1、基于层进问题的设计，激发学生自主思考的动力以“氮肥的生产和使用”为例顾建鸣(宁波北仑滨海教育集团 宁波北仑 315800)摘要：文章以苏教版化学 1“氮肥的生产和使用”的教学为例，从找到学生已会的知识为起点、创造真实的化学情景为实践，设计用层进逻辑的问题为阶梯引导学生自主进行知识建构，获取建构过程思维的训练，从而实现化学观念框架的建构，使方法学习产生迁移性的价值。关键词：层进问题 问题设计 化学观念 学习起点 教学设计新高考模式已经进行了三次，这种新的模式也从最初的磕磕绊绊慢慢走向了成熟。全新模式的选拔方式也催生了不同于以往的课堂教学模式。现在的课堂更多地提倡学生在“做中学” ，把课堂的主动权
2、交还给学生，而作为一门来自于生活的学科，化学更是与学生的生活息息相关。生本课堂的教学的核心是在教学问题引导下，激发学生独立思考、交流讨论、合作学习，以完成知识框架的构建，更重要的是在这一过程中收获解决问题的思考程序和方法。这样的学习才不只是知识的传授，填补他们的知识空缺，更是着眼于学生已有的认知，关注学生已经会了什么 1，怎样会的，是否会用原来解决问题的方法以求得新思维。苏教版化学 1“氮肥的生产和使用”内容是专题 4 第二单元生产生活中含氮化合物的第二课时的教学内容，含氮化合物中最为典型的是氨气和铵盐、氮的氧化物、硝酸与硝酸盐。而这一课时的中心问题是 NH3 的合成、性质和制取方法。如何设计
3、一组问题，始终围绕主题 氮肥的生产和使用，又同时将课堂按层进的逻辑有序的组织起来，是这一课堂设计的难点，笔者决定将整个教学内容设计成四个组成部分，分别是感受身边的化学植物缺氮的症状；理解化学原理怎样将游离态的氮转化为化合态，有利于植物吸收；运用化学检验并除去化合态的氮（铵盐） ；科学整理自然界中的氮在不同状态下怎样守恒。设计怎样的问题能有效将上述四个部分内容不露痕迹的的连接起来，而且能基于学生已有的知识铵盐的检验、氮氧化物及硝酸生成、气体制取原理，引导学生顺梯登峰，逐步提高，积极参与，而不会因无梯而望峰而退呢，这是教师最需要思考的问题。1、目标设计课程标准对这一课时的要求是：通过实验了解氮及其
4、重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。基于这一标准编写的苏教版教材中重点突出了 N2、NO 、NO 2、NH 3、NH 4+及 HNO3 的性质，对生态环境的影响重点突出在氮的氧化物这一内容，浙江省学科指导意见描述如下：了解氨、铵盐的性质和用途，通过对含氮化合物性质实验的探究，让学生体验实验探究的过程和乐趣，了解氨的合成对氮肥生产的促进作用，知道氮肥的性质，认识科学使用氮肥的意义 2。在这两个规范要求下，结合我校学生发展实际，特制定如下学习目标：1.以氨气溶于水的实验为载体，了解氨气的水溶性，形成的氨水溶液的性质，学会用指示剂检测溶液酸碱性，在加热时溶液颜色变化，判断
5、NH3H2O在水中是部分电离。2.以农作物对化合态氮的吸收为目标，研讨将游离态氮转化为化合态氮的方法，体验化学为人类社会发展所起的作用，激发学习化学的兴趣。3.以怎样检验与除去钾肥（KCl）中氮肥（NH 4Cl）为基础，帮助学生建构铵盐的性质、铵盐的检验方法，并让学生在研究过程中学会怎样设计实验方案、选择试剂最有利于目标达成，初步形成科学思考的严密逻辑。这一课时的教学重点是 NH3 的性质及铵盐的性质，怎样研讨是化学学习方法的获取过程。而教学的难点有两个，一是实验的成功为学生带来真实体验，二是不同组成的铵盐受热时分解规律不一致，在学生演绎时易出现错误。教学的关键之处就是实验的成功与真实性。2、
6、教学过程2.1 创设生活情境，提出解决方案：植物能从土壤溶液中吸收什么形式（微粒）的氮元素？农作物缺氮素营养时生长不正常时表现为叶片无光泽，叶色由绿变黄，分蘖少，不发棵，到最后是穗小粒瘪。展示两盆健康与缺氮的植株（可以是实物，也可以是图片） ，请同学比较。问题组一：1为什么植株叶片会发黄？ 2空气中 N2 含量最多，为什么会缺氮呢？ 3庄稼人怎样为农作物补氮呢？ 4绿色植物怎样从自然界中吸收氮元素？ 5今天我们要研究的问题是怎样将大气中存在的大量氮气转化为化合态的氮肥，有利于农作物吸收？6N 2 的化学性质非常稳定，能参加的化学反应很少，主要有三个，已经学过两个，分别是 Mg在 N2 中燃烧，
7、N 2 和 O2 在放电时的反应，还有一个就是今天我们要研究的反应，你觉得可能是哪一个反应？板书这一反应 N2+3H2 催 化 剂 高 温 高 压 2NH37同学们看到这个反应式时，你觉得这个反应容易进行吗？信息叙述德国化学家哈伯、波施的研究，为植物的茁壮成长，提高农作物产量，解决了人类生存的粮食，为地球承载人口的增长提供可能，当然还有一位我国的著名生物学家袁隆平的研究更是为人类发展做出了卓越贡献。这样的教学为学生在大脑时形成化学的作用、意义及研究化学的兴趣进行铺垫，以消除学生经常看到化学与灾难的报道，形成化学造福于人类的观念。8绿色植物通常从土壤溶液中吸收氮肥，但 NH3 是气态化合物，怎样
8、转化为液态氮肥呢？问题组一中的 7 个问题虽然回答并不困难，用于也不多，基本五分钟就完成了，但这五分钟不仅让学生感受了身边的化学，受益化学对人类的贡献，还帮助学生认识到了将 N2 转化 NH4+，溶于水形成氮肥被农作物吸收。而第 8 个问题引出了本节课的重点核心知识，怎样实现 NH3 与 NH4+形成与转化。2.2 设计解决目标，理解化学原理：含氮的可溶性微粒是怎样形成的？氨的合成解决了将游离态的氮向化合态的氮的转化，但气态物质易于在空气中扩散，植物对化合态氮的吸收则主要从土壤溶液中通过根吸收，而且气态物质保存和运输都不太方便，如氯气要加压液化装在钢瓶中，而最主要的保存主要以漂白粉的形式，问题
9、是：含氮的可溶性微粒怎样形成？问题组二：1 NH3 易液化，同时也会汽化形成氨气，会造成外界温度怎样变化？什么用途？2演示喷泉实验，形成喷泉说明滴加水后圆底烧瓶中的气态与外界大气压相等吗？哪里更大一些？为什么会出现这么大的压强差？形成喷泉的条件是什么？说明氨气水溶性怎样？3形成的溶液呈酸性、中性、碱性？怎样检验？4取两支试管，各取 2mL 溶液，滴加 2 滴酚酞，发现溶液变红，说明溶液呈碱性，据此说明什么？对一支试管加热，观察溶液颜色变化？向另一支试管中加入 NH4Cl 固体少许，观察溶液颜色变化？描述：NH 3 不仅极易溶于水，大部分与水反应形成了 NH3H2O，且部分 NH3H2O 电离产
10、生了 OH-。请同学写出反应的方程式并由学生进行自主批正。5气态物质保存和运输都不够方便，转化成什么态的物质呢？与什么物质反应？为什么可以和酸性物质反应？请写出 NH3 与 HCl、H 2SO4 反应生成铵盐的方程式。因为固态铵盐无法电离，溶于水能发生电离，所以使用时要保持土壤潮湿。经过这一系统问题的讨论，在学生大脑中建立了 NH3 极易溶于水，且与水反应形成的 NH3H2O 能部分电离出 OH-，使溶液呈碱性，并用实验证实 NH3 溶于水及 NH3H2O 的电离都是可逆的过程。因为其为碱性的气体，在保存和运输中都将其与酸反应生成固态铵盐，且铵盐在潮湿的土壤中电离形成铵根离子易被农作物吸收。至
11、此解决了由游离态氮（空气中氮气）转化为能被农作物吸收的铵态氮肥，更重要的是学生获取知识的过程不是老师强加于学生，而是通过观察实验现象、运用已经知道的知识，借助于教材，自己分析与讨论得出，这是一种研究物质性质的科学方法。2.3 解决生活问题，运用化学知识：检验并除去化合态的氮（铵盐）小麦和水稻如果氮肥过量，它们的长势就会过旺，叶片多而且大，无效分孽也会增多，株形相对增高，造成早期下部荫蔽。这种不正常的过旺生长，会给作物生长环境带来两大危害：一是由于叶片增多，下部湿度和温度相对提高，通风不好，将给病虫害提供条件；二是群体增加，无效分粟增多而导致茎秆柔软，到后期承受不起本身的重量，遇大风或浇灌就会倒
12、伏，造成严重减产。农技人员诊断发现，某片农作物缺钾（用视频或图片） ，需要施钾肥，但不能再施氮肥，现仓库在有混合存放的钾肥（KCl 混有少量 NH4Cl） 。问题组三：1取一瓶混有 NH4Cl 的 KCl 固体，怎样检验是钾肥中是否混有氮肥？2如果确有 NH4Cl 混在其中，怎样除去？ NH4HCO3 受热会分解，NH 4Cl 是否也会分解吗？在学生争议后再请同学演示一个实验，加热装有 NH4Cl 固体的试管，观察现象。3白色固体怎么跑到试管中上部了？说明 NH4Cl 在加热时曾经变成了气态，是 NH4Cl 蒸气吗？信息提示：NH 4Cl 沸点 520，加 热 至 100 时 开 始 显 著
13、挥 发 （ 不 同 于 碘 升 华 ， 该 变 化 是 化 学 变化 ） ， 337.8 时 离 解 为 氨 气 和 氯 化 氢 气 体 ， 遇 冷 后 又 重 新 化 合 生 成 颗 粒 极 小 的 氯 化 铵 而 呈 现 为 白 色浓 烟 ， 不 易 下 沉 ， 也 极 不 易 再 溶 解 于 水 。4 加 热 NH4Cl 固 体 时 ， 产 生 了 NH3 和 HCl 气 体 ， 都 是 极 易 溶 于 水 的 气 体 ， 用 什 么 物 质 吸 收HCl 气 体 而 收 集 到 干 燥 纯 净 的 NH3 呢 ？ NH3 还 可 以 用 什 么 物 质 检 验 呢 ？5 常 见 的 碱
14、 性 固 体 有 Ca(OH)2、 CaO， 都 能 与 HCl 反 应 而 吸 收 ， 试 写 出 反 应 方 程 式 ， 应 该 将加 热 NH4Cl 固 体 的 装 置 怎 样 设 计 既 可 制 取 纯 净 干 燥 的 NH3？ 产 生 的 NH3 又 用 什 么 方 法 收 集 呢 ？这 一 组 问 题 起 点 是 专 题 1 已 经 学 习 过 的 NH4+检 验 ， 终 点 是 铵 盐 制 取 NH3， 问 题 始 终 围 绕 铵 盐能 与 强 碱 加 热 产 生 NH3 展 开 ， 并 讨 论 了 用 什 么 试 剂 、 什 么 装 置 除 去 铵 盐 分 解 产 生 的 其
15、它 气 体 （ 非 氨气 ） ， 在 解 决 问 题 的 过 程 中 学 到 了 气 体 制 取 原 理 、 装 置 、 原 料 选 择 或 实 验 方 案 设 计 的 思 路 。2.4 科学归纳系统化学知识与方法为了更好的将这一课时的核心知识系统化，并将 N2、NO 3-、NH 3、NH 4+的知识系统整合，笔者的课堂小结是这样展开的。问题组四：1有哪些途径可以产生 NH3？NH 3 怎样才能被农作物的根吸收？2大气中的 N2，有哪些途径能转化为植物体内的有机氮，从而实现循环的关键一步呢？3岩石和矿物中的氮被风化后去了哪里？土壤中的氮呢？海洋中的氮又去了哪里？生物体的氮最终又怎样返回大自然呢
16、？ 从这三个问题的回答，一是拓展解决了物质的制取方法随着原料不同，可以有多种不同的原理、装置和实验方案，同时也研讨了同一物质也能可有多种途径发生转化，更重要的是自然界中的化学转换实现了人与自然的和谐相处，研究了自然界中的奥秘之一物质循环。3、教学反思四个问题组之间的物质转化主线是 N2NH 3NH 3H2ONH 4+（铵盐） ，知识主线是游离态氮转化为化合态氮，气态氨到溶液氨，铵盐到氨气，最终实现氮的循环，而情感能力主线则是感受身边的化学物质理解存在化学原理运用原理解决生活中的问题系统化化学知识。上述的设计为将三条主线有机融合，实现了教学目标，3.1 找到学生已知的知识作为教学的起点教学中学生
17、已会的知识是教学的起点，我们关注不是的学生不会什么，就去教什么，而是学生会了什么，在此基础上丰富他们的知识，发展能力。例如：NH 3 是一种碱性气体，在专题 1 NH4+检验学习已经知道了，所以让学生判断并检验氨水的酸碱性不难，深入一步加热和加固体 NH4Cl 的实验就在这个基础上进行，目的是让学生通过实验感知 NH3 与 H2O 反应、NH 3H2O 的电离是可逆的，再辅之以信息提示，说明了 NH3 溶于水形成的是弱碱溶液，巩固了这一教学内容的第一个重点核心知识。用铵盐制取氨气的设计也一样，从学生已会的 NH4+检验及 NH4HCO3 分解展开，深入讨论求知领域的学科知识和初步学会研究未知领
18、域知识的方法。3.2 化学情境的生活化是引发思考的前提创设问题需要有情境作为铺垫，来激活学生已有的知识经验和激发学生学习的动机，调动学生参与学习活动的积极性和主动性，真实的化学情境教学能拉近现实与化学的距离，引发积极思考 3。因此一个好的情境应该包含全面性、真实性、情感性、问题性和发展性。例如 NH3 极易溶于水的实验、滴有酚酞的氨水中溶质的部分电离及存在 NH3 与 H2O 化合与分解的可逆性，都有真实的化学实验佐证，课堂既有观察点，也真实。NH 4Cl 的分解与 NH3 与 HCl 的重新化合也是实验证实，这一内容记得在专题 1 学习时研讨过，但考查中出错率仍然居高不下，究其原因是当时没有
19、用实验证实。当然更重要是这个实验引发了怎样从分解产生气体中得到纯净干燥的氨气，引导了铵盐与碱性固体的反应的理解，并能在试管实验前提下改进出制取纯净干燥 NH3 的实验装置，这才是学生获得解决问题的方法。3.3 创设问题的启发性是学生思维有效锻炼的法宝亚里士多德曾经说过：“思维从对问题的惊讶开始。 ”问题是思维的源泉，有问题才能产生思维活动，有思维活动才能培养思维能力，而思维能力又是其他各种能力的核心。 “发现式学习”总是围绕具体问题而展开，除了教师应多采用“问题式”教学法，而关键在于如何设计出学生有兴趣探究且具有一定思维容量，适宜难度的合适梯度的问题，又要使问题不违背启发性、科学性、指向性、可
20、变性、散序性原则。更高的层次要培养学生具备较强的问题意识，能够主动发现和提出有价值的问题，都需要教师在“问题式”教学中去摸索和发掘。3.4 问题的层进逻辑是学生乐于思考的阶梯四个问题组之间设计，分别从缺氮补氮、游离氮到化合氮、气态化合氮到液态化合氮、最后到以固态氮肥的了解而结束，始终围绕氮元素转化进行，实现了 N 的轮回。而每一个问题组内的问题又有一定的层进逻辑隐含，前一问题为后一问题搭阶梯，思维层次逐渐拔高，虽然越到后来，问题综合性越强，解决问题的能力要求也越高，但只要顺着阶梯逐步登峰，又不会很困难。当随着最后一个问题的圆满解决，学生知识结构也已经建构完成，这个过程就是获取知识的方法实践 4
21、。学生在通过层进问题的不断解决过程中，思维的逻辑性和严密性得到锻炼，实现教学三维目标中的三个维度。5、基于层进问题设计的一些思考通过有意设疑，创设矛盾情境；设疑激趣，创设悬念情境；设置“困境” ，创设探求情境；一题多变，创设发散思维情境；鼓励求异，创设思维扩散情境；给予信息，创设变通思维情境。著名特级教师曹洪昌先生就提出过巧妙启发、激活思维的八种方法：实验启发、直观启发、比喻启发、比较启发、设疑启发、情境启发、反问启发和联想启发。如果细细思考，苏教版的每一章每一节的内容都可以通过构建情境，创设问题，通过层进教学进行传授，如在学习化学 2有关化学反应限度问题的探究时，教师可以在 KI 溶液和 F
22、eCl3 溶液反应的实验情境下，创设这样四个问题：【问题 1】在反应液中为什么要加入 2mL CCl4，并充分震荡？【问题 2】取上层溶液后加入 KSCN 的目的是什么【问题 3】在 5mL 0.1mol/L KI 溶液中滴加 0.1mol/L FeCl3 溶液 56 滴的用意是什么？【问题 4】通过以上问题，我们可以得出什么样的结论？又譬如在全国新课程教学研讨会一节甲烷的化学性质课堂上，教师设计了如下几个问题【问题 1】从甲烷的组成分析，它应属于哪一类物质？【问题 2】NH 3 在一定条件下能分解，结合 NH3 的热稳定性和元素周期律，请问甲烷受热是否分解，为什么？【问题 3】在已知情况下，
23、写出作为沼气主要成分的甲烷的热化学反应方程式。【问题 4】甲烷和氧气能发生氧化反应，那么它和氯气呢？你的依据是什么？【问题 5】量筒内壁出现的油状物是什么？【问题 6】量筒内液面为何上升？【问题 7】甲烷和氯气的反应产物中为什么既有 CH3Cl，又有 CH2Cl2、CHCl 3、CCl 4？【问题 8】. . . .5创设问题是其一，有效地组织提问也是优化课堂的必要手段之一，也是教师教学艺术的重要组成部分。在抛出层进式问题的过程中要以点带面，找准时机，及时收敛，及时评价。学生则在教师指导之下进行有意识的思维探究活动，始终处于“问题思考探索解答”的积极状态，形成自主性、探究性和协同性的学习。参考文献：1保志明.从尊重与丰富学生认知的角度设计教学必修模块 “化学能与热能” 的教学与思考J.中学化学教学参考.2012,(8),14-15.2浙江省基础教育课程改革专业指导委员会.浙江省普通高中学科教学指导意见 M.浙江：浙江教育出版社.2012.8：14.3包春华.“实境”化学课堂的内涵及特质J. 中学化学教学参考 .2012,(7),24-26.4李发顺. 促进高认知思维发展的问题设计以苯的结构与性质为例J.教学月刊中学版（教学参考）.2012， （7） ，3-5.5刘宝剑.普通高中化学新课程案例研究M. 浙江：浙江教育出版社 .2013.8：148.
