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促进学生化学核心素养提升的教学
——以《生产生活中的含氮化合物》复习为例
北仑区柴桥中学 乐瑜 315809
摘要：高中化学核心素养是学生具有化学学科特质的关键能力和品格，通过《生产生活中的含氮化合物》复习一例，重点从分类表征、宏微结合和绿色应用三方面，加深知识间的内在联系和本质认识，提升学生的核心素养，发展学生的能力
关键词：核心素养；分类表征；宏微结合；绿色应用；含氮化合物
1. 问题的提出
21世纪以来，国际经合组织、联合国教科文组织、欧盟等国家和地区，为适应经济全球化的发展，提出了“培养什么样的人、如何培养人”的问题，相继在教育领域建立了学生的“核心素养”模型：沟通交流能力团队合作、信息技术素养、语言能力、自主发展、数学素养、问题解决与实践探索能力。
2014年3月30日，教育部以教基二[2014]4号文印发《关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见》。该《意见》首次提出：“教育部将组织研究提出各学段学生发展核心素养体系，明确学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力[1]。”
高中化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是学生具有化学学科特质的关键能力和品格，学生通过接受高中化学课程的学习，在知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观等方面全面发展过程中形成和发展化学学科核心素养。高中化学的核心素养包括“宏微结合”、“分类表征”、“变化守恒”、“模型认知”、“实验探究”、“绿色应用”等6方面[2]。
2. 促进学生化学核心素养提升的教学案例
《生产生活中的含氮化合物》是苏教版《化学1》专题4“硫、氮和可持续发展”的第二单元的内容，包括氮氧化物的产生及转化、氮肥的生产和使用、硝酸的性质。本单元是学生学习元素化合物的最后一单元，涉及较多的化学反应，据统计，教材中直接呈现的有12个，另有3个通过“活动与探究”或“问题解决”后得出。本节课的复习在化学核心素养的指导下，重点从“分类表征”、“宏微结合”和“绿色应用”三方面，加深知识间的内在联系和本质认识，提升学生的核心素养，发展学生的能力。
2.1 分类表征培养学生的有序思维
苏教版《化学1》第一课内容就是“物质的分类与转化”，面对种类繁多、变化复杂的物质世界，为了研究的方便，化学家需要将众多的物质进行分类[3]。可见，对物质进行分类，是科学研究的第一步。在高中化学教学中，应不时对学生进行分类思想的渗透，使学生学会分类表征。
【课堂片段一】
【引入】氮是生命元素，是组成蛋白质的基本元素之一，人类通过食物获取蛋白质，而食物中的蛋白质最初可由植物吸收含氮化合物而合成。但自然界中大量存在的氮元素是以游离态存在的。将游离态的氮转化为化合态的氮，是我们的研究方向，此过程称为氮的固定。
【师】说说自然界中最常见的固氮
【生】雷雨发庄稼、根瘤菌固氮
此时的物质转化关系为：NH4+←NH3←N2→NO→NO2→HNO3→NO3-
上述两种固氮，从氮的化合价来看，N2既可以被氧化，又可以被还原。
【过渡】大气中的氮经过固氮作用，转化为NH4+或NO3-，被植物吸收制造蛋白质，而动物摄食植物后，它的排泄物或遗体在土壤中再次转化为含氮化合物，而最终也会转化为N2回到大气中，使得大气中氮元素基本恒定。这是自然界中的氮循环。

图1：自然界中的氮循环
【课后反思】通过自然界的固氮，整合基本的含氮物质的相互转化，从游离态的氮转化为化合态的氮，氮气既可以被氧化，又可以被还原，从分类的角度使学生的思维更加有序。
【课堂片段二】
【过渡】今天我们用整体的观点，系统地复习了含氮物质的相互转化，接下来是检验成果的时候，生成NO的反应很多，除铜和稀硝酸的反应，还有哪些？写出化学方程式。
【生】4NH3+5O2=4NO+6H2O
3NO2+H2O=2HNO3+NO
N2+O2=2NO
3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO+2H2O
…………
【师】这些反应，从得到NO的原理看，分为两类，从低价态的NH3或N2经氧化得到NO，或从高价态的HNO3或NO2经还原得到NO。
+5
HNO3
+4
NO2
+2
NO
0
N2
-3
NH3
图2：生成NO的物质转化
【课后反思】
课堂中涉及开放性和多样性的问题，学生往往是想到一个说一个，思维上缺少有序性，而分类思想的渗透可以帮助学生逐渐建立起有序思维，诸如上例中，学生找到了这个规律，想到的反应就更多了。
2.2 宏微结合加强学生的本质认识
化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其特征是研究分子和创造分子[4]。化学性质主要表现为宏观变化，而物质的组成和结构主要从微观上解释物质的性质与变化，因此在化学教学中要加强宏观与微观的结合。
【课堂片段三】
【师】若将足量的铜和一定量的浓硝酸反应，描述实验过程中的现象。
【生铜片溶解，溶液变绿（蓝），刚开始产生红棕色气体，后气体颜色逐渐变淡。
【师】反应结束后，再加入一定量的稀硫酸，铜的质量有无变化？
【生】刚开始没有，后来部分学生思考后回答有，加入稀硫酸后会继续反应，3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O
【师】我们要学会从离子的角度看反应，这个离子方程式不仅代表铜和稀硝酸的反应，H+还可以用稀硫酸等酸替代，而NO3-可以是硝酸盐。
【课后反思】
宏观的实验现象比较直观，学生对物质间的反应也慢慢熟悉，但他们看到的更多的是物质在反应，缺少从真正参加反应的粒子去思考，在书写离子方程式时往往会先写化学方程式，因此在教学中要向学生渗透微粒观从微观的角度加深对反应的本质认识。
【课堂片段四】
【师】含氮物质的相互转化多涉及氧化还原反应，有什么规律吗？一起分析 +5
HNO3
+4
NO2
氧化剂 +2
NO
0 还原剂
N2
-3
NH3
图3：氮的常见化合价及代表物质
氮的常见化合价及代表物质如上图所示，低价态转化为高价态，需要加氧化剂，且一般是逐档氧化，即NH3→N2→NO→NO2→HNO3，类似走楼梯；反之，高价态转化为低价态，需要加还原剂，一般也是逐档还原[5]。
一般而言，化合价向相邻价态变化，但是不是所有反应都是逐档变化的？
【生】氨的催化氧化，从NH3直接到NO；铜和稀硝酸反应，从HNO3直接到NO
【师】NH3的氧化产物完全可能是N2，但这在生产上没有任何意义，NH3由N2和H2在高温、高压、催化剂存在条件下合成而来，再将它氧化成空气中大量存在的N2，没有任何工业生产会选择这么做。因为生产硝酸的需要，人们选择了用特殊的催化剂将NH3直接氧化成了NO。
铜和稀硝酸的反应，若按照逐档降低，应生成NO2，但在稀溶液中，NO2可以和H2O继续反应生成NO。
【课后反思】
对于氧化还原反应，学生习惯于记住对应的产物，而缺少对氧化还原反应规律的认识，面对陌生的氧化还原反应就会很生疏，而化合价的逐档变化规律能帮助学生判断对应的产物，加深对反应的认识。
2.3 绿色应用提升学生的环保意识
本专题是硫、氮和可持续发展，二氧化硫和氮氧化物是常见的大气污染物，如何通过化学的方法减少污染物的排放是化学教学的任务之一，人类在改变自己生活方式的过程中可能会产生负面影响，那么消除负面影响靠的是人类的智慧，这也是在课堂上需要向学生渗透的。
【课堂片段五】
【过渡】由于人为活动的介入，破坏了氮循环，使得氮氧化物的浓度增大，对环境造成了污染。
【师】说说生活中氮氧化物浓度增大的实例
高温
【生】汽车尾气的排放
发动机中汽油的燃烧需电火花，汽缸中的温度又极高，发生反应：N2+O2=2NO
【师】说说氮氧化物对环境的影响
【生】臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾
催化剂
【过渡】汽车给生活带来了便利，但同时对环境产生了负面影响，但人类可以借助智慧消除负面影响，如安装汽车尾气处理装置，将尾气中的CO、NO转化为对环境无污染的物质，写出对应的化学方程式
【生】2CO+2NO=N2+2CO2
【课后反思】环保意识的渗透在课堂，化学物质导致的污染使得普通大众变得“谈化色变”，因此在课堂上向学生渗透利用化学解决污染问题也显得很有必要，体现化学的价值，同时体现人类的智慧。
【课堂片段六】
氮氧化物是大气污染物，请用你们的知识消除氮氧化物的污染
1、用氢氧化钠溶液可以吸收氮氧化物，请补充完整下列化学方程式
NO+NO2+NaOH→ _________ +H2O
NO2+NaOH→________ +________ +H2O
【师】为什么NO2+H2O→HNO3+NO；而不是NO2+H2O→HNO3+HNO2?
【生】HNO2不稳定，继续分解为HNO3和NO
2、用氨气处理氮氧化物，生成对环境无污染的两种物质
NH3+NO→________________
NH3+NO2→___________________
(巩固氧化还原反应中的归中反应和歧化反应)
【课后反思】这两道习题改编自教材的课后习题，帮助学生理解氧化还原反应逐档变化的规律，同时进一步向学生渗透化学方法解决污染问题，这也是符合本专题的宗旨，体现可持续发展。
3．教后记
有人说，什么是素质？当你把在学校学的知识都忘掉的时候，剩下的就是素质。今天学生在课堂里学化学，不是让他成为化学家，因为这毕竟是极个别人的事。我们关注的是，毕业之后，作为一个公民，学过化学和没学过化学有什么差异？化学能留给他终身受用的东西是什么？这就是核心素养。
对于核心素养，提出时间不长，鉴于自身的水平，对它的认识也比较浅显，还在摸索之中，正所谓“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”！
参考文献
[1]林小驹，李悦，沈晓红.高中化学学科核心素养体系的构成和特点[J].教育导刊，2015，（5）78~81
[2]黄海旺.科学核心素养浅谈.
[3]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书.化学1（必修）[M].南京：江苏教育出版社，2014:2
[4]普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003:1
[5]郑胤飞.文化有根 课堂有魂——郑胤飞化学教学设计集[M].上海:上海教育出版社，2013：79~83