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基于学科观念的元素化合物知识教学
——《硝酸的性质》教学设计与反思
各位专家、各位老师，上午好！
我就《硝酸的性质》这节课的教材学情分析、教学策略、实验设计、教学反思做一个介绍。
1．教材、学情分析
1.1教材分析：《硝酸的性质》是苏教版《化学1（必修）》专题四 第二单元生产生活中的含氮化合物中的一节内容。
在本单元内容中学生能学到硫、氮元素及其化合物的知识，知道空气资源的利用和空气污染问题，进而树立科学的应用化学物质促进社会可持续发展的科学发展观。
本节课内容不仅是本章的一个重点，也是整个高中化学的重点之一。这是因为硝酸是三大强酸之一，又是重要化工产品，有着广泛的应用。硝酸既具有酸的通性，又具有自身的特性，掌握硝酸的性质，可以更好地认识它在工农业生产和国防上有着重要用途，培养学生正确的化学价值观。
硝酸的氧化性是全章的重点内容，也是本节的教学难点。教材在处理这部分内容时从实验入手，通过引导学生观察铜与浓硝酸和稀硝酸反应时的不同现象。加深学生对硝酸氧化性的认识及对反应产物的认知，并且还从反应中氮元素的化合价变化和电子得失，来简单分析硝酸与金属的反应，使学生理解反应的实质，建立化学反应的分类观。同时教材还介绍了硝酸的工业制备，拓宽了学生的视野。
本节内容在教材中也有三个特殊性，⑴氮元素及其化合物是高中阶段系统学习的最后一种元素化合物知识，同时也是元素周期律之前学习的最后一种元素，通过学习将有助于学生建立较为完整的无机化学知识框架，更好的学习和理解元素周期律；⑵硝酸是初、高中阶段学生学习的常见强酸的最后一种，也是性质相对复杂的酸，通过本节内容的学习学生将比较完整的了解主要强酸的性质；⑶在本节内容中，安排了氧化还原反应配平方法的学习。
1.2学情分析
学习状态：在高一下学期学生对化学学习的状态大致可分为三类。第一类，由于基础和学习方法的问题，已经觉得化学是一门难度较大的学科；第二类，对化学学习有一定的兴趣，但在初步的选科意向中，选择了非化学科目，对化学的学习主要停留在知识的层面，以掌握知识为主而忽视化学的学科价值和研究过程；第三类对化学有着比较高的兴趣，对化学充满着好奇，渴望通过化学的学习探索物质变化的奥秘。知识基础：学生在初中对硝酸的物理性质和酸性也已有初步了解；本单元中学习了《氮的氧化物产生及转化》、《氮肥的生产和使用》；了解了浓硫酸的强氧化性，次氯酸见光易分解等性质，三价铁离子的检验方法。
能力基础：已经初步掌握了氧化还原反应规律，具有一定的问题分析和类比的能力，具有一定的实验观察和进行简单实验操作的能力。
2.教学目标
了解和掌握硝酸的性质，在学习过程中逐渐养成化学的基本观念，获得通过探索而使问题解决的喜悦，达成三维教学目标。具体目标为：
⑴赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献，激发爱国情怀，了解化学的学科价值。⑵了解HNO3的物理性质及贮存方法，知道硝酸的一般用途；
⑶了解浓硝酸的不稳定性、硝酸的强氧化性，了解硝酸分别与Cu、C的反应，知道铁、铝常温下在浓硝酸中会产生钝化现象；
⑷知道使用浓硝酸的基本的安全措施和意外事故的紧急处理方法；
⑸提高实验操作能力和观察能力，了解实验是化学学科发现规律、验证推测的重要实践活动；
⑹进一步掌握学习物质及化学性质的一般方法，提高自主学习能力。
⑺在独立或与同学合作完成实验过程中，感受获得成功的愉悦，学会合作与分享。3.教学重点、难点：
硝酸的强氧化性 4.教学策略：
重视硝酸本体知识的学习，并进行氧化还原基本要点的复习。因此本节课中的显性主线是硝酸的性质和氧化还原反应的复习巩固，隐性的主线是课堂教学对化学基本观念的表达。
以知识内容和实验为载体，体验科学探索的过程，学生在掌握知识的同时能在思维方式和认知能力逐渐养成化学的基本观念，了解自然科学研究的科学思想方法和化学的学科价值。
采用分组学习模式，形成小组的合作学习，增加学生交流机会，拉近学生与实验的距离，使学生在学习过程中能动实践、能观察、能表达、能分享。
鉴于硝酸的强腐蚀性，设计简单、易于操作的学生实验，在保证安全的同时能让学生自己动手实验，增加兴趣点，调动每一位学生的学习积极性，让不同状态的学生都有所收获。灵活处理教材内容，突出氧化性教学重点，因此本课时中只涉及氮元素的化合价变化及硝酸的还原产物，不涉及配平的具体方法。
5.教学设计
5.1课程引入：体现化学的作用 建立化学的价值观
化学是一门实用的和创造性的科学，是推动现代社会文明和科技进步的重要力量；在解决人类所面临的自然和社会问题方面起着关键作用；化学科学能够增进人们对物质世界的认识，对丰富人类的文化有着实质性的贡献；倡导绿色化学，实现自然与社会的可持续、和谐发展是化学科学的价值追求。因此在高中化学的课程标准中提出，化学课程的目标之一就是要让学生能赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献，关注与化学有关的社会热点问题，逐步形成可持续发展的思想。
本节课中，在内容的引入上，我原来选用的是一段央视的新闻报道，在甘肃兰州附近，一辆装有硝酸的小货车发生交通事故，引起硝酸的泄漏，记者对事故现场的情况和处理事故的消防员进行了采访。如果仅从课堂教学的效果来看，视频比较好的体现了硝酸的腐蚀性、酸性和不稳定性，应该说作为课程的引入是比较好的。
但是经过思考，我还是放弃了以这段视频引入课堂教学。主要是考虑到本单元教材中已经阐述了酸雨和光化学烟雾的危害，而目前的新闻报道中关于化学添加剂、或者利用一些化学试剂、方法生产伪劣产品的报道明显多于关于化学为社会创造价值、财富的报道，在学生的印象中，化学与污染、伤害、假冒伪劣商品联系的较多，而对化学的价值认识明显较少。
因此，我首先设计了展示硝酸的发现和生产历史的时间轴，通过公元八世纪制得硝酸到十九世纪才实现硝酸工业生产这一环节让学生体会化学在人类进步中的作用，理解化学的发展给社会带来的进步。通过侯德榜先生建设硝酸工厂的史实和硝酸用途图片的展示让学生理解硝酸在日常生活、工农业生产和国防工业中的作用，理解学习硝酸的意义，并增强学生热爱祖国，树立为中华民族复兴和社会进步而努力学习化学的责任感和使命感，从而激发学生深刻的学习化学动机。
这样的动机激发基于学科价值、国家发展和民族复兴的角度，是站在“整体的科学”的视角，因此这样的动机建立是比较深刻和持久的。
5.2实验设计：体验研究过程 建立化学的实验观
实验是人类探求未知、发现规律、验证推测的重要实践活动，化学实验是人类认识物质、改造和应用物质、推动化学科学不断发展的主要手段。在课程标准中明确提出了通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力的目标。
在教学过程中，我设计了3个简单的学生实验和2个演示实验，利用化学实验生动、直观、形象、鲜明的特点，激发和满足学生的好奇．对学生的科学思维进行激发和深化，促进学生化学实验观的建立。
【学生实验1】空瓶生烟
设计意图：⑴“放大”硝酸挥发性的现象，浓硝酸具有挥发性，但是受到硝酸存放时间、空气湿度等因素的影响，产生白雾的现象往往不够明显，利用此实验将不易观察的白雾“放大”为明显的白烟，使学生更好的体会硝酸的挥发性；
⑵设置“魔术”的情境，利用实验激发学生的学习兴趣，此实验的现象非常明显，从“无”到有的生烟过程，可以让学生体会到化学实验的趣味性；
⑶形成规律，通过实验形成浓氨水与挥发性酸反应可以产生白烟的规律。实际课堂教学中，实验产生了良好的效果，当缕缕白烟从集气瓶中产生时，学生不仅仔细的、近距离的观察到了生烟的现象，而且还获得了实验成功的满足感。并且通过对实验的分析，进一步明晰了“烟”和“雾”的区别，并较好的过渡到硝酸的化学性质。
【演示实验1】硝酸的见光分解
设计意图：⑴设置探究过程，验证学生推测。棕色瓶是化学实验室的常见仪器，学生在初高中都有过接触，因此，学生可以做出存放于棕色瓶中的物质见光易分解的推测。而教师通过展示经过三天日光照射后的存放浓硝酸的细口瓶可以验证学生的推测，完成一次简单的科学实验探究过程。
这个部分的设计既重视浓硝酸见光分解的性质，更重视基于化学学科特点的基本探究过程：推测——实验——验证，这是化学实验的基本涵义。德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯·劳厄曾经说过，教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。实验教学主要要达成的目标是让学生形成从化学的视角认识事物和解决问题的思想、方法、观点，即植根于学生头脑中的化学基本观念。因此，让学生大胆的假设，通过对实验现象的分析，最后验证推测的过程是本实验的主要意图。
⑵让学生了解真实的化学。
①设计基于学生反馈。上次完成教学后，发现学生明确的知道浓硝酸必须存放于棕色瓶中，但错误的认为浓硝酸见光就会分解，硝酸会很快的呈现黄色。这实际上是学生在学习教材方程式后产生的错误想法，因此，我想让学生知道的是化学的学习要基于教材更要有实际的研究精神。那么浓硝酸见光分解的反应速率究竟如何呢？我觉得有必要让学生了解真实的过程，课前进行了实验，盛放浓硝酸的无色细口瓶放置的地点每天约有5小时可以接受阳光的直接照射，其它时间接受正常的光照。第一天基本没有现象，第二天液面上呈浅红棕色，拍照后效果不明显，第三天红棕色明显，照片效果较好，而浓硝酸呈现非常浅的淡黄色。
课堂上通过小试管中浓硝酸一段时间后仍旧呈现无色，并展示拍摄的照片使同学了解浓硝酸的见光分解是一个缓慢的过程。
②基于后续学习，在必修二中将进行反应速率的教学，因此在教学设计时也有意识的开始提及反应的快慢，使学生建立化学反应速率的初步印象。
【演示实验2】铜与硝酸的反应
实验改进：我对本实验主要作出了两点改进，一是用针筒代替了分液漏斗，主要原因是具支试管中气体压强较大，在加水时开始时液体不能滴下而气体会进入分液漏斗，液面以上呈现很明显的红棕色。使用针筒加入液体克服了以上问题。二是浓硝酸的用量，教材中使用 2mL浓硝酸，通过试验发现完成实验，但是加水后硝酸浓度较低，具支试管中从红棕色转变为无色的时间较长，影响了课时进度。经过反复实验，发现3mL的用量较为合适。
设计意图：本实验是高中阶段有较为完整的发生、收集装置的演示实验，是一个比较“珍贵”的培养学生思考、观察、分析实验的机会，因此，在实验过程中我更注重通过指导学生进行阅读、预设、观察、分析等活动，提高学生的观察和思维能力。
⑴预习和思考。通过指导阅读，了解实验步骤，明确实验目的。这个过程的作用体现在两个层面，一是起到预习的作用，学生通过阅读可以对实验有一个完整的了解，便于学生理解后期教师的实验操作；二是加深学生的思维深度，把学生的思维从实验会产生什么现象引导为为什么要进行实验？为什么要这样进行实验？通过这样的思考将有助于学生理解 化学实验的本质，促进学生实验观的形成。
⑵预设观察点，培养学生进行实验观察准备的习惯。在化学实验存在着同时产生多个现象的情况，如果对实验目的不明确，观察准备不充分，就有可能导致实验现象的观察盲点。因此，预设实验的观察点就是建构有准备进行实验观察观念。使学生不仅在这个实验中，而且在今后的实验中都能做到预设观察点，做到有准备的观察；拓展到生活中就是要让学生能够主动的分析问题，养成对事物进行预判的习惯。由于习惯的培养需要一个较为长期的过程，在本节课中，还是对学生进行了提示：从“海、陆、空”三个方面进行实验观察点的预设。在实际教学过程中，学生对实验的观察比较全面，在提问后，能够较为完整的表达实验现象。
⑶将观察与思维紧密结合。表述实验现象，分析实验结果，将视觉观察的实验现象转化为语言表达，再根据实验现象分析判断产物，不仅能让学生对实验进行再回忆、再思考，促进学生的思维发展，也能让老师了解学生的思维过程和认知结果。本节课中关于NO的来源问题，学生的表述就让老师和学生一起进行了思考，并共同得到了结论。
【学生实验2】铝在浓硝酸中的钝化
设计意图：让学生体会钝化的原理，加强对浓硝酸强氧化性的理解，同时也促进学生更好的理解生活中铝制品在空气中耐腐蚀的原理，树立实验是化学的基础的观念。教学过程中，设计了硝酸三用，一是取浓硝酸至于试管中，可以观察硝酸的色、态；二是，观察硝酸见光后一段时间内分解现象不明显；三是，用试管中的硝酸进行铝的钝化实验。
【学生实验3】硝酸氧化亚铁离子
设计意图：进一步体验硝酸的强氧化性，开拓学生思维，教材中涉及了硝酸与金属、非金属和有机物的反应，补充与亚铁离子的反应是为了拓宽学生视野，通过实验学生能更好的理解硝酸的强氧化性，并将它与常见还原剂进行联系，建立化学反应的分类观。
在课堂教学中，出现了三种实验结果：一是吸取硫酸亚铁溶液时带入了铁粉，由于铁粉的还原作用，仅在溶液上层出现了一圈环状的血红色溶液，二是滴加了浓硝酸，溶液呈现很深的血红色，三是按照实验要求进行了实验，出现了明显的血红色。这样的非预设的实验结果是很“珍贵”的。抓住这个契机，我引导学生用科学科学的分析和解释实验结果，将“失败”转化为学生习得实事求是的科学态度和理性分析的科学素养的过程，建立正确的化学实验观。
5.3知识主线：渗透化学基本观念
在本节课中硝酸的性质是知识本体，硝酸的挥发性、不稳定性和强氧化性是本节课的知识主线。在知识主线的教学中，化学基本观念的渗透主要体现在以下几个方面：
变化观：⑴物质是不断变化的，变化是有层次的。如铜于浓、稀硝酸的反应过程；⑵化学变化是有条件的，如浓硝酸的见光分解和铝在冷的浓硝酸中钝化；⑶化学变化是可以控制的，如用棕色瓶贮存浓硝酸。
元素观：化学变化中元素保持不变（元素原子的种类和个数不变，氧化剂得到的电子总数一定等于还原剂失去的电子总数），如硝酸见光分解的产物判断。
分类观：对物质或反应找出其共同属性，分类研究。如硝酸与金属、非金属的反应，而活泼金属、不活泼金属反应产物亦有区别，对反应的分类主要体现于氧化还原反应的复习教学中。
在教学过程中，通过预设问题，各位老师：化学基本观念的形成既不可能是空中楼阁，也不可能通过大量的记忆化学知识来形成，需要学生在积极主动地探究活动中，深刻理解和掌握有关的化学知识和核心概念，在对知识的理解、应用中不断反思概括提炼而成。因此化学基本观念来源于具体的化学知识，又高于具体的化学知识，具有超越具体知识的持久价值和 广泛的迁移作用。因此，基本观念的培养不是一朝一夕能够达成的，它要求我们的教学超越对具体知识的学习，而是以具体知识为载体，有意识的进行化学观念的渗透，针对所学习的具体真实的不同，不断丰富学生化学基本观念的内涵，使学生的化学基本观念渐进发展，加深对化学学科的理解和认同。
本节课还是有很多值得反思和改进的地方，如教学内容设计密度较大，从脑科学 的角度说缺少了学生对学习内容的“刻印”时间；而由于内容密度大，当学生回答问题出现问题时，没有能很好的展开分析，急于将其引导至预设答案。从学生的角度，学生的实验能力还需进一步提高，实验过程中出现了取用 浓硝酸后没有及时盖上瓶塞的情况。这些遗憾将留待在今后的教学中不断改进。
谢谢大家！
