促进学科核心素养内化的教学实践

1促进学科核心素养内化的教学实践——“以氮氧化物的产生及转化”为例鄞州高级中学生化组王叶浓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，是高中生综合素质的具体体现，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求。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、情感态度与价值观等方面发展过程中形成和发展化学核心素养。化学学科的核心素养是蕴含在具体化学学科知识中最有价值的思维和方法，化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等5个维度，要求通过教学实施帮助学生逐步建立和发展“基于元素认识物质”“微粒之间存在相互作用”“结构决定性质”“化学反应中的守恒与平衡”“实验是科学探究的基本过程和方法”“化学科学技术促进社会可持续发展（STSE）等化学核心观念。本文是苏教版必修教材《化学1》专题四第二单元“生产生活中的含氮化合物”之“氮氧化物的产生及转化”，下面介绍在教学设计中如何体现化学学科核心素养建构的思路，使学科核心素养的建构的理念在教学实践中得到演绎。一、分析1、学科指导意见分析2014版《浙江省普通高中学科教学指导意见》对本节内容的要求是：认识氮氧化物的性质，知道含氮化合物对社会生产的积极作用和对环境的影响。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。2、教材分析氮是比较典型的非金属，氮及其化合物在日常生活、工农业生产中应用十分广泛，本节内容对氮氧化物的形成、危害、应用等进行了全面、详细的介绍和分析，为学生今后学习和研究非金属元素及其化合物的性质提供了方法和研究思路。综观《化学1》的教学模块，本节安排在最后，承载巩固离子反应、氧化还原反应、物质的量等基本概念等知识的载体作用。训练学习氮元素化合物知识的一般方法，为元素族概念的形成、各族元素性质递变规律、元素周期律的形成积累感性材料，是学习元素周期律、元素周期表知识的重要基础。本节教材的编写有二条主线即内容主线和核心素养主线并行，体现在内容上：元素组成实验探究性质变化用途。体现在核心素养上：在实施过程中将宏微结合、分类转化、变化守恒、实验探究等学科核心素养的培养融合进来，有效引导学生建立和发展化学核心观念、促进其化学核心素养的发展。3、学生分析在初中化学的学习中，学生已经对氮气的性质、氮气在生产生活中的应用有了一定的了解，在此基础上让学生学习氮及其氧化物的知识，这不仅是学习非金属元素及其化合物的知2识的需要，也是学生获得未来生活和发展所必需的学科核心素养的需要。本单元的内容选择充分考虑学生已有的知识和含氮化合物的实际应用。氮气与氧气的反应、氮气与氢气的反应是两类固氮的基本反应，而氮氧化物对空气的污染已经成为严重影响人类社会可持续发展的重要环境问题。通过对这些问题的探究，学生不仅能获取相关的知识，还能形成正确的价值观。4、蕴含的学科核心素养分析本节课的设计主线是围绕“氮的固定”“N2如何转化为NO、NO2”“NO与NO2之间如何相互转化”这三方面展开，这是学生学习元素化合物知识的重要方法，同时体现了宏微结合、分类转化的理念。实验是科学探究的基础，化学实验是解决化学问题的重要手段，物质相互转化关系的建立需要通过实验探究的方法来获取，由此，“自然界中的氮如何转化为NO、NO2”“NO与NO2之间相互转化”均是通过设计探究性实验，帮助学生开展有效的观察、分析与思考，使学生建立“化学知识的形成建立以对实验事实的客观分析与思考为基础”的实验观。学科的价值是促进学生不断探究学科新知的动力，体现在人类运用学科知识解决实际问题影响和改造自然的过程中。通过本节课内容的学习，使学生能辩证的看待氮氧化物，辩证的看待化学学科和化学物质，养成务实求真、勇于创新、积极实践的科学态度，赞赏化学科学对个人生活和社会环境和科技发展的贡献，逐步形成可持续发展的思想。逐步树立为社会进步而努力学习化学的责任感和使命感。二、教学目标1、知识与技能(1)认识氮氧化物，知道氮氧化物对社会生产、人类生活的积极作用和对环境的影响。(2)掌握NO、NO2性质，形成氮及其氧化物相互转化的知识网络2、过程与方法(1)通过演示实验探究，培养观察能力、分析解决问题的能力。(2)通过分组实验探究，培养学生实验操作能力，学会应用观察、记录、科学抽象的方法，来研究物质的性质。(3)确立学生主体地位、培养学生主动学习的意识，让学生在主动学习中逐渐发展和形成宏微结合、分类转化、变化守恒、实验探究等学科核心素养3、情感态度与价值观(1)通过对实验现象的分析，认识物质的性质，体验实验探究的过程和乐趣。(2)引导学生关注化学与技术、社会的关系，通过对酸雨、光化学烟雾等环境污染现象的原因的探究、如何保护环境等问题的探讨，通过对NO是人体信号分子的认识，让学生以更广阔的视野认识科学的价值及作用，培养学生学以致用的意识和解决问题的能力，养成关心社会的积极态度，增强社会责任感。三、课堂实录1、环节1：创设情境，引出课题3【播放视频】：1998年诺贝尔医学或生理学奖【引言】科学家们对NO的发现，经历了长达一个多世纪的过程，其间许多研究人员付出了大量心血。科学家的研究成果使人们知道了NO是体内重要的信号分子，罗伯·佛契哥特（RobertF.Furchgott，美国），路伊格纳洛（LouisJ.Ignarro，美国），费瑞·慕拉德（FeridMurad，美国）三位科学家因为他们关于一氧化氮在心血管组织中作为信号分子的发现而共享了1998年诺贝尔医学或生理学奖。NO能松弛血管平滑肌，缩短心缩期以调节心脏的生理功能，抑制血小板聚集，神经传导功能。【教师】我们需要重新认识NO，它对我们人类的作用如此之大。设计意图：从诺贝尔奖入手，告诉学生我们要改变对NO的偏见，突破固有的观念，体现了化学学科的学科价值，激发学生的学习兴趣。2、环节2：实验探究，追根溯源【展示】这就是一瓶NO，你们对它了解多少？【学生活动】观色、闻味，并联系NO的相对分子质量，判断溶解性【归纳】NO是无色、无味、难溶于水的气体、密度接近空气的密度【教师】下面请同学们继续探究一氧化氮的化学性质。【投影】（1）实验用品：分液漏斗（预先用排水法收集满NO）、单连球、图1气球数只、蒸馏水、NaOH溶液（6mol/L）。（2）实验步骤：将单连球接到分液漏斗上，如右图1所示。旋开旋塞，轻轻捏挤单连球，观察实验现象。然后旋好旋塞，振荡，反复操作几次。旋好旋塞，拔掉单连球，将气球套在玻璃塞处。隔着气球的橡皮拔掉玻璃塞，将反应后的溶液放出，向其中滴加几滴石蕊试剂，观察现象。（3）根据实验现象填写下表表1项目具体内容表征实验现象宏观反应方程式符号解释微观（4）二氧化氮室温下为红棕色气体，易溶于水且具有刺激性气味。（5）分析实验现象的微观原因【分组实验】学生按要求进行分组实验并观察现象。【交流讨论】探讨实验现象并讨论可能的微观原因4【学生】宏观——报告实验现象，描述事实：旋开旋塞，轻轻捏挤单连球，分液漏斗中NO接触空气，无色气体瞬间变成红棕色，NO转化为NO2。旋好旋塞，振荡，大试管中气体由红棕色变成无色，NO2转化为NO。向反应后的溶液中滴加几滴石蕊试剂，发现溶液变成了红色，说明反应后的溶液显酸性，说明产生了硝酸。【学生】符号(微观)——准确表达，写出反应方程式，根据反应现象写出NO与NO2相互之间转化的反应方程式。2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO【教师】板书，点评。请用双线桥表达出第二个反应得失电子的结果【学生】用双线桥表达出第二个反应得失电子的结果【教师】该实验中，废液能否直接排放？如何处理？【学生活动】交流讨论，探讨可能的处理方法。【师生】对于分组实验仪器中残留的氮氧化物，处理方式：将分液漏斗倒置，伸入NaOH溶液，拿掉玻璃塞，慢慢挤捏单连球，将气体和液体注入NaOH溶液，吸收多余气体。反应原理：NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O，2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O。【教师】根据上述分组实验你能总结鉴别NO与NO2气体的方法有哪些？【学生活动】交流讨论，探讨可能的鉴别方法。【学生】1、闻气味。2、看颜色。3、NO2溶于水气体颜色从红棕色变无色。4、NO遇空气气体颜色从无色变红棕色。【教师】如何收集NO和NO2气体？能否颠倒过来？【学生】NO用排水法，若用排空气法收集则得到NO2；NO2用向上排气法，若用排水法收集则得到NO。设计意图：本环节通过改进化学实验的学生分组进行，不仅创设生动活泼的教学情境，激发学生学习化学的兴趣，帮助学生理解和掌握NO的物理性质，NO与NO2的相互转化的原理，同时培养了学生的合作意识和实验操作能力。在实验过程中注重环境保护意识的培养，用一个实验低碳的完成了所有的内容。体现了化学实验的价值，同时为后续的学习做了铺垫。通过本环节的学习能让学生在做中自然而然的把宏微结合、分类转化、实验探究的核心素养内化为自身的素养。3、环节3：破解机密，实验探究，理解氮的固定【过渡】一氧化氮是科学家在1935年研究“笑气”（N2O）时发现的。NO在人体内是一种极不稳定的生物自由基，分子小，结构简单，那么NO是如何在自然界中产生的呢？空气中的N2在一般条件下，容易转化为化合物吗？为什么？在人类还无法将N2转化为化合物之前，自然界如何实现这一转化呢？【投影】在人类还无法将N2转化为化合物之前，豆科植物的根瘤菌能把空气中的分子态氮即N2转变为植物可以利用的氨态氮，供植物利用，豆科植物拥有天然的氮肥厂。在新疆和青海交界处有一狭长山谷，每当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻间电闪雷鸣，5狂风大作，人畜往往遭雷击倒下。奇怪的是这里的牧草茂盛，四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。这又是什么原因呢？【实验视频】图2氮气与过量氧气在放电条件下的反应实验【教师】这是老师课前在实验室录制的实验视频：氮气与过量氧气在放电条件下的反应。现在利用课堂时间请同学们交流讨论一下，并请完成下表。表2项目具体内容表征实验现象宏观反应方程式符号解释微观【学生】宏观——报告实验现象，描述事实：通常条件下烧瓶中的气体颜色无变化，放电条件下烧瓶中的无色气体逐渐变成了红棕色，推断可能生成NO、NO2。【教师】为什么会有这样的变化呢？【学生】在放电条件下N2和O2反应生成了NO，NO与氧气反应生成了NO2。【教师】N2和O2通常情况下能否反应？【学生】不能【追问】为什么N2和O2在放电条件下才能反应呢？【教师】微观——分析原因，N2分子中存在一种特别强的作用力。【教师】你能用化学方程式及必要的文字叙述解释“魔鬼谷”牧草茂盛、四季常青的原因吗？【学生活动】交流讨论，探讨可能的反应过程。【教师】板书、点评：N2+O2=2NO，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO，HNO3与矿物质反应产生硝酸盐，被植物吸收。【教师】实际上早有老农说过“雷雨发庄稼”的俗语。学了今天的知识。你觉得这句话有没有科学的道理?【学生】雷雨天闪电能使空气中的氮气与氧气结合产生氮的氧化物，随雨水降下。就形成氮的化合物，形成氮肥，被植物吸收。【过渡】氮由游离态的氮气变成化合态的氮的过程我们称之为氮的固定，氮的固定分为自然固氮和人工固氮。自然固氮就指的是雷雨固氮，植物固氮（豆科植物的根瘤菌固氮）。6人工固氮就指的是现代的合成氨技术，它已工业化生产，。这个固氮技术解决了数十亿人的粮食问题，为人类做出了巨大的贡献。设计意图：“自然界中的氮如何转化为NO、NO2”是通过设计探究性视频实验，帮助学生开展有效的观察、分析与思考，使学生建立“化学知识的形成建立以对实验事实的客观分析与思考为基础”的实验观。学科的价值是促进学生不断探究学科新知的动力，体现在人类运用学科知识解决实际问题影响和改造自然的过程中。4、环节4：细数氮氧化物的“功”与“过”【播放视频】下面我们来看一个视频：光化学烟雾。【过渡】由于人类不合理的使用使得现在氮氧化物过多对环境造成了很大的影响，请阅读教材第97页，试讨论大气中氮氧化物的来源