摘要:复习课怎样进行才能激起学生学习欲望?才能引导学生从另一角度发现知识?文章以高三化学一轮复习中NH3(苏教版)的复习为例,打破常规复习课的教学常态,暨知识罗列到习题巩固的复习方法。创设情境主线,在紧紧相扣的四个环节探究过程中,重获以NH3为载体的结构与性质关系、从化合价推测可能的化学性质及物质产生途径与制备方案设计,获得化学学科结构决定性质,性质决定用途与制备的学科思想。
关键词:微粒观;结构观;转化观;认知思维;学科本源;学科思想
文章编号:1008-0546(2016)05-0031-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.012
随着化学新课程改革的推进,中学化学教学正由“知识为本”向“观念为本”转变[1],新的教学观念的建立,其核心是——建立看问题的视角与思想,前提是从学生已有知识(经验)和可能遇到的生活问题出发,帮助学生认识化学知识的内在联系。教学设计是教学理念与教学实践的中介与桥梁。只有基于观念建构的教学设计,才能促进教师理解并实践化学教学的观念,学生才能从知识学习和教师活动中形成学科思想,实现化学教学的本真。
复习课的教学,很多时候被老师误读为已有知识的再现过程,教学中有的是知识的完全重复,有的是习题的再练习,有的复习课完全成了新课教学的重复。而教育的真正意义在于,当一些外显的学科知识都遗忘时,在学生大脑中还保留着那些终身难忘的观念与思想[2],复习课就是让这些观念和思想再巩固的过程。学生在《化学1》新课中已经对NH3的结构、性质、制取、铵盐性质等都有了较好的理解与掌握,那么对于一节高三的复习课,所要做的核心就是——基于这些已有知识(经验),从深层的微粒观、结构观与转化观的角度整合、串接科学知识的本源,从知识内在认知顺序来发展学生的思维,促进学科思想的形成,这也正是科学教学的核心目标。下面笔者以NH3的复习为例,实践学生对“结构决定性质、性质决定用途和制备”的理解,同时学会用微粒相互结合(化学变化实质)角度实现对化学反应的理解。
一、教学设计的思考
复习课的三重境界:第一层次仅仅是知识的罗列与再现;第二层次是以情境设计主线,将复习内容有机整合;第三层次则是既对所学知识进行重整、联系启后的内容,更是将学科内看似“独立”的内容从内在本质上进行联系与整合。怎样实现对化学本真的理解,帮助学生形成化学学科思想才是教学意义所在。高三复习课怎样上?如果仍然是平铺直叙地描述NH3结构、性质、实验室制法、工业制法、检验、收集及氨水成分的讨论,这对于同学来说,只是再重复的过程,有的学生已经掌握,虽有遗忘,完全可以自主解决,并没有真正的学习增量产生;当然也有的直接以习题为例,通过习题来达到复习知识的目的,上述都建立在知识的再现和回忆。而我们要实现的是发现并总结这些科学知识之间内在的联系,厘清这些性质之间的来龙去脉。当遇到教材中不曾出现的新物质时,学生是否会迁移运用?是否会提出新的可能性设想(如物质、转化等),同时提出自己的观点,用科学原理和方法进行判断可能性和合理性。从提出假设到得出结论就是科学探究的过程,既有科学的假设,又有实证(实验论证、推理论证和资料论证),论证过程选择合适的反应条件、物质、装置,并从现实条件、经济性的角度解读。基于上面的思考,我将这一节的课题名称定为“从NH3开始”。
二、教学环节设计
1. 环节一:从NH3电子式推断其结合与失去H微粒形成的新微粒及空间构型
为了实现对NH3结构的理解,设计NH3得失H、H+、H-的可能性及形成微粒的空间构型的探索,使得相对抽象难以理解的知识在学生分析与交流中获得理解,问题设计简洁明了,如下:
经过高一的学习,学生对NH3的电子式、结构式一定不陌生,但对其构型,总是不容易记住,原因自然是微粒之间相互作用与空间构型之间缺少联系。复习起点就从NH3的电子式开始,每一位同学都知道,N原子周围有四对电子,由于电子对之间存在斥力,所以电子云之间有挤压,为形成稳定的结构,所以出现四面体形的伸展(如图1)[3],但三个电子对形成N-H共价键,所以必然造成形状变化,所以形成三角锥形(如图2),如果结合一个H+形成NH4+,则正好形成四个N-H共价键(虽然有一个是配位键),但键长、键能相同,所以此时又形成正四面体(如图3),并在此基础上讨论了NH3是否能结合H原子、H-离子等微粒。从化学键及微粒相互作用认识微粒结合的原因。
如果“NH3失去H”原子形成什么微粒?其电子式怎样表示?结构又如何?NH3是否可能失去H+、H-?若失去空间结构怎样?围绕上述问题,通过电子式书写后,电子对之间斥力和稳定性分析,让学生清晰理解NH3、NH4+、NH2-、N3-的空间结构,更理解这些结构变化的原因,更加有意义的是学生对于陌生的微粒NH5、NH2-等微粒的存在、可能结合的其它微粒都有了新的认识,不再囿于学过的几种物质。
复习教学,不是知识的罗列过程,更不是让学生沉浸在解题之中,而最可能的是基于学生已有知识经验,提出自己的观点,试着进行论证,在证实或证伪过程中实现对知识的理解和学科思想的形成。
2. 环节二:从NH3中N、H元素的化合价推断可能的性质与反应
基于NH3电子式的分析,由于H不愿意失去最外层的电子,但由于N的非金属性强,吸引电子对的能力强,所以N-H之间共用电子对偏向N原子一方,导致N原子周围负电荷偏多,出现负价,而H原子周围带正电性,出现正价,根据电子对数量确定价态数量。H(+1)是H元素的最高价,学生答出只具有氧化性,下面是和学生一起研究其氧化性的课堂问题设计:
学生在试题中也许遇到过NH3与Na的反应,也许还进行过氧化还原分析,但对于大部分同学来说,这还是一个陌生的知识情景,或许还有一定的难度,若要用NH3氧化其它物质,学生基本是难以回答,试问为什么?即使了解了NH3能氧化活泼金属及金属氢化物,若是N2H4和Na、NaH等物质可能发生反应吗?产生什么物质?或许对于老师来说也不一定会去尝试,但我的课堂做到了,而且是学生分析出来的,或许在问题出现过程中,学生也做出过很多错误的判断,但并不会影响学生自主的纠错,这来源于学生对NH3微观结构的认识,可见从微粒结构及微粒间相互作用入手,预测并实证其可能的化学性质的重要性。正是基于这样的设计,学生对NH3的还原性才不会忽视,才不会见到NaNH2、Na2NH、Na3N而怀疑是否有这种物质。有了这样的基础,学生在假设、分析、证实N(-3)H3中N的还原性时就轻松简单的达成。问题设计如下:
在问题解决中,学生发现“NH3+CuO”、“NH3+NOx”和“NH3+O2”的反应都曾经见过。学生的学习越来越主动,越来越轻松,没有感觉到老师在重复原来的足迹,又不是NH3性质的再罗列,但又实实在在巩固NH3的性质,这就是有形的知识融入无痕的复习课堂。
复习课中知识的罗列最常见,也是教师最擅长的方法,而对于学生来说,所要做的是配合老师进行知识再现,帮助老师记住课标要求的知识,而我们的同学又获得了多少?回头看看我们身边高三的复习是否一直在让学生帮助老师复习。
3. 环节三:从NH3的产生到制备
物质教学除了“结构与性质”之间的关系之外,还有我们关心的要点,即物质的产生、制取和保存,所以对NH3的制备教学中,没有和学生一起来再现其工业制法和实验室制法,而是从一起探讨可能产生NH3的途径入手,分析每一种产生NH3方法原理、生产过程复杂程度、原料丰富程度,而并没有限定必须是什么方法。因为制备方法与用量、原料、设备都有关系。现今没有使用的生产方法不代表未来就不选用,不代表在所有地区就不可以,而要有开放的、发展的眼光看待需要与生产的关系。问题设计如下:
在NH4Cl分解产生NH3和HCl的方案中,后续HCl如何去除?从H2O、NaOH固体、碱石灰、Ca(OH)2、CaO逐步讨论认识,研究了选择什么物质来制取和分离物质的化学原理。在浓NH3·H2O制取NH3的方案中,从直接加热到间接加热(NaOH固体),再到加热并吸水(CaO固体)的分析中,从原理上寻找替代性的物质。
正是基于对NH3及相关微粒的探讨,学生才会想到“NH2-+H+”、“NH2-+2H+”、“N3-+3H+”和“NO、NO2、NO3-还原”等方法也能获得NH3,才会明白为什么Mg3N2遇到水易水解的原因。甚至还有学生想到NH4+
+NH2-■2NH3,这不正是学生真正有效学习的发生吗?
4. 环节四:NH3微粒间的结合
当上述反应出现后,学生的思路真正打开了,说出了更多阴、阳离子结合。N、H元素形成的阴阳离子:NH4+和NH2-、NH2-、N3-、H-之间结合会形成什么物质?在这些问题之后我的逆向思维把学生带到了一个新的领域,2NH3■NH4++NH2-,和它相似的2H2O■H3O++OH-的反应,水溶液体系存在很多的化学平衡,液氨溶剂中存在新的平衡体系为化学研究开辟了一片新天地。
NH3微粒间由于N、H间共用电子对的偏移,使得N、H原子出现较强的电极性,导致NH3分子之间的N、H原子之间产生一种相对较强的分子间作用力——氢键,这使得NH3容易液化,常用作致冷剂,从新课时知道易液化,可作致冷剂,到为什么易液化,真正实现知其所以然,从科学本质上理解现象产生。
三、教学思考
以NH3为载体,从结构到性质,从微粒间的结合到宏观物质之间的转化,微粒间相互作用到化学反应的发生,用氧化还原思想指导氮及其化合物的复习与知识建构,以获得学生从已知到未知,从假设到证明,从知识罗列到学科思想形成的学习,这样的复习课能有效达成两个目标:其一,知识学习到观念渗透转化,用学科思想指导学习;其二,找准学生认知的最近发展区,激活学生思维参与的主动性。
1. 知识为本到观念建构的转化,学科思想的显现
因为教的原因,所以对元素化合物的学习,更多的关注知识为本的学习,学习中注重物质的性质、制取,复习中更多关注知识的再现与罗列,而忽视学科观念、学科思想的建立,所以在复习课中事无具细的进行详细的重复、识记和训练。笔者在尝试对NH3制取的教学中,并没有这样进行,而是明确为NH3的产生与获得,这也是一种新观念的认同过程,通常教学中会强调工业制法——合成氨,实验室制法——氯化铵与熟石灰反应,甚至把整个过程、反应条件、装置、检验等再现一遍,对于大多数同学而言是已经会的,与教学观念中“已经会的知识不讲”观念相矛盾,或者就是经典例题巩固,也很实际。看似重点内容完整,但换一种新的物质、方法出现,学生就会犯难,学生的视角变窄,思维囿结。甚至用NH4Cl制氨气过程中换CaO是否可行?换Ba(OH)2呢?用浓氨水制氨气,除了加热,是否可能有间接的加热方式?变通的加热方式?NH2-是否可能用来产生NH3?Mg3N2是否也可以?学生的学习是知识获得、认知思维的发展、学科思想形成的过程,而不是单独的知道某一变化可能还是不可能,某一反应用来做什么?也许未来的一天制取NH3的方法就会是今天学生探究中的某一种,也许是另一种目前还未知的方法,如果我们只注重知识的再现,完全走在当下正确的认知温水中,就会失去学习和探究的能力,就会失去学科思想建立的可能,而失去对未知世界的求索,学习是发现知识的过程[4]。
2. 以已有知识为起点,促认知思维的提升和思维视角的打开
NH3的电子式书写对于高三学生相对容易,其空间构型表述就存在一些不足,这源于电子对与空间构型的影响认识,现行教学中要求相对较低,怎么办?更何况还有NH4+、NH2-、NH2-、N3-又有什么样的空间构型?这些微粒与空间构型之间存在什么样的关系,怎样演变?倘若一定让学生记住结果,虽然可以达成,但学生会感觉烦、更感觉化学的无趣,我想也不会联想到NH2-和H2O结构非常相似,更不理解NH4+、CH4和N3-空间构型相似,在上述结构演变中,正是从学生熟知的起点,每一次都踩进学生认知的最近发展区,所以才会有学生积极主动的思维参与,才会有学生回头感觉到复杂的三维空间结构并不太难理解。
从电子对偏移,到化合价判断,从化合价相对高低,到可能具有的化学性质,甚至可能会发生的反应,都是学生用氧化还原反应思想进行科学探究,最后证实或证伪了学生的推测,整个过程教师从来没有否定学生的推测,只是给予必要的引导和肯定,即使是错误的假设也是学生自己最后证伪的,如NH3与Na反应生成NaNH2、Na2NH、Na3N和H2,NH4+和NH2-、H-,NH2-+H+、NH2-+H+之间发生的反应,NH4++H+、NH4++H-之间是否反应,产生什么物质等过程都是学生自己的推理得出。这才是运用最近发展区开放思维的学习,在未来的学习、工作中一定会受益,这正是周千红先生所一直倡导的教学——发掘知识这一伟大事物的内在魅力[5]。
参考文献
[1] 姜言霞,卢巍.基于化学基本观念建构的“氨”的教学设计研究[J].化学教育,2015,9(17):37-41
[2] 陆庭銮.微粒观在化学教学中的巧妙运用――以“应用广泛的酸、碱、盐”教学难点突破为例[J].化学教育,2015,8(15):26-28
[3] 江敏.感受自然界的魅力――“共价键”教学的实践与思考[J].中学化学教学参考,2011,8:16-20
[4] 李发顺.学习是发现知识的过程[J].教育研究与评论(课堂观察)[J].2015,7:封二
[5] 李发顺.重构学生主体课堂的思考――高中化学新课程教学设计[M].宁波:宁波出版社,2014,11:1-3