“化学肥料”主题的学科观念建构教学研究*

◎ 陈 悦 姚远远 陈 凯

一、研究背景和目的

化学学科观念是对化学研究对象以及化学研究过程的本原和本体的见解或意识，具有超越课堂的持久价值和迁移价值。化学学科观念建构的教学有利于学生洞悉化学学科的本质属性和内在规律，在此基础上能够很好地把原来孤立和零散的知识联系起来，形成有意义的整体。在教学过程中，学生不仅增进对化学知识的学习和理解，还得以提升认识水平与思维能力，最终将隐性的化学基本观念融入自身的科学素养。［1］

人教版化学教材中“化学肥料”安排于九年级学习的最后阶段，紧随其后的只有非重点的、知识体系琐碎的“化学与生活”章节。教材这部分内容安排有别于一般的先性质、后用途的逻辑讲解顺序，而是采用用途先行、性质解释随后的思路。

此时的学习者具有一定的特殊性。从知识层面看，学生刚学完酸碱盐的基础知识，大多不能熟练运用；针对接触化学不到一年的中学生，对于集中涌现的化学术语单靠教师口头叙述和例题示范也无法融会贯通，亟待学科逻辑思路的梳理和基础知识的强化训练；在化学肥料授课过程中教师反复对酸碱盐知识点进行回顾，以构建系统化、关联化的知识体系。从生活情境看，城市生活的孩子对于化学肥料难免陌生，若仅停留在讲授化学肥料对农作物的功用，缺乏生活体验的学生会觉得索然无味，故本教学设计尽可能选取学生熟悉或感兴趣的素材来建构知识体系。从学习心态看，此时逼近中考，学生在较大的学习压力下进行心态的调整，可利用中考分值比例不大的化学肥料内容的学习起到缓冲过渡的作用。

传统 “化学肥料”的教学往往过多关注具体事实性知识的识记，例如化肥的分类、保存和使用，纵观网络上关于本节内容的若干教学设计亦是如此，“赶任务”式地仓促完成教学任务，容易导致学生只是记住了具体的概念、知识和现象，而忽视了事实性内容背后基本的学科观念。具体的事实很可能被遗忘，留下的痕迹会是事实背后的观念，正是这些观念才能内化为日后分析、解释和解决实际生活中问题的能力，而这才是学生科学素养的重要表现。［2］

如何基于化学学科观念建构的目的开展教学设计创新？笔者借助某学院职前科学教师工作室组织的九年级化学高端备课活动平台，以化学师范生对化学教材的创新设计研究为主要途径，吸纳来自高校化学教学论专家、高中化学奥赛教练和初中一线教师等多层面的建议，展开创新备课的教学研修形式。

“化学肥料”一般分两课时完成，本文着眼于第一课时，涉及常见化学肥料的分类、化学肥料的典型性质以及常见化学肥料施用注意事项。本设计试图打破原有教材顺序，补充“李比希试验田故事”和“植物矿质营养学说”等化学史料素材，从李比希的视角一一揭开钾肥、磷肥和氮肥的代表物质和意义。［3］

为了便于下文课例分析，故将本课简单设计流程总结如表1所示。

表1 “化学肥料”教学流程

二、观念教学例析

（一）充满历史感的教学情境

观念教学的基本途径之一是知识考古——对知识刨根问底，追溯历史上的来龙去脉，弄明白了，观念就很容易地建立了。［4］传统化肥教学太关注生活中的应用——这种着眼点对于城市学生未必有足够吸引力，笔者用历史叙事来解构化学的概念和理论，让学生的思维方式用巨大的历史感作基础。

在生产高效化肥环节，教师提问：“最传统的氮肥是氨水，但氨水肥效不高，且污染环境，不建议使用。如何增强肥效？”而为了验证学生回答该问题的准确性，教师补充讲解化学史典例：李比希提出将煤气工业生产中的副产品氨水转变成很好的氮肥——硫酸铵。

其中，增强氨水肥效，是化学变化观的渗透，过渡到复分解反应的方程式练习，关注氮元素的转变，可强化化学元素观；用李比希的氨水变硫酸铵的事例验证学生想法，既增强学生的自豪感与成就感，又是化学价值观的体现。这样一来，一段氮肥讲解的思维广度与深度就远远比单纯的知识点罗列要强很多。

历史有着广度与深度，故充满历史感的教学并非单纯使用化学史素材，前人的民间传统习俗同样可以作为教学情境。

为了引出磷元素吸收话题，教师这样讲道：“相比传统燃烧秸秆施加钾肥的重污染与烦琐，磷肥的最初添加显得格外便捷。欧洲有向田地里直接施骨粉的习惯，因为骨头里含有的磷酸钙可促进植物的生长发育。”随后由天然磷肥过渡到化学磷肥，并针对磷肥异于其他两种肥料的特征——溶解度低，引导学生结合前面所学进行提问：“如何增加土壤对磷元素的吸收？” 这样的教学，让知识散发出固有的生命活力，不易引起学生的畏难情绪。

事实上要让教学充满历史感就需要让历史不仅仅出现在课堂开端，而是贯穿课堂始末。这可使得课堂整体余音绕梁，令人回味无穷。例如本课的最后，教师延伸补充：“看似简单的氮肥实则倾注化学家的大量心血。农业的发展使得氮肥的需求量日益增加。科学家哈勃经过不断探索和不懈努力 ，最终由氮气和氢气在高温高压以及催化剂的作用下成功地建立了每小时能产生80克氨的实验装置，为合成氨工业奠定了基础。据此情境描述，写出哈伯的合成氨的原理方程式，注意反应条件的书写。”这样既完成了课堂最后的教学评价，亦能够让学生追溯氮肥发展的历史，让学生明白，科学的进步推动社会的发展，社会的需求促使科学的不断进步，两者相互作用，密不可分。

（二）充满原创力的提问互动

观念建构强调将思考带进教学，观念是对“为什么这样想”“怎样解决这个任务”这类问题的领悟，所以只有思维才能产生观念。只有对知识的追溯久远，才能有效提升思维的原创力；只有提问“很天真”但又不容易在教材上找到原话的问题，才具有原创力的深度。［4］

本课例以“李比希试验田故事”和“植物矿质营养学说”两大化学史引入主题，随即承上启下问学生：“植物需要的元素有哪些？如何获得这些元素？”接着进一步提问：“为什么植物需要施加化学肥料？”

这种问题有别于一般的课堂提问，需要学生思考前人对于相关化学问题的处理方法。其中，问题1是希望学生通过之前的化学史故事对化学肥料有一个总观性的认识；问题2则是考验学生的思维能力及视野广度，待学生各抒己见后，再给予总结性的反馈：“首先，天然泥土提供养分有限，植物从土壤中吸收营养，若无额外营养补充，营养元素丧失，最终使得土壤贫瘠，不能用于种植庄稼；其二，一些地区土壤中原有营养元素含量不均，需要额外补充。”［3］

这样一来，化学史就不仅仅是课堂情境素材，而是作为引发学生深度思考的素材，原创性提问能够引发学生的深度思考。

传统的氮肥教学，教师只需要强调，缺少氮元素，叶片发黄，学生只要记住这些即可。但是为什么氮元素和叶子颜色有关系呢？师生往往没有去寻找其中的联系。教师展示缺氮的植物图片，并呈现叶绿素分子式（C55H70Mg-N4O6）后，补充解释叶绿素的大量存在是叶片呈现绿色的主要原因，由叶绿素分子式可看出缺氮是叶绿素分子不能合成并导致叶片发黄的重要原因。这么一来，生物与化学学科领域知识的融合水到渠成，学生也能真切感受到化学元素组成具体物质去发挥生理功能的奇妙。

解决原创力问题是观念建构的必由之路。经常性地提出原创力问题，可以培养学生的问题意识，而问题意识的形成是批判态度和怀疑精神的确立。［4］这样一来，学生便逐渐形成多角度辩证看问题的意识。

（三）鼓励多角度、反方向看问题

不同人看事情，想问题的方式往往不同，角度的转化意味着观念的变化。反方向看问题是多角度看问题的一个特例，即鼓励学生使用逆向思维去感受观念的力量，这是观念建构初期较容易掌握的思维方式，也有利于培养学生的批判思维能力和论证能力。

例如，探讨磷肥时教师提出一个话题“李比希指出磷肥对增加土壤肥力有特别重要的意义，这是不是意味着补充的磷元素越多越好？”就可以根据磷肥的施用量进行多角度看问题，其意在让学生以小组为单位讨论出化肥使用的规则与方法，巩固课堂新知，同时传授正确的化学价值观。

形成批判性的思维方式是学生实现创新首先应具备的素质。在钾肥教学中教师提出两个观点供学生论证：“探究碳酸钾能否与石灰混用施加于农田，有甲、乙两种看法，你赞成哪一个，请说出理由。（甲：不影响肥效和功效；乙：对农作物生长不利。）”这种开放性问题正是观念建构教学中所讲究的，事实上，碳酸钾与草木灰能否共用，两方面都说得通，关键是考察学生能否提出理由甚至相应证据来支持他的论点，不仅仅停留在巩固学生酸碱盐知识体系层次，而是促进学生在变化观、元素观上更上一个层次。

（四）课堂文化的开放性

课堂文化不单单只是知识的传授与讲述，为了促进观念的建构需要使学生形成直觉和灵感，这时可以用一些与化学无关的事物进行类比。

例如，最后一类复合肥的讲解中，教师说道：“生活中、新闻里常看到这样的名词：复合维生素、复合型人才……都体现了具有多种功能或能力的意思。磷酸二氢钾同时含有两种或两种以上的营养元素，属复合肥。常见的复合肥有磷酸二铵、硝酸磷肥、硝酸钾和磷酸二氢钾等。”这样的类比，使得学生明白复杂化肥名字背后的本质缘由，灵感的相互碰撞使得学生思考问题的思路越来越通畅。

与此同时，我们需要建立起一个开放的学生评价体系。判定学生是否真正吸收并理解知识，不是靠机械重复记忆，而是看学生能否运用所学来解答问题或是解释现象。

譬如，本教学设计布置了这样的课后习题：①提供碳酸氢铵样品，通过探究了解该物质性质，编制化肥说明书。说明书内容主要包括名称、简称、化学式、含氮量、储存和用法等。②市场销售的氮肥中：尿素［CO（NH2）2］每50千克80元，硝酸铵（NH4NO3）每50千克70元，试通过计算比较购买何种氮肥合算。

编写碳铵说明书，旨在帮助学生将零散的氮肥知识整理成体系，促进学生当堂理解与掌握，亦是科学写作的体现。比较氮肥效果，既回顾质量分数计算方法，也训练综合思维能力。现实生活中氮肥效果受多方面因素影响，需学生综合考虑。

（五）隐性观念显性化

课堂全开放，必然会带来一些耗时长，学生不能及时吸收知识等问题，故教师需及时地对所讲知识进行一个小结；而有一部分知识则是因为学生已有知识经验过于缺乏而不能进行有效合理的建构，故需要结合传统的讲授法与演示教学法。这些即是所谓的隐形知识显性化的过程。

这点在氮肥的讲解时尤为突出。铵态氮肥的性质实验是本节课的重难点部分，若此时仍采用观念建构教学，则需要学生具备大量先备知识，且耗时长，故收效不高。我们这样调整了教学策略：

［教师补充］常见氮肥均为铵盐，又称铵态氮肥。铵态氮肥按其酸根的不同分硫酸铵、氯化铵、硝酸铵和碳酸氢铵四个主要种类。不管哪种铵态氮肥，其共有的化学性质由什么结构确定？

［学生］从原子团角度回答，共性由铵根决定。

［演示实验］将一种铵态氮肥样品（主要是硫酸铵或氯化铵，不建议使用硝酸铵）与石灰混合研磨反应放出气体，该气体使得酚酞溶液变红，使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

［教师讲述］解释原理，指出铵根与碱性物质共热或研磨会发生化学反应，释放氨气。

学生可循着教师的思路，层层深入思考，逐渐吸收与理解新知。“氮肥的肥效”环节还设置了一个小结：植物需要氮元素，铵态氮肥和碱性物质混用产生氨气释放出去，施肥后无法利用；氮肥中氮元素存在多种价态，硝酸根离子与铵根离子的差异在于硝酸根离子不会因为碱性物质而导致化肥中的氮元素流失。这样能很好地给刚刚接受新知的学生一个理清思路、内化新知的时间，促进学生主动积极地接受学习，最终达到加强认知的效果。

课堂总结也不应落入俗套，给人以一种匆匆完事的感觉。不妨这样总结：化肥的使用提高了农作物的产量，而化肥的不当施用会造成环境污染，加剧资源短缺、能源紧张。除了指导农民合理施肥、提高农民的科学意识之外，科学家也在不断研发高效环保的新型化肥，如缓释肥料，可极大地提高化肥的使用率。意在培养学生正确的化学价值观，使学生辩证地看待化肥的利弊，从而理解科学的本质，增强社会责任感与使命感。

三、教学实践与反思

以人为本、基于学习与知识创新的教学活动，才有利于教师与学生共同的学习与发展，故本教学实践注重“资源整合”“观念建构”“学科理解”。

（一）资源整合

本设计源于课本但不局限于课本。考虑多数学生对化学肥料的先前知识了解甚少，又未形成系统的酸碱盐知识体系，故以化学史作为新课导入并整合元素、化学式、质量守恒定律、酸碱盐的化学性质等开展新知学习。

《义务教育化学课程标准（2011年版）》中指出的“可供选择的学习情景素材”包括与学习内容相关的背景资料，如化学史料、日常生活中生动的自然现象和化学事实、化学科学与技术发展及应用的重大成就、化学对社会发展影响的事件等。［5］本设计中采用的化学史是未被普遍关注的素材，但运用该素材不止局限于激发学生的好奇心与求知欲，也是一种科学方法的指引。

（二）观念建构

观念是深藏在知识背后的一种思想，要理解知识必须清楚知识背后的观念，观念的建构不是一蹴而就的，“化学肥料”的教学已经临近教材尾声，肩负起反思已学知识、升华学科观念的重任。将具体的元素观、分类观、变化观落实在设计的不同部分：由学生已知的生物体内最多的四大元素来引出植物生长需求量较大的三种元素——氮、磷、钾；对含不同元素的化学肥料进行分类讲解，对含同一种元素的化肥按其酸根进一步分类教学；教学设计始终渗透化学变化过程中元素不变不少，从而研究如何提高化肥肥效及化肥肥效降低的原因。这些新知建构以学生较为熟悉的元素、化学式、质量守恒、酸碱盐等知识为背景，设计符合学生认知规律而又有一定开放性和挑战性的问题，使学生在已有知识与问题解决之间进行有效的思考，最终加深学生的化学学科核心观念的认知。［6］化学学科观念的建构，其实是自上而下的，由化学基本观念到化学核心概念，再到具体的化学知识的过程。而这些建构环节中间并非单项知识的输入与输出，而是一次或多次双向认知的过程，故化学基本观念的形成具有阶段性、层次性和渐进性，需要教师牢牢把握知识、方法与观念间的联系。

（三）学科理解

教学设计应以学习者为中心，这意味着学习者及其表现是所有教学活动的焦点，只有学生真正理解了教学中的具体知识才能一步步建构学科观念，而理科学习的理解重在对学科逻辑性的理解。考虑到教学实情——城市学生对于化肥的了解几乎为零，而且化肥的教学临近中考，若完全按照探究式教学需花费大量的时间与精力，这在临近中考时期是难以操作的。其实，讲授法在一定程度上更依赖于学科逻辑理解，将学生不熟悉的化学肥料知识体系有序呈现，融入有效的提问启发，未必是一种落后的教学方法。本设计中，土壤施肥的由来、提高肥效的方法、氮元素的转化等问题的拓展和深化，教师讲授了很多，都是为了追寻学科逻辑的有意义学习。

［1］倪娟. 论基于学科观念的化学概念教学——以离子反应教学设计为案例［J］. 化学教育， 2014，35（1）：1-3.

［2］王路路，陈凯，任宁生，等. 基于生活化学实验的学科观念启蒙——“化学研究些什么”（第一课时）教学设计及反思、评析［J］. 教育与装备研究，2012（4）：17-21.

［3］陈凯. 关注职前化学教师实践性知识的主题教学研修——以师范生“化学肥料”课堂教学为例［J］.化学教育，2014（22）：42-47.

［4］胡久华, 王磊. 初中化学教学策略［M］.北京：北京师范大学出版社， 2010：50-59.

［5］中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准（2011年版）［M］. 北京：北京师范大学出版社，2011：5.

［6］王磊，张毅强，乔敏. 观念建构为本的化学教学设计研究［J］. 化学教育，2008（6）：7-12.

陈 悦 南京晓庄学院环境科学学院 211171

姚远远 南京东山外国语学校 211103

陈 凯 南京晓庄学院环境科学学院 211171