我与大赛同成长

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  摘要:文章根据江苏省化学优质课比赛中“氮肥的生产和使用”课题设计,从设计优化、实验优化、媒体优化等方面阐述了在磨课、上课过程中的做法和反思。
  关键词:氮肥;实验优化;教学反思
  文章编号:1008-0546(2015)11-0069-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
  doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2015.11.022
  2014年10月,笔者有幸参加了江苏省化学优质课比赛,并获得了一等奖。这次比赛给我的教学留下很多的启发与思考,既有辛酸苦辣,也有幸福与甜蜜。在赛前磨课过程中得到了同仁的指点与帮助,聆听了专家的悉心指导,拓宽了我的教学视野,深化了对课程的理解,教学水平也有了显著提高。以下是笔者对“氮肥的生产和使用[1]”一节课的教学优化与反思。
  一、设计优化
  1. 教学设计要贴近学情
  (1)初始设计
  问题1:你知道哪些含氮元素的常见物质?
  学生回忆:N2、NH3、NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3、NO、NO2、HNO3、KNO3、NaNO3、AgNO3、CO(NH2)2……
  问题2:请结合生产实际说明哪些物质能作为氮肥使用?设计实验探究说明氮肥在使用过程中应注意哪些问题。
  学生归纳:
  性质要求:易吸收、可溶于水、性质稳定、温和、不易挥发、便于储存运输,并注意低温避光保存,避免在烈日高温下施用,避免与碱性肥料混合使用,如草木灰等。
  符合上述要求的物质:铵盐、硝酸盐、尿素。
  问题3:应选择何物质作原料?如何生产出铵态氮肥?
  设计意图:上述设计是希望通过问题进行探究式教学,突出以学生为主体,教师通过问题引导,逐层深入,启发学生通过对先前知识回顾归纳、思考,并利用实验等进行探究,完成铵态氮肥的合成。通过系列探究活动,让学生在研究氨气、铵盐的性质过程中,归纳典型含氮物质间的相互转化,构建自己的知识体系。
  但最终改变了上述设想。一是本次赛课安排在10月底,此时的学生接受高中教学尚不足两个月,对于氨气、铵盐的性质知之甚少,还无法进行知识建构,是“巧媳妇难为无米之炊”。二是让学生自己归纳出氮肥性质的教学要求不切合实际。对于大多数城市学生来说,因为没有接触过农业生产,对氮肥的使用缺乏感性认识,无法达到预设的目标。
  (2)改进后设计
  背景资料
  以氮气等物质为原料,利用哈伯的研究成果合成出氨气。
  提出问题
  问题1:氨气能否直接作氮肥施用到农田中去?
  学生回答:(1)氨气有刺激性气味。
  (2)氨气是气体,且密度比空气小,施用的同时即挥发。
  问题2:氨水能否作氮肥使用?
  学生轻闻稀氨水气味,切身感受到氨水易挥发,造成肥效降低,不适合做氮肥。
  问题3:铵盐能否作氮肥?
  学生轻闻氯化铵固体的气味,感受到铵盐性质比氨水稳定,可作为氮肥。
  改进后的教学是通过系列实验,了解氨气、氨水以及铵盐的性质,进而分析铵盐等物质作氮肥的可行性,最后由学生归纳以氮气为原料合成铵态氮肥的路径。这种设计思路清楚,知识脉络清晰,符合学生认知规律。
  当下在教学中存在这样一个设计误区:认为只有放手让学生探究的课才是好课。这种一味追求探究,而忽视了学生的学情,是与新课程改革的宗旨相悖的。课堂教学应充分考虑学生的认知起点和已有的知识储备,切不可凡事都盲目地让学生独立探究,不切合学生实际的探究只会增加学生负担和挫败感,使学生丧失学习的兴趣。
  2.创设真实的教学情境
  (1)初始设计
  情境:通过大家的努力我们终于合成出铵态氮肥,销售产品大家知道现在流行的方式就是开网店,由于我们的产品物美价廉,开始的几个月销量不错,可是这个月销量却大幅减少,仔细一看,发现都是这两个差评惹的祸!
  差评1:我把买来的的氮肥和草木灰(K2CO3:钾肥、碱性)混合施用,结果效果很不理想,说明你们销售的氮肥质量一定有问题,果断差评!
  差评2:8月30日,烈日当天,我外出避暑,家里没人,我就让快递将你们销售的“宝贝”放在庭院里,傍晚回来,称了一下,发现少了5斤,且袋子没有破损,一定是你们的产品缺斤少两,差评!差评!差评!
  各位同学,你能帮助我们解答这两位卖家的问题吗?
  上述情境看似时髦、新颖,夺人眼球,却并不是事实。创设的情境应符合客观现实,切不可凭空捏造,虚假情境看似新颖,往往只会是哗众取宠,学生不愿意接受这种杜撰式的、与生活实际脱离的虚假情境。来自于生活实际的素材,看似平淡,却有着强大的生命力。真实的生活情境不仅能激发起学习和探究的兴趣,更能激发起头脑中积淀的生活经验和知识储备。
  (2)改进后设计
  情境:图片展示,烈日下农民戴着口罩施撒铵态氮肥。
  再让学生轻闻氯化铵固体,却没有气味,激发学生好奇心,为何农民施撒时要戴口罩,产生难闻气味的原因可能是什么?引导学生通过对铵盐的性质进行实验探究,了解到铵盐受热易分解等主要性质。
  “教真实的化学,学有用的知识”已成为人们的共识。真实的情境能够引发学生的认知冲突,激发学生的探究欲望。化学和生活实际是紧密相联的,是真实和有用的。在化学教学中渗透真实性、有用性的思想,创设真实的问题情境,开展真实的实践活动,是化学教学的应有之意。
  二、实验优化
  本节课为元素化合物知识的教学,因此将会涉及很多氨气的性质实验,如果没有很好的通风设备和实验环境,照搬教材中的实验方案,将会产生大量氨气,弥漫于教室中,置师生于如此“恶劣”的环境之中。因此有必要对实验进行改进和完善,以营造绿色环保的课堂。   1. 浓氨水与浓盐酸反应
  教材:在一只烧杯中放入两个棉花球,分别在两个棉花球上滴加几滴浓氨水和浓盐酸,用表面皿盖住烧杯口,观察现象。
  该实验尽管用到了表面皿盖住烧杯口,但在滴加第二种液体的同时就会立即产生白烟,因此必须寻找一个密闭仪器,再向其中依次加入液体。
  实验改进:选择Y型管,其两端都可以承接液体,先将氨水滴加到Y型管的一端,立即塞上塞子,用注射器抽取少量浓盐酸滴到Y型管的另一端,过程中将会产生大量白烟。
  由于是密闭体系,受到内部压强的影响,所以注射器内的浓盐酸很难推入Y型管中。在瓶塞上打了一个1毫米左右的小孔(装置图1),既能调节内外压强,又不会导致白烟散逸。
  2. 氯化铵晶体受热分解
  苏教版教材:取少量氯化铵晶体,放入试管中,在酒精灯火焰上微热,观察发生的现象。
  因为该实验为学生实验,考虑到学生可能对微热的尺度把握不准,若加热时间过长会有气体从试管中散逸出来,因此最好在封闭仪器中进行该实验,笔者联想到了做碘升华、凝华实验的碘锤仪器,遂联系仪器厂订制了“氯化铵锤”(装置图2),现象非常明显而且可以确保没有气体散逸。
  3. 氯化铵与氢氧化钙反应
  教材:将少量氯化铵与少量氢氧化钙混合后加入试管中,在酒精灯火焰上微热,用湿润的红色石蕊试纸检验反应产生的气体。
  改进1:因为两种固体的反应较容易进行,无需加热,只需混合后搅拌即可,因此笔者的第一次改进是将两种固体在研钵中混合,用研杵研磨,再用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体。这样的改进操作简便,但是这样的敞开体系将散逸出大量氨气,不符合绿色环保思想。
  改进2:既然该反应无需加热,只需两种固体充分接触即能反应,而固体的接触可以采用搅拌也可以通过振荡的方式来实现。因此笔者想到了材料易得的矿泉水瓶,将两种固体依次投入瓶中,盖上瓶盖,充分振荡,振荡后一位同学将准备好的湿润的红色石蕊试纸靠近瓶口,另一位同学打开瓶盖,待看到试纸变蓝后立即盖上瓶盖。如此的改进操作简单、有趣、环保,而且现象明显。
  三、媒体优化
  多媒体是课堂教学的一种主要的辅助手段,但使用过程中切勿过度,切不可使课堂教学成为多媒体的附庸。教师没有必要将所讲所学全部或者大部分以课件的形式展示。因此笔者在若干次的磨课过程中,课件中幻灯片的数目经历了一个由少到多,再由多到少的过程,最终真正做到少而精。
  简化1:演示实验装置图
  喷泉实验是本节课的一个重点,要想学生理解喷泉实验的原理,对实验装置的介绍和原理的分析显得尤为重要,与其对着幻灯片上简易装置图的讲解,不如对着实实在在的装置一一说明来得直观。
  简化2:化学史话
  (1)初始设计
  1900年,法国化学家勒沙特列通过计算,认为氮气和氢气在高压条件下可以合成氨,但在实验时发生了爆炸,他没调查原因,就觉得这个实验很危险,于是放弃了。后来查明是由于气体中混入了氧气,是氢气和氧气反应引起的爆炸。
  稍后,德国化学家能斯特通过计算,认为合成氨是不可能的,导致合成氨的研究又一次止步。后来发现,是能斯特计算时误用了一个数据,以至得出错误结论。
  德国另一位化学家哈伯知难而进,对合成氨进行全面系统地研究和实验,1908年用氮气和氢气在高温、高压、催化剂条件下合成氨,产率虽只有2%,但却是一项重大突破。随着实验的不断深入,合成氨的产率不断提高。哈伯由此获得诺贝尔化学奖,氨也被评为20世纪初的明星分子。
  (2)改进后设计
  教师讲述:科学家们在很久以前就开始研究如何将氮气转化为化合物形态的氮,可这真是块难啃的硬骨头,很多著名的科学家的研究都以失败而告终。
  幻灯片展示:直到1908年德国化学家哈伯在实验室里用氮气和氢气在高温、高压、催化剂条件下合成了氨气,从而将氮元素转化为化合态,虽然产率只有2%,但已经是科学史上的一项重大突破。随着研究的不断深入,合成氨的产率不断提高。10年后哈伯因此获诺贝尔化学奖。
  很显然,初始设计中大篇幅的文字阅读会让学生眼花缭乱,抓不住重点,还会引起学生视觉疲劳。通过教师适当的叙述,配合幻灯片中少量的文字介绍,去除旁枝末节,既使得幻灯片看起来简洁,又能突出重点,起到事半功倍的效果。
  在本节课的教学中,课件的主要辅助功能体现在以下几方面:
  一是情境再现,如哈伯对合成氨的研究的化学史话等;二是图片展示,如正常和缺氮水稻的对比图、常见的氮肥、烈日下施撒氮肥的农民等;三是实验关键要素的提示,学生实验的操作步骤,尤其是步骤比较多的学生实验,通过幻灯片的形式将其一一呈现,防止学生因操作不当或缺漏而造成实验失败。
  对于本节课的主干、重点不应只是在课件上一放而过,应该呈现在板书当中,以便学生有充裕的时间做好课堂笔记以及知识回顾,因此课件内容与板书内容各有侧重。课件主要是通过图片、史料呈现等创设适切的教学情境,辅助教学,板书则是记录一节课的主线和重点。本节课的板书设计如下:
  一、 合成氨
  N2 3H22NH3
  二、氨气的化学性质
  1.与水反应
  NH3 H2ONH3·H2ONH4 OH-
  2.与酸反应
  NH3 HClNH4Cl
  铵盐合成流程:N2→NH3→铵盐
  三、铵盐的性质
  1.受热易分解
  NH4ClHCl↑ NH3↑
  2.与碱反应   Ca(OH)2 2NH4ClCaCl2 2NH3↑ 2H2O
  四、课后反思
  任何一节课在设计的时候总是想如何尽善尽美,但是在实际教学中还存在许多不足。比如:
  1. 情境创设需严谨科学
  (1)“馒头”实验问题
  实验如下:
  1、向烧杯A、B中分别加入三勺面粉。
  2、 向B烧杯中再放入一勺碳酸氢铵固体充分搅拌。
  3、向两只烧杯中加入等量水,搅拌成糊状
  4、同时放入微波炉中加热10秒钟,观察现象(也可轻闻气味……)。
  课后有专家指出,“面粉发成馒头”反应很复杂,不能简单化处理,产生的气体不一定是铵盐自身分解所致,不能排除其他反应。经过反思后觉得,如果能够实物展示奥利奥威化饼干,其包装袋上配料中就含有碳酸氢铵,告知学生碳酸氢铵受热分解能产生气体,因此可以作为食品的膨化剂,如此可以避免上述问题。
  (2)太湖蓝藻问题
  笔者在课的结尾讲到氮肥的过量使用导致太湖蓝藻爆发,课后也有老师提出质疑,认为蓝藻的爆发另有原因。通过查阅资料后得知,化肥的过量使用只是原因之一,并不是主要原因,这点应当在课上讲明,而不应过分渲染化肥的危害。
  2. 课堂气氛需充分激活
  本节课以化学史话拉开帷幕:
  1、中国以占世界7%的耕地,养活了占世界21%的人口。
  2、1898年英国物理学家克鲁克斯提出:由于人口的快速增长, 人类很快就会面临食物严重短缺的危机,而自然界中的肥料是有限的。 他呼吁科学家立即行动起来,着手研制人工合成氮肥。
  3、1908年,德国化学家哈伯用氮气和氢气在高温、高压、催化剂条件下合成了氨气,建造了合成氨工厂,制取氮肥。但是在后续的生产和使用过程中也遇到了一些问题,同学们,就让我们跟随这位诺贝尔奖得主一起来解决还可能出现的问题。
  虽然这样的情境设计也激起了学生对合成氮肥的兴趣,但是如果能通过更具有视觉效果的实验(如喷泉实验)、有趣的新闻视频,或者更加巧妙的化学史话可能效果会更佳。
  3. 实验设计需整合创新
  尽管本节课的实验已经作了较大的改进,但仍有欠缺。最典型的问题就是实验多而零散,如果能够将若干个小实验打包整合,就能够使本节课的实验主线更加的清晰。
  以氨气溶解性的探究实验为例,本节课的设计是:向充满氨气的矿泉水瓶中注入10mL水,发现瓶子瘪掉以说明氨气有着良好的水溶性。课后想来,做完该实验的装置还能进一步做如下实验:取一根注射器向其中注入酚酞,酚酞变红,证明氨水显碱性;再将瓶子浸入热水中,发现瓶子又鼓起来且酚酞的红色变浅,说明氨水遇热不稳定的特点。从而做到一瓶多用,让学生在一连串的实验中感受氨气、氨水的性质,体会化学世界的神奇与奥妙。
  参考文献
  [1] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书《化学1》[M].南京:江苏教育出版社,2009,6
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