指向“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的單元復(fù)習(xí)教學(xué)

摘要：以“尿素的合成與合理使用”為情境主線，以“感受尿素合成的新方法”到“感知尿素之功”及“感知尿素之過”再到“感悟尿素的環(huán)保價(jià)值”四個(gè)逐層遞進(jìn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，展開“含氮化合物的合理使用”單元復(fù)習(xí)，讓學(xué)生感受化學(xué)知識(shí)的價(jià)值和化學(xué)對(duì)人類生產(chǎn)生活做出的巨大貢獻(xiàn)，形成合理使用化學(xué)品的意識(shí)和綠色化學(xué)觀念，以此促進(jìn)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任；學(xué)科核心素養(yǎng)；單元復(fù)習(xí)；含氮化合物的合理使用1問題的提出“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，是化學(xué)學(xué)科整體育人功能和價(jià)值的具體表現(xiàn)。然而，以高中化學(xué)教材為載體抽提出來的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”這一核心素養(yǎng)屬于人文范疇，承載這一維度的知識(shí)載體一般不構(gòu)成知識(shí)重點(diǎn)，部分教師對(duì)該素養(yǎng)的培養(yǎng)往往流于形式，在開展學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)時(shí)也未將該素養(yǎng)落到實(shí)處［1］。認(rèn)識(shí)的不足、培育的缺位導(dǎo)致學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)未能充分發(fā)展。有些教師雖關(guān)注到“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)的培養(yǎng)，但在實(shí)際教學(xué)中又將此與知識(shí)的學(xué)習(xí)、能力的培養(yǎng)割裂開來。資料顯示，目前人們對(duì)“含氮化合物的合理使用”這一單元的教學(xué)設(shè)計(jì)主要關(guān)注點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、決策能力和元素化合物知識(shí)結(jié)構(gòu)化的研究。也有部分學(xué)者關(guān)注到“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)的培養(yǎng)研究，如葉煒華在高三復(fù)習(xí)課中，以“工業(yè)合成NH4NO3”為情境任務(wù)，關(guān)注學(xué)生綠色化學(xué)理念的培養(yǎng)［2］，但其研究重點(diǎn)放在了情境的創(chuàng)設(shè)上?；诖?，筆者以“含氮化合物的合理使用”單元復(fù)習(xí)教學(xué)為例，探索培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”核心素養(yǎng)的方法和途徑。2基于“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的單元復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)2.1教學(xué)要求與教學(xué)內(nèi)容分析“含氮化合物的合理使用”是《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）必修課程主題2“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”中的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)業(yè)要求中明確指出，學(xué)生要能夠“了解氮及其化合物的重要性質(zhì)，認(rèn)識(shí)含氮化合物在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，能有意識(shí)地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)尋求相關(guān)證據(jù)參與社會(huì)性議題的討論”［3］。教學(xué)建議中要求，“教師在教學(xué)中能緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)豐富多樣的真實(shí)問題情境，重視開展高水平的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)”［4］?？梢姡搩?nèi)容的學(xué)習(xí)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維，更是“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)培養(yǎng)的重要載體?！昂衔锏暮侠硎褂谩笔翘K教版高中化學(xué)必修第二冊(cè)專題七第三單元的內(nèi)容：銨鹽的性質(zhì)、常見氮肥及其使用和氮氧化物的無害化處理（共三課時(shí)）。傳統(tǒng)的單元復(fù)習(xí)中教師往往圍繞不同的含氮物質(zhì)的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化展開，較多關(guān)注學(xué)科知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)，而缺少真實(shí)情境問題的解決過程，導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)、機(jī)械式地學(xué)習(xí)，獲得的知識(shí)是零散的、不完整的［5］。本研究復(fù)習(xí)課則將單元內(nèi)容重整，以“尿素的合成與合理使用”為情境線索展開教學(xué)，一方面促進(jìn)學(xué)生將含氮化合物相關(guān)的零散知識(shí)結(jié)構(gòu)化，幫助學(xué)生在真實(shí)情境問題的解決中深入理解和應(yīng)用知識(shí)，另一方面讓學(xué)生感受到尿素合成對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所起的巨大促進(jìn)作用，并通過尿素過量使用帶來水體污染的實(shí)驗(yàn)和討論，培養(yǎng)學(xué)生資源合理利用與環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。2.2學(xué)情分析通過課前訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生經(jīng)過新授課的學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步掌握含氮物質(zhì)的主要性質(zhì)，認(rèn)識(shí)到含氮物質(zhì)在生活中的應(yīng)用，但還未能主動(dòng)關(guān)心并參與化學(xué)品合理使用等有關(guān)社會(huì)性議題的討論，缺少辯證地看待含氮物質(zhì)在生產(chǎn)、生活應(yīng)用中帶來雙重影響的意識(shí)。2.3教學(xué)目標(biāo)（1）通過對(duì)尿素合成與使用的討論，掌握含氮化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，感受化學(xué)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來的重要影響。（2）通過對(duì)含氮化合物合理使用的初步評(píng)估，分析含氮化合物之間的轉(zhuǎn)化與環(huán)境問題之間的關(guān)系。通過“看見氨氮”“除去氨氮”等實(shí)驗(yàn)和討論環(huán)節(jié)，提出處理環(huán)境污染物的合理建議。（3）通過尿素處理柴油汽車尾氣原理的探討，形成綠色環(huán)保意識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。2.4教學(xué)設(shè)計(jì)思路教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。3教學(xué)實(shí)錄3.1環(huán)節(jié)一：感受尿素合成的新方法［情境引入］播放央視新聞短片《新疆瑪納斯縣100余臺(tái)植保無人機(jī)助力春耕生產(chǎn)》，從視頻中了解到目前農(nóng)村使用無人機(jī)代替人工進(jìn)行大面積的田間施撒尿素的情況。［教師提問］尿素對(duì)于農(nóng)作物來說有哪些功效？［學(xué)生回答］尿素能夠促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，使葉色濃綠，提高植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。［問題引導(dǎo)］尿素在工業(yè)上是如何合成的？［學(xué)生回答］工業(yè)合成方法是二氧化碳和氨氣在高溫高壓下合成。［教師追問］這種方法的不足之處在哪里？［學(xué)生回答］該方法的不足之處是能耗高。［教師講解］尋找一種低能耗、高產(chǎn)率的尿素生產(chǎn)工藝迫在眉睫。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，使用二維過渡金屬硼化物做催化劑在常溫下對(duì)氮?dú)夂投趸纪瑫r(shí)催化偶聯(lián)生成尿素已成為可能，這是一種綠色環(huán)保的合成方法。同時(shí)也為電化學(xué)法合成尿素奠定了基礎(chǔ)，這是電化學(xué)合成尿素的機(jī)理（圖2）［6］。3.2環(huán)節(jié)二：感知尿素之功［教師講述］描述尿素研制和發(fā)展的歷程，展示使用尿素后糧食增產(chǎn)的數(shù)值，闡述化學(xué)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出的巨大貢獻(xiàn)。［教師設(shè)問］尿素為何能使糧食增產(chǎn)？尿素進(jìn)入土壤之后是如何發(fā)揮作用的？［交流討論］圖3展示的是反應(yīng)機(jī)理，其中第一步是尿素在脲酶的作用下水解生成氨基甲酸和氨氣［7］，請(qǐng)大家從物質(zhì)轉(zhuǎn)化的角度描述②～④的反應(yīng)過程。［學(xué)生活動(dòng)］②氨基甲酸與水反應(yīng)生成二氧化碳和氨氣；③氨氣吸附土壤中的氫離子生成NH+4；④也可在硝化細(xì)菌的作用下生成NO-3，最終被農(nóng)作物吸收利用。3.3環(huán)節(jié)三：感知尿素之過［任務(wù)1］從保存到使用尿素時(shí)有哪些注意事項(xiàng)？解決這些問題需要我們了解其性質(zhì)。老師給大家準(zhǔn)備了一瓶尿素肥料和一瓶尿素水溶液，大家可以結(jié)合表1，邊觀察邊思考。［學(xué)生活動(dòng)］平時(shí)需干燥、密封、陰涼處保存。不能施完馬上灌水，尿素是一種水溶性、易分解氮肥，使用時(shí)需要深施覆土，減少揮發(fā)。［教師講解］根據(jù)尿素的性質(zhì)和作用機(jī)理可以看出，如果過量使用尿素，落肥點(diǎn)氮的濃度過高，轉(zhuǎn)化的過程中會(huì)形成過量的氨，導(dǎo)致燒苗；產(chǎn)生過量的NO-3由土層擴(kuò)散、輸送到河流中，最終可能導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。［任務(wù)2］如何去除多余的氮？［教師展示］大家看這瓶污水樣本，這里面含氮量是否超標(biāo)、如何才能看見水中的“氮”呢？［學(xué)生交流］通過試劑檢測(cè)。［教師講解］我們可以借助檢測(cè)魚缸水質(zhì)的氨氮檢測(cè)試劑來檢測(cè)麥田水溝污水中的氨氮含量。老師課前帶領(lǐng)四位同學(xué)實(shí)地采集了麥田水溝污水水樣，請(qǐng)大家根據(jù)提供的河水水樣，分小組按實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行檢測(cè)。［學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)1］取出水樣，依次滴加1、2、3號(hào)指示劑各六滴，振蕩后與標(biāo)準(zhǔn)比色卡比對(duì)。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，田間小河溝水中的氨氮量超過10mg/L，水質(zhì)是不達(dá)標(biāo)的。［教師講解］那么，飲用水水源中的氨氮含量是否達(dá)標(biāo)呢？一起看老師錄制的徐州新沂市水源地——駱馬湖水質(zhì)檢測(cè)的視頻。檢測(cè)結(jié)果表明，駱馬湖水中的氨氮含量大概在0～0.25mg/L，低于國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)的0.5mg/L。作為飲用水來源是安全可靠的。當(dāng)需要精確的讀數(shù)時(shí)，可以利用離子傳感器進(jìn)行定量的檢測(cè)。［教師引導(dǎo)］當(dāng)我們能夠直觀地“看見”水中的氨氮后，請(qǐng)進(jìn)一步思考水中多余的氮如何去除？［學(xué)生回答］借助生物法，使用硝化細(xì)菌除去水中的氨氮；借助化學(xué)法，通過加入一些試劑將其轉(zhuǎn)化為沉淀或者氣體除去。［教師引導(dǎo)］微生物硝化細(xì)菌很容易受到環(huán)境的影響而降低自身的活性，使去除率下降。我們學(xué)習(xí)了化學(xué)知識(shí)和原理后，自然可以從學(xué)科視角利用化學(xué)方法去除氨氮。工業(yè)上常用的有沉淀法、吹脫法、折點(diǎn)氯化法、氧化法等。如果在實(shí)驗(yàn)室中模擬除去水中的NH+4，從銨鹽性質(zhì)的角度思考有什么方法？［學(xué)生討論］銨鹽與堿反應(yīng)產(chǎn)生氨氣，可以通過加熱加堿的方法去除NH+4。這種方法存在弊端，會(huì)造成二次污染。［教師引導(dǎo)］由銨鹽到氨氣的轉(zhuǎn)化是非氧化還原反應(yīng)，能否從氧化還原的角度思考？先完善“價(jià)-類”二維圖（圖4），再討論NH+4可以轉(zhuǎn)換成什么物質(zhì)除去。［交流討論］不能轉(zhuǎn)化成氮氧化物，因氮氧化物有毒，會(huì)造成大氣污染，形成酸雨。也不能轉(zhuǎn)化成硝氮，氮元素仍在溶液中，會(huì)造成硝氮污染。應(yīng)該選用氧化劑將它轉(zhuǎn)化成無污染的氮?dú)獬?。［教師提問］常見的氧化劑有哪些？選擇的依據(jù)又是什么？［交流討論］酸性高錳酸鉀、氧氣、雙氧水、次氯酸鈉等。高錳酸鉀會(huì)引入重金屬離子，雙氧水的性質(zhì)不穩(wěn)定、氧氣不易溶于水。［教師講解］查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)工業(yè)上經(jīng)常選用次氯酸鈉作為氧化劑。請(qǐng)?jiān)趯?shí)驗(yàn)室中用硫酸銨和次氯酸鈉溶液的反應(yīng)模擬除去廢水中的NH+4。［學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)2］西林瓶中裝有硫酸銨，緩慢地將注射器中的次氯酸鈉推入西林瓶中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（圖5）。［學(xué)生匯報(bào)］產(chǎn)生氣泡，針筒中收集到氮?dú)狻鴮懺趬A性條件下反應(yīng)的離子方程式。2NH+4+3ClO-+2OH-N2↑+3Cl-+5H2O［教師講解］被除去的NH+4有多少呢？我們可以通過NH+4傳感器來監(jiān)測(cè)溶液中NH+4的濃度變化，以此更準(zhǔn)確地評(píng)估NH+4的去除效率。通過觀察曲線，可以準(zhǔn)確判斷溶液中NH+4濃度的變化趨勢(shì)，如圖6所示。3.4環(huán)節(jié)四：感悟尿素的環(huán)保價(jià)值［觀看視頻］尿素不僅在農(nóng)業(yè)上有使用價(jià)值，在環(huán)保領(lǐng)域也有用武之地，比如利用車用尿素可處理柴油汽車尾氣中的氮氧化物。我們可通過視頻來了解車用尿素的工作原理。［教師講解］尿素水溶液分解產(chǎn)生的NH3在SCR（選擇性催化還原）催化作用下，NH3將柴油車尾氣中的NOx選擇性還原為N2的過程稱為NH3-SCR脫硝。當(dāng)n（NO）∶n（NO2）=1∶1時(shí)，會(huì)發(fā)生快速NH3-SCR脫硝反應(yīng)。請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。［學(xué)生板書］2NH3+NO+NO2SCR催化劑2N2+3H2O。［教師闡述］同學(xué)們，自然界中含氮化合物在不斷地相互轉(zhuǎn)化，人類為了生存和發(fā)展也會(huì)創(chuàng)造條件，通過化學(xué)變化進(jìn)行含氮化合物的轉(zhuǎn)化，如將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨氣，將氨氣進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為尿素等，通過這些轉(zhuǎn)化，為人類的生活和生產(chǎn)創(chuàng)造所需要的物質(zhì)。但在實(shí)施物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程中，我們不僅要考慮成本、生產(chǎn)效率等問題，還應(yīng)考慮到對(duì)環(huán)境的影響，這是出于對(duì)自然界的感恩，更是出于對(duì)自身生存環(huán)境保護(hù)的責(zé)任。就像丁仲禮院士說的那樣，“其實(shí)地球不需要人類拯救，我們需要拯救的是自己”。［課堂總結(jié)］通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們對(duì)于“含氮化合物的使用”有了哪些認(rèn)識(shí)？［師生互動(dòng)］過度使用化肥會(huì)造成水體污染，要具有“綠色化學(xué)”的意識(shí)，合理使用含氮化合物，讓化學(xué)為我們?nèi)祟愖鞒龇e極貢獻(xiàn)；能運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和方法解決生活中的簡(jiǎn)單問題；要用辯證的眼光看待物質(zhì)，物質(zhì)本身并無功與過之分，關(guān)鍵在于如何使用它……［課后作業(yè)］經(jīng)過上述學(xué)習(xí)，請(qǐng)同學(xué)們課后查閱資料，以小組為單位撰寫以“在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域，如何看待氨的使用”為題的科技小論文。［板書設(shè)計(jì)］見圖7。4教學(xué)效果與反思本節(jié)課在教學(xué)設(shè)計(jì)前不僅預(yù)設(shè)了學(xué)習(xí)目標(biāo)，還依據(jù)新課標(biāo)繪制了“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)的學(xué)習(xí)進(jìn)階，見圖8。通過課堂提問、交流討論、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、成果分享等活動(dòng)，學(xué)生在解決一個(gè)個(gè)任務(wù)的過程中，不僅提升了問題解決的能力，而且體悟到化學(xué)品對(duì)人類生產(chǎn)生活作出的偉大貢獻(xiàn)，從社會(huì)與環(huán)境等多個(gè)角度評(píng)價(jià)尿素的功與過。從學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)可以看出，大部分學(xué)生達(dá)到了該學(xué)科素養(yǎng)二級(jí)水平，達(dá)到了預(yù)期的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。有部分學(xué)生還能從環(huán)境保護(hù)、降低化學(xué)品負(fù)面影響等角度提出解決工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生廢氣的方案，學(xué)科素養(yǎng)水平達(dá)到了三級(jí)水平，超出預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。由此可見，“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的單元復(fù)習(xí)，需要以學(xué)科知識(shí)為基礎(chǔ)，著眼于學(xué)生的知、情、意、行，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境問題，在解決問題的過程中，提高學(xué)生的決策能力，強(qiáng)化社會(huì)責(zé)任意識(shí)。誠(chéng)然，本節(jié)課的教學(xué)實(shí)踐還存在一些問題，如未曾帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)駱馬湖湖水的氨氮含量，學(xué)生的真切感受不夠；對(duì)“多余氨氮的處理方案設(shè)計(jì)”等開放性議題的探討維度不夠開闊，未引導(dǎo)學(xué)生從成本核算、循環(huán)使用等多個(gè)角度進(jìn)行思考，這有待于在今后的教學(xué)中加以改進(jìn)。5結(jié)語在元素及其化合物的復(fù)習(xí)課中，教師要有目的、有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)，深入挖掘有利于“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的情境素材，通過真實(shí)的問題情境和以討論交流為特征的多種教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生化學(xué)品使用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估意識(shí)，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程對(duì)健康、環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來的多重影響的能力，從而促進(jìn)“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。（本課例曾獲“徐州市優(yōu)質(zhì)課大賽”一等獎(jiǎng)，小組評(píng)