系統(tǒng)思維在高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用研究

PAGEPAGE4系統(tǒng)思維在高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用研究——“氮元素及其化合物復(fù)習(xí)”教學(xué)實(shí)踐（奉化高級(jí)中學(xué)張雅蓓）高三化學(xué)復(fù)習(xí)的重要目的是使學(xué)生逐步完善知識(shí)結(jié)構(gòu)、熟練掌握學(xué)科的基本規(guī)律，并學(xué)會(huì)用學(xué)科特有的思維方法解決實(shí)際問(wèn)題。如果在復(fù)習(xí)過(guò)程中能讓學(xué)生建立完整的知識(shí)體系，還能教給學(xué)生一種對(duì)未來(lái)生活有重要作用的思維方式和方法就更好了。系統(tǒng)思維的概念系統(tǒng)思維起源于系統(tǒng)論，是把認(rèn)識(shí)對(duì)象作為系統(tǒng)，從各要素的性質(zhì)以及系統(tǒng)和要素、要素和要素系統(tǒng)和環(huán)境的相互作用、相互影響中綜合的考察認(rèn)識(shí)對(duì)象的一種思維方法。它強(qiáng)調(diào)把想要達(dá)到的結(jié)果、事先該結(jié)果的過(guò)程、過(guò)程優(yōu)化一級(jí)對(duì)未來(lái)的影響等一系列的問(wèn)題作為一個(gè)整體系統(tǒng)進(jìn)行研究。二、元素化合物復(fù)習(xí)教學(xué)面臨的現(xiàn)狀元素化合物是高中化學(xué)的重要組成部分，集中在《化學(xué)1》中學(xué)習(xí)。新教材重視學(xué)科知識(shí)與科技、生產(chǎn)和社會(huì)的聯(lián)系，改變了傳統(tǒng)教材以物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法、用途為主線的系統(tǒng)學(xué)習(xí)物質(zhì)的方法，從而一定程度的影響了元素化合物知識(shí)架構(gòu)的嚴(yán)密邏輯性?！痘瘜W(xué)反應(yīng)原理》是在高二學(xué)習(xí)的，學(xué)生在學(xué)習(xí)《化學(xué)1》中的元素化合物時(shí)，尚無(wú)多少理論內(nèi)容支持，導(dǎo)致理論知識(shí)與元素化合物處于嚴(yán)重的脫離狀態(tài)，不能很好的融合。若在復(fù)習(xí)中依然按照課本專(zhuān)題進(jìn)行復(fù)習(xí)，將影響學(xué)生知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的形成，造成系統(tǒng)思維缺乏的情況，導(dǎo)致學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力較差。高考對(duì)元素化合物的考察從實(shí)時(shí)性知識(shí)向綜合性應(yīng)用轉(zhuǎn)變，元素化合物更多的成為考察概念原理，方法與能力的載體。這就要求我們?cè)诮M織元素化合物知識(shí)的教學(xué)中，除了幫助學(xué)生完成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建之外，還承載了一個(gè)重要的任務(wù)，即將課本中的概念原理、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算等知識(shí)進(jìn)行有機(jī)整合，并結(jié)合生產(chǎn)技術(shù)等應(yīng)用背景來(lái)提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，使學(xué)生能用學(xué)科特有的思維方法來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。元素化合物復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)思路根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》和《教學(xué)指導(dǎo)意見(jiàn)》現(xiàn)將相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，結(jié)合學(xué)情，刪選出重難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)作為教學(xué)內(nèi)容。其次從物質(zhì)的應(yīng)用角度出發(fā)創(chuàng)設(shè)與生活生產(chǎn)相關(guān)的情境。最后設(shè)計(jì)問(wèn)題，使問(wèn)題覆蓋所需復(fù)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，最好能與其他模塊進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。梳理梳理知識(shí)點(diǎn)篩選知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)設(shè)情境設(shè)置問(wèn)題形成系統(tǒng)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)本文以氮元素及其化合物的復(fù)習(xí)為例進(jìn)行闡述。本節(jié)課有兩條線索，明線是氮元素及其化合物在自然界中的循環(huán)，生產(chǎn)技術(shù)中的應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中氮污染的治理方法。暗線是系統(tǒng)思維方法，將氮元素在不同知識(shí)領(lǐng)域中的應(yīng)用加以展示，利用不同的化學(xué)原理知識(shí)來(lái)解決實(shí)際中問(wèn)題。四、教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容（情境）設(shè)計(jì)意圖、作用自然界中的氮循環(huán)[PPT展示]氮元素在自然界中的循環(huán)圖[講述]在我們的生產(chǎn)生活中，氮元素的存在具有其舉足輕重的作用，而自然界中的氮循環(huán)則顯示了氮單質(zhì)和含氮化合物之間微妙的轉(zhuǎn)化關(guān)系。請(qǐng)以人工固氮和大氣固氮中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)，繪制一張與氮元素有關(guān)物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系圖，來(lái)構(gòu)建并鞏固有關(guān)氮元素的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系。[學(xué)生]按要求繪制自己心里的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖（找兩位同學(xué)板演）[教師]完善學(xué)生的板演，并通過(guò)PPT展示以下這張知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖：[分析]①?gòu)奈镔|(zhì)分類(lèi)角度體現(xiàn)了“氣態(tài)氫化物——非金屬單質(zhì)——氧化物——酸——鹽”之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，該整理方法同樣適用于C、S、Cl等非金屬元素知識(shí)的整理。②從氧化還原反應(yīng)原理角度，體現(xiàn)了變價(jià)元素在不同化合價(jià)情況下相互轉(zhuǎn)化的條件。[教師]生物固氮的方法主要體現(xiàn)了氮元素在有機(jī)中的循環(huán)過(guò)程。常見(jiàn)如氨基酸、蛋白質(zhì)中的氨基形式存在（顯堿性，可與羧基形成肽鍵），還有很多有機(jī)中的含氮化合物在醫(yī)學(xué)和制藥學(xué)上有重要的作用，在這里不做拓展，有興趣的同學(xué)可以自己查閱有關(guān)資料。①體會(huì)化學(xué)與生活息息相關(guān)，以氮循環(huán)為情境復(fù)習(xí)鞏固有關(guān)氮元素化合物之間相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程和方法。②構(gòu)建有關(guān)氮元素的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，內(nèi)化學(xué)科知識(shí)。③鞏固氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)原理。④氮元素除了在無(wú)機(jī)世界中存在，有機(jī)世界中也有重要作用，構(gòu)建無(wú)機(jī)與有機(jī)之間的橋梁。常見(jiàn)含氮化合物的應(yīng)用常見(jiàn)含氮化合物的應(yīng)用[教師]部分含氮化合物在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)中有重要應(yīng)用[PPT展示]疊氮化鈉（NaN3），無(wú)色易溶于水結(jié)晶性粉末，用于有機(jī)合成和無(wú)機(jī)、分析化學(xué)，汽車(chē)安全氣囊，也是降壓藥物的主要成分。疊氮酸（HN3）是無(wú)色有刺激性氣味的液體，對(duì)熱十分穩(wěn)定，受撞擊就爆炸，常用于引爆劑。聯(lián)氨(H2N4)具有很高的燃燒熱，可用作火箭和燃料電池的燃料，是一種強(qiáng)還原劑，可用來(lái)去除鍋水和熱水加熱系統(tǒng)中的氧，以減少對(duì)設(shè)備的腐蝕。[教師]當(dāng)題中出現(xiàn)我們所不熟悉的物質(zhì)時(shí)，我們可以通過(guò)認(rèn)真閱讀信息，抓住信息特征，以已有知識(shí)為橋梁來(lái)解決有關(guān)問(wèn)題。[PPT展示]例1：氮元素可以形成多種離子，如N3-、、、、、等，已知與是由中性分子結(jié)合質(zhì)子形成的，有類(lèi)似于的性質(zhì)，另外氮與氫也能形成NH3、N2H4、N3H5、N4H6等物質(zhì)。（1）的電子式為N2H4的電子式為（2）形成的中性分子的結(jié)構(gòu)式是。（3）寫(xiě)出在強(qiáng)堿溶液中反應(yīng)的離子方程式：。（4）氨顯堿性的原因在于NH3分子中的N原子具有孤對(duì)電子，它能通過(guò)配位鍵結(jié)合水中的H+，使水電離出OH-，其過(guò)程可以表示為NH3+H2ONH4++OH-。試問(wèn)N2H4與足量鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：。例2：疊氮化合物應(yīng)用廣泛，如NaN3可用于汽車(chē)安全氣囊，Hg(N3)2可作雷管的起爆劑。，工業(yè)上制備N(xiāo)aN3的化學(xué)反應(yīng)為：a:N2H4(聯(lián)氨)+HNO2→HN3(疊氮酸)+H2O(未配平)；b:HN3+NaOH→NaN3+H2O（1）上述反應(yīng)a中氧化劑是與還原劑的物質(zhì)的量之比為_(kāi)____，NaN3受撞擊時(shí)迅速分解為兩種單質(zhì)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為，每生成4.3gHN3時(shí)，消耗聯(lián)氨的物質(zhì)的量為。知識(shí)儲(chǔ)備：（2）下圖為常溫下向25mL、0.1mol/LNaOH溶液中逐滴滴加0.2mol/L的HN3溶液的過(guò)程中溶液pH的變化曲線。（溶液混合時(shí)體積的變化忽略不計(jì)）①D點(diǎn)時(shí)溶液中各離子的濃度由大到小的順序?yàn)棰贐點(diǎn)時(shí)溶液中c(HN3)＝（3）聯(lián)氨（N2H4）是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。已知在101kPa時(shí)，32.0gN2H4在氧氣中完全燃燒生成氮?dú)?，放出熱?24kJ（25℃時(shí)），N2H4完全燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是：（4）聯(lián)氨—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%~30%的KOH溶液，聯(lián)氨—空氣燃料電池放電時(shí)：負(fù)極的電極反應(yīng)式是下圖是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程示意圖。假設(shè)使用肼—空氣燃料電池作為本過(guò)程中的電源，銅片的質(zhì)量變化128g，則聯(lián)氨一空氣燃料電池理論上消耗標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣L（假設(shè)空氣中氧氣體積含量為20%）[學(xué)生思考解答，教師分析]①以科學(xué)技術(shù)上含氮化合物的應(yīng)用為背景創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生學(xué)習(xí)真實(shí)有用的化學(xué)。②以陌生粒子為信息，復(fù)習(xí)相關(guān)的化學(xué)用語(yǔ)的正確表達(dá)方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)獲取有用信息，將已學(xué)知識(shí)應(yīng)用到新環(huán)境中。③以疊氮化合物的應(yīng)用為背景創(chuàng)設(shè)情境。④鞏固并應(yīng)用氧化還原反應(yīng)原理進(jìn)行配平和計(jì)算。構(gòu)建元素化合物與氧化反應(yīng)原理之間的橋梁。⑤復(fù)習(xí)酸堿中和滴定及鹽類(lèi)水解原理的知識(shí)，并構(gòu)建該知識(shí)與元素化合物之間的橋梁。⑥復(fù)習(xí)熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、電化學(xué)有關(guān)知識(shí)。構(gòu)建該知識(shí)與元素化合物知識(shí)之間的橋梁。氮氧化物污染的治理方法[教師]氮元素在生產(chǎn)生活中的存在于大量的應(yīng)用，體現(xiàn)了氮元素的重要性，不過(guò)在應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)次生問(wèn)題，如汽車(chē)尾氣與硝酸工業(yè)中廢棄對(duì)大氣造成的污染，如何才能有效的來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題需要大家的考慮。[PPT展示]例3：氮氧化物進(jìn)入大氣后，不僅會(huì)形成硝酸型酸雨，還可能形成光化學(xué)煙霧．因此必須對(duì)含有氮氧化物的廢氣進(jìn)行處理．

(1)用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：NO2+NO+2NaOH═2NaNO2+H2O，在該反應(yīng)中，氧化劑是_________，還原劑是__．

(2)汽車(chē)尾氣中含有一氧化氮和一氧化碳，經(jīng)過(guò)排氣管中的催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為對(duì)大氣無(wú)污染的物質(zhì)．寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：．

(3)氮的氧化物是形成光化學(xué)煙霧原因之一，工業(yè)上可采用它與其氫化物反應(yīng)生成無(wú)毒害物質(zhì)而除去，請(qǐng)用方程式表示該反應(yīng)。①?gòu)牡氐难h(huán)與利用，到氮元素造成的污染的處理，從生活中認(rèn)識(shí)化學(xué)，用化學(xué)知識(shí)來(lái)解決生活生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，體現(xiàn)了化學(xué)的實(shí)用性。構(gòu)建化學(xué)與環(huán)境問(wèn)題之間的橋梁。歸納提煉[教師]化學(xué)中的每一塊知識(shí)點(diǎn)是相互獨(dú)立，又存在著相互之間的聯(lián)系。當(dāng)把不同的知識(shí)點(diǎn)相互連接形成一張完整的化學(xué)知識(shí)網(wǎng)的是時(shí)候，我們將對(duì)化學(xué)有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，在完善化學(xué)思維的同時(shí)，對(duì)大家以后認(rèn)識(shí)分析事物，提高問(wèn)題的解決能力有很好的作用。對(duì)本課進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生有意識(shí)的去構(gòu)建各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系。對(duì)本課方法有所了解。課后分析1.構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，有利于學(xué)生內(nèi)化學(xué)科知識(shí)，提高解決問(wèn)題的能力。當(dāng)?shù)匾詥钨|(zhì)、氧化物、酸、鹽的類(lèi)別為要素建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，能把零碎的知識(shí)系統(tǒng)化，混亂的思維條理化。氧化還原反應(yīng)原理及轉(zhuǎn)化要求可以使元素化合物的知識(shí)規(guī)律化，不僅有利于學(xué)生掌握有關(guān)知識(shí)，還可以提高對(duì)知識(shí)的遷移能力及考慮問(wèn)題的整體能力。2.情境創(chuàng)設(shè)社會(huì)化，有利于學(xué)生應(yīng)用學(xué)科知識(shí)，提高化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力。將元素化合物知識(shí)的復(fù)習(xí)在科學(xué)應(yīng)用的情境下來(lái)學(xué)習(xí)，將化學(xué)知識(shí)與生活科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，既能提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，同時(shí)展示了化學(xué)的實(shí)用性，建立了化學(xué)與社會(huì)生產(chǎn)生活之間的橋梁。3.選擇例題典型化，問(wèn)題設(shè)置全面化，有利于學(xué)生形成更完善的知識(shí)系統(tǒng)。問(wèn)題的設(shè)計(jì)有意識(shí)的涉及氧化還原、電化學(xué)、化學(xué)平衡、熱力學(xué)等模塊的知識(shí)，打破了學(xué)科模塊的界限，讓元素化合物作為載體將零散的知識(shí)點(diǎn)與化學(xué)理論之間建立橋梁，使學(xué)生有關(guān)化學(xué)的知