强差引起喷泉的现象，类比让学生掌握核心知识和知识的本源性问题，知道物质的化学性质是由结构决定的。

反思与创新：还有哪些气体可以做喷泉实验？如果把圆底烧瓶改成塑料瓶，能体现氨气极易溶于水的性质吗？若把喷泉实验的引发装置的胶头滴管去掉，如何引发喷泉？

3. 板块2的实施——基于物质的类别从定性的视角认识氨的化学性质

学习任务2：探究氨水中的粒子

【师】喷泉实验我们得到了一瓶氨气的水溶液，俗称氨水，请类比氯水，探究氨水的成分与性质。并思考液氨是否是氨水。

【生】氨水中有刺激性气味，说明氨水中含有氨分子；氨水遇酚酞溶液变红，说明氨水呈碱性含有OH - ，说明氨气与水反应生成一种碱，碱电离出OH - ，说明氨气与水反应是可逆反应。

故氨水中应该共有六种粒子，分别是NH 3 、H 2 O、NH 3 ·H 2 O、NH + 4 、OH - 、H + 。

液氨是液化后的氨气，为纯净物，而氨水是氨气溶于水后的混合物，二者不是同一物质。

【师】请同学们尝试用符号表征书写氨气溶于水的可逆方程式，注意氨水不稳定，受热易分解，并尝试写出氨水分解的化学方程式。

【生】

【师】补充：1 mol/L氨水中NH 3 ·H 2 O的浓度小于1 mol/L，溶液中所有粒子的浓度和为1 mol/L。三种粒子浓度比较为c （OH - ）> c （NH + 4 ）> c （H + ）。由此可见，氨水呈碱性，那么氨易与哪类物质反应？

【生】酸。

评价方式：通过对氨水中粒子成分的探究，引导学生从微观的角度学习氨水，加强学生的“宏观—微观—符号”三重表征意识，突破教学难点，培养学生“变化观念与平衡思想”的核心素养，培养学生信息整合能力和高阶思维能力。

反思与创新：如何判定反应方程式可逆？如何检验生成的氨水为弱碱？氨水能否作为氮肥？并与之前学过的Cl 2 、CO 2 、SO 2 溶于水后溶液中的粒子进行比较。

学习任务 3：从物质的分类角度探究氨气与酸反应

实验探究2：氨与浓盐酸的空瓶生烟实验。

【师】注意观察实验现象，并根据碱性氧化物与酸反应的通性猜测生成物质的种类，尝试用符号表征写出有关反应，并尝试找出浓氨水还可以和哪些酸反应做空瓶生烟实验？

【生】氨气是碱性气体与浓盐酸反应会产生白烟，生成铵盐，触摸集气瓶外壁发热，说明反应放热。方程式为：NH 3 + HCl = NH 4 Cl

【师】补充：通过酸碱中和反应生成盐和水，可逆向推断出氨是气态碱，其反应本质是碱与酸反应生成盐。浓氨水可以与易挥发性酸反应产生大量的白烟。故氨气还可以和浓硝酸反应。

追问：若氨气泄漏，应如何处理，请结合刚才所学知识给出简便方法。

【生】用水溶解或用酸中和。

【师】补充：工业上，氨气用水吸收，因为水的成本低且效果明显，还能在氨水中提取氨得到循环的效果。[4]

评价体系：注意浓氨水与浓盐酸的用量，实验操作的规范程度以及装置的气密性检验作为评价标准。

设计意图：挥发性酸与氨气反应产生白烟现象能很好地吸引学生的动手操作实验的兴趣，培养学生动手操作能力。氨气泄漏的处理与氨气循环利用，培养学生“绿色化学”的环保意识，体现化学与环境、社会的密切联系。通过培养学生科学探究、科学态度与社会责任素养，倡导课程标准中STSE的教育思想。

反思与创新：浓氨水与浓硫酸是否能做空瓶生烟实验？实验现象是什么？工业上氯化铵氨肥如何制造？

学习任务4：从化合价的角度探究氨气的还原性

【师】类比硫的氢化物H 2 S的化学性质及S的化合价，推测NH 3 的化学性质。

【生】NH 3 中氮元素为-3价，是氮的最低价态，所以NH 3 具有还原性。

【师】PPT：性质可以决定用途，我们通过观察一下工业制硝酸的流程深入了解 NH 3 的性质。NH 3 →NO→NO 2 →HNO 3

实验探究3：在酒精灯上加热铂丝后插入盛有浓氨水的锥形瓶中，观察现象注意是否有红棕色气体生成。

【生】铂丝保持红热，没有看到红棕色的气体，而是在浓氨水的液面上方缓缓生成了白色烟雾。

【师】铂丝为什么持续红热呢？生成的白烟是什么？为什么没有看到红棕色气体？你能用符号表征的形式写出反应吗？

【生】讨论：没有看到红棕色气体，是由于氨在铂丝催化下氧化生成的NO与O 2 结合生成NO 2 ，NO 2 与空气中的水蒸气生成HNO 3 ，HNO 3 再与浓氨水挥发出的氨气结合生成NH 4 NO 3 ，铂丝持续红热说明反应放热，生成的白烟是NH 4 NO 3。

催化氧化氨的方程式：

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

【师】从N元素化合价和物质类别两个维度评价学生的回答，初步构建“N元素价—类”二维坐标图（见图2）。

【师】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，硝酸与氨气生成硝酸铵，这是工业上合成硝酸进而生产硝态氮肥的方法，也可制作TNT，同时也是雾霾（NH 4 NO 3 ）的成因。

评價体系：铂丝的加热过程，所用加热焰层的判定，插入到氨气瓶的速度，以及所呈现实验现象的明显程度作为评定标准。

设计意图：根据氧化还原反应原理，从氮的化合价角度推断氨具有还原性。学生推测的现象与实际不一致，通过讨论了解化学反应的层次性。根据证据推理，知道氨气的催化氧化是工业制硝酸的步骤之一，引发学生的认知冲突，培养学生变化观念与科学探究的素养。通过氨气与酸反应转化为铵态氮及氨气发生氧化还原反应生成硝态氮，画出N元素价—类二维坐标图，帮助学生更好地理解物质间的转化关系。

反思与创新：类比铂丝在氨和氧气的混合条件下促使氨气氧化，思考换成铜丝反应能否进行？如何利用氨除去空气中的氮氧化物？

4. 板块3的实施——基于物质的特性从认识思路进阶学习铵盐

【师】回顾侯氏制碱法中生成的氯化铵便是典型的铵盐之一，也是农作物在从自然界以外人工合成含氮物质促进其生长发育的途径，也是人工氮循环的途径。展示各种铵盐样品。请从颜色、状态、溶解性方面讨论铵盐的性质。

【生】讨论：这些铵盐都是白色或无色晶体。铵盐都是典型的离子化合物故易溶于水。

学习任务5：测定铵盐水溶液的pH

实验探究4：将学生分为六个小组，三个小组用pH试纸测定氨盐水溶液，另三个小组用pH计测定，完成后小组交流讨论。

【生】铵盐水溶液pH小于或等于7，溶液呈酸性（氯化铵、硫酸铵）或接近中性（碳酸铵、碳酸氢铵）。

【师】铵盐类氮肥是铵态氮肥，故长期施用铵态氮肥会使土壤呈酸性，不利于植物生长。结合初中学过的碳酸铵、碳酸氢铵受热易分解，请思考铵态氮肥如何使用和保存？其原因是什么？

【生】使用时要深埋于土壤中且不在中午阳光充足时施肥，防止铵态氮肥分解氨气逸散到空气中。铵态氮肥要选择包装密闭性良好的袋子保存在阴凉通风的地方。

评价方式：以铵盐的溶解过程操作、玻璃棒的使用方法、测验后pH试纸的对比过程，以及用电子pH计标准操作过程和实验结束后pH计的清洗作为评价标准。

反思与创新：氨极易溶于水，氨水為什么不能成为氮肥的主角？如何改变铵态氮肥包装袋使肥料保存效果最佳？实验探究5：加热氯化铵晶体。

【师】加热时在试管底部消失的氯化铵是否是试管上部凝结的白色固体？如何检验成分？这是升华吗？

PPT：氯化铵的分解温度是 237.8 ℃，熔点为338 ℃（升华），沸点为520 ℃。

【生】由数据可知，加热氯化铵时未到其熔沸点就已发生分解，上述现象是氯化铵的分解而不是升华。

【师】大多数铵盐受热会发生分解生成NH 3 ，但也有个别例外，如NH 4 NO 3 分解受到温度影响而产物不同。

追问：如何检验试管上部的白色固体是氯化铵？

【生】讨论：铵盐都能与碱反应生成氨，用湿润的红色石蕊试纸检验。

【师】PPT：铵盐与碱反应的离子方程式：

NH + 4 + OH - = NH 3 ↑+ H 2 O

氨气显碱性，可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，故实验室会用浓碱检验铵盐中的铵根离子。

评价方式：通过铵盐的溶解过程操作，玻璃棒的使用方法，以及测验后pH试纸的对比过程作为评价标准。

反思与创新：如何施铵态氮肥效果最好？若过度使用化肥会导致什么现象？

实验探究6：检验试管口冷凝的白色固体。

【生】取少量白色固体于试管中，加水溶解，滴入稀硝酸酸化的AgNO 3 溶液，有白色沉淀产生；另取少量白色固体与熟石灰混合，放入试管中加热，将湿润的红色石蕊试纸放在试口，变蓝。所以白色固体中含有Cl - 、NH + 4 ，这是氯化铵固体。

【师】氯化铵化受热分解为氯化氢和氨气，遇冷时则又结合为氯化铵，这是分解不是升华。铵盐类氮肥不能与碱性物质（如草木灰）混合存放、使用，不宜在碱性土壤中施用。

评价方式：通过将白色固体溶解的过程，滴定的量与速度以及操作标准，混合加热的火焰层和湿润试纸的放置位置作为评价标准。

反思与创新：根据上述实验，设计一个检验未知溶液中是否含有铵根离子的实验方案（见图3）。

氮肥除了铵态氮肥和硝态氮肥（NO - 3 ）尝试分析有机态氮肥尿素的成分。

设计意图：通过一系列的实验探究，使学生了解铵盐的性质，明确过度施用氮肥会释放氨气，提升学生的科学探究能力和社会责任感。强化学生能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论；能和同学合作完成实验交流实验探究的成果，提出探究或改进实验的设想。强化学生发现和提出有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案。

学习任务6：设计实验室制备氨气的方法

【师】请同学们根据铵根离子的检验，设计合理的操作步骤。

实验探究7：将学生分成六组，两组用氯化铵与氢氧化钙混合加热制氨气如图4所示。另两组加热浓氨水制氨气如图5所示，最后两组用浓氨水与生石灰制氨气如图6所示。

【师】你能从原料来源、处理效果、花费成本、产物循环利用方面比较方案的优劣吗？

【生】讨论：图4、5中用酒精灯加热，浪费能源。图6中采用浓氨水和生石灰，原料来源广泛且快速产生氨气，效果明显。

【师】用向下排空法收集氨气，为什么在试管口塞上一团棉花？

【生】防止NH 3 与空气对流而泄漏，以便收集到较纯净的氨气。

【师】小结：铵盐都能与碱反应生成氨，这是实验室制取氨的原理。同时也要注意尾气处理，防止氨气溢散到空气中使人中毒且污染环境。

拓展：工业合成氨开创者哈伯曾三次获得诺贝尔奖，为解决世界的粮食低产问题做出了巨大贡献，但哈伯在第一次世界大战时帮助俄国做氯的毒气罐，[5]也使世界造成了巨大的伤害。我们学习知识是为了使生活的世界更美好，与自然相处得更和谐，希望同学们在今后的学习旅途中，不忘初心。

评价方式：能准确设计出三种实验的步骤，能安装出实验装置，能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想。

反思与创新：如何改进制备氨气的装置？

设计意图：从实验室检验铵盐的方法后变式到氨气的三种实验室制法。培养学生宏观辨识和微观探析、证据推理的素养，工业合成氨对社会发展的价值和环境的影响，有意识地渗透资源合理利用和环境保护意识，培养学生科学态度和社会责任感。

5. 课堂小结

【师】本节课从物质类别、元素的价态、特征三个角度认识了氨和铵盐的化学性质，今后遇到一种新的无机物该如何研究其性质？

【生】建构价—类二维坐标进行多视角研究。

【师】通过国家时政的落实、引入相关的工农业生产、生活的真实案例（化肥、雾霾）感知现象，预测无机物的物理性质和化学性质，再通过实验探究获取证据来证实物质的性质，在实际应用中趋利避害。最后通过哈伯对世界的贡献与危害，树立正确的价值观。

设计意图：首尾呼应，引导学生自主归纳本节所学知识，落实进阶性的知识水平和认识思路。本节课将氨和铵盐知识之间的逻辑关系组织起来，实现知识的进阶；并通过侯氏制碱法为教学暗线，深化对氨和铵盐及其变化的本质的认识，进一步培养抽象思维，通过证据推理过程，促使学生建构和形成化学学科的核心观念，实现核心知识的进阶性学习。提升对元素及其化合物知识的认知水平。

四、设计特点

1. 设置化学前沿性知识的教学情景

化学教育教学的目的是培养学生的化学学科核心素养，核心素养的培养要以教师的教学为支撑。优质课堂教学是由创设教学情景开始的。前沿性化学知识作为教学情境，贴切普通高中化学课程标准中对化学课程内容有时代性的体现，[6] 使教学内容的广度和深度都有所提高；不仅可以帮助教师提升自身科学素养与学科知识的扩充，有利于教师的终身学习；还可以促进学生的全面发展，用化学界发展的最新知识吸引学生的学习兴趣，拓展学生的知识面，有利于激发学生的想象力和创造力。通过接触氨的前沿性科研成果或正在研究的课题，既有利于学生化学学科的核心素养的落实，又进一步加深了学生对学习化学知识应用于实际生活的深刻认知，同時也能对学生未来的职业规划产生深刻的指引，引导学生树立正确的科学态度与严谨求实的科学观，通过国内的化学家引导学生利用“氨柴油”发动机减少碳排放的时事热点问题树立崇高的职业理想与爱国情怀。

2. 在教学中淡化教师的演示实验与学生必做实验的界限

化学实验教学是培养学生核心素养中关键能力的主要落实点，可以培养学生的科学探究能力、创新意识能力、证据推理能力、问题解决能力和科学思维能力等，其中问题解决能力是学生发展核心素养的关键能力之一，也是养成高阶思维能力的重要支撑。[7] 最好的教学过程就是激发学习兴趣让学生主动去学习，培养学生学会学习，而学生亲自动手进行实验可以培养学生规范使用仪器和正确操作方法，让学生全神贯注深刻理解化学反应现象背后的原理，[8] 其对学生实验过程中提出的问题要符合学生的最近发展区要求，即提出的问题即能引发学生的思考，又能不超过学生知识及能力范围的上限。本节课的实验很好地贴切了学生现有水平，结合初中氮肥知识和硫、氯等非金属元素的性质来推测和用实验验证。学生所做实验也不一定仅局限于课堂中，还可以在生活中寻找相似的现象用化学知识去解决，如铵盐类化肥要埋在土壤中使用防止挥发出氨气，且不可长期使用因为铵盐类氮肥多数呈酸性，会使土壤不适宜农作物生长。

3. 基于学生最近发展区的知识进阶性学习

维果斯基曾说过“好的教学走在发展的前面”，教师在学生最近发展区中的教学作用是有创造性的，不仅要创设最佳的教学情境，还要设计符合学生认知发展水平的实验及实验背后蕴含的知识，以及对应素养能力的提升。[9]

通过最近发展区建构学习模型可以将化学核心素养融入知识进阶性，而知识的进阶可以从基本概念、核心概念到大概念层级式学习无机化合物知识，建构核心素养下的概念层级表，具体如表3所示：

概念间的整合是为了习得化学本源性知识，进行知识的迁移，运用所学习的知识解决问题并可以有一定的创新应用，而主要运用的是核心概念。可以用图7表示学生学习的进阶。[10]

知识的进阶性学习，不仅让学生认识思路呈层级发展，同时也揭示了学生的现有知识水平和生活经验，可以真正地将学生所学的化学知识运用到生活中，解决社会的热点问题。如通过氨和铵盐基础知识的学习与理解，分析氨和铵根的结构用实验来验证性质，最后进行所学知识的迁移——雾霾天气怎样缓解，从减少不必要氨气释放和污染物排放开始，帮助学生获得高水平的认知，培养学生的创造性思维，养成学生终身学习的良好习惯。在教学设计中知识的进阶性，应尽量用较少的概念诠释较深的教学内容，以满足不同层次学生的全面发展。[11]

4. 关注实验反思与创新促进证据推理素养发展

证据推理是提升学生素养的外显活动，活动是学生学习的内容也是学生创新的开端。实验教学的评价体系由三部分构成，分别是教师评价，小组间评价和自我评价。三者分数占比权重教师最大。通过对学生操作实验的评价可以很好地激发学生的所学知识以外显的实验表示出来，引导学生对实验现象的分析，各证据间的推理。完善学生的认知，通过实验证据改变学生在固有认知的伪科学观点，弥补化学思维。通过适当的实验操作评价拓宽学生的认识视角和认识思路，深层次地培养学生的证据推理能力。[12]化学实验反思是反思学习的一个重要方面，促进学生对实验逻辑认识的进一步深化。而实验的创新则是在反思的基础上针对某一思想的启发而进行的实验改进方案，是学生积极主动的学习化学知识、认识化学本源性问题、解决实际化学问题的重要实践活动，是拓展学生证据推理能力的重要方式。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018.

[2] 杜博. 基于“证据推理和模型认知”的元素化学教学——以氨和铵盐为例[J]. 化学教与学，2020（10）：77-80，72.

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