◎ 陳 悅 姚遠遠 陳 凱

一、研究背景和目的

化學(xué)學(xué)科觀念是對化學(xué)研究對象以及化學(xué)研究過程的本原和本體的見解或意識，具有超越課堂的持久價值和遷移價值?；瘜W(xué)學(xué)科觀念建構(gòu)的教學(xué)有利于學(xué)生洞悉化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律，在此基礎(chǔ)上能夠很好地把原來孤立和零散的知識聯(lián)系起來，形成有意義的整體。在教學(xué)過程中，學(xué)生不僅增進對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)和理解，還得以提升認識水平與思維能力，最終將隱性的化學(xué)基本觀念融入自身的科學(xué)素養(yǎng)。［1］

人教版化學(xué)教材中“化學(xué)肥料”安排于九年級學(xué)習(xí)的最后階段，緊隨其后的只有非重點的、知識體系瑣碎的“化學(xué)與生活”章節(jié)。教材這部分內(nèi)容安排有別于一般的先性質(zhì)、后用途的邏輯講解順序，而是采用用途先行、性質(zhì)解釋隨后的思路。

此時的學(xué)習(xí)者具有一定的特殊性。從知識層面看，學(xué)生剛學(xué)完酸堿鹽的基礎(chǔ)知識，大多不能熟練運用；針對接觸化學(xué)不到一年的中學(xué)生，對于集中涌現(xiàn)的化學(xué)術(shù)語單靠教師口頭敘述和例題示范也無法融會貫通，亟待學(xué)科邏輯思路的梳理和基礎(chǔ)知識的強化訓(xùn)練；在化學(xué)肥料授課過程中教師反復(fù)對酸堿鹽知識點進行回顧，以構(gòu)建系統(tǒng)化、關(guān)聯(lián)化的知識體系。從生活情境看，城市生活的孩子對于化學(xué)肥料難免陌生，若僅停留在講授化學(xué)肥料對農(nóng)作物的功用，缺乏生活體驗的學(xué)生會覺得索然無味，故本教學(xué)設(shè)計盡可能選取學(xué)生熟悉或感興趣的素材來建構(gòu)知識體系。從學(xué)習(xí)心態(tài)看，此時逼近中考，學(xué)生在較大的學(xué)習(xí)壓力下進行心態(tài)的調(diào)整，可利用中考分值比例不大的化學(xué)肥料內(nèi)容的學(xué)習(xí)起到緩沖過渡的作用。

傳統(tǒng) “化學(xué)肥料”的教學(xué)往往過多關(guān)注具體事實性知識的識記，例如化肥的分類、保存和使用，縱觀網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于本節(jié)內(nèi)容的若干教學(xué)設(shè)計亦是如此，“趕任務(wù)”式地倉促完成教學(xué)任務(wù)，容易導(dǎo)致學(xué)生只是記住了具體的概念、知識和現(xiàn)象，而忽視了事實性內(nèi)容背后基本的學(xué)科觀念。具體的事實很可能被遺忘，留下的痕跡會是事實背后的觀念，正是這些觀念才能內(nèi)化為日后分析、解釋和解決實際生活中問題的能力，而這才是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要表現(xiàn)。［2］

如何基于化學(xué)學(xué)科觀念建構(gòu)的目的開展教學(xué)設(shè)計創(chuàng)新？筆者借助某學(xué)院職前科學(xué)教師工作室組織的九年級化學(xué)高端備課活動平臺，以化學(xué)師范生對化學(xué)教材的創(chuàng)新設(shè)計研究為主要途徑，吸納來自高校化學(xué)教學(xué)論專家、高中化學(xué)奧賽教練和初中一線教師等多層面的建議，展開創(chuàng)新備課的教學(xué)研修形式。

“化學(xué)肥料”一般分兩課時完成，本文著眼于第一課時，涉及常見化學(xué)肥料的分類、化學(xué)肥料的典型性質(zhì)以及常見化學(xué)肥料施用注意事項。本設(shè)計試圖打破原有教材順序，補充“李比希試驗田故事”和“植物礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”等化學(xué)史料素材，從李比希的視角一一揭開鉀肥、磷肥和氮肥的代表物質(zhì)和意義。［3］

為了便于下文課例分析，故將本課簡單設(shè)計流程總結(jié)如表1所示。

表1 “化學(xué)肥料”教學(xué)流程

二、觀念教學(xué)例析

（一）充滿歷史感的教學(xué)情境

觀念教學(xué)的基本途徑之一是知識考古——對知識刨根問底，追溯歷史上的來龍去脈，弄明白了，觀念就很容易地建立了。［4］傳統(tǒng)化肥教學(xué)太關(guān)注生活中的應(yīng)用——這種著眼點對于城市學(xué)生未必有足夠吸引力，筆者用歷史敘事來解構(gòu)化學(xué)的概念和理論，讓學(xué)生的思維方式用巨大的歷史感作基礎(chǔ)。

在生產(chǎn)高效化肥環(huán)節(jié)，教師提問：“最傳統(tǒng)的氮肥是氨水，但氨水肥效不高，且污染環(huán)境，不建議使用。如何增強肥效？”而為了驗證學(xué)生回答該問題的準確性，教師補充講解化學(xué)史典例：李比希提出將煤氣工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品氨水轉(zhuǎn)變成很好的氮肥——硫酸銨。

其中，增強氨水肥效，是化學(xué)變化觀的滲透，過渡到復(fù)分解反應(yīng)的方程式練習(xí)，關(guān)注氮元素的轉(zhuǎn)變，可強化化學(xué)元素觀；用李比希的氨水變硫酸銨的事例驗證學(xué)生想法，既增強學(xué)生的自豪感與成就感，又是化學(xué)價值觀的體現(xiàn)。這樣一來，一段氮肥講解的思維廣度與深度就遠遠比單純的知識點羅列要強很多。

歷史有著廣度與深度，故充滿歷史感的教學(xué)并非單純使用化學(xué)史素材，前人的民間傳統(tǒng)習(xí)俗同樣可以作為教學(xué)情境。

為了引出磷元素吸收話題，教師這樣講道：“相比傳統(tǒng)燃燒秸稈施加鉀肥的重污染與煩瑣，磷肥的最初添加顯得格外便捷。歐洲有向田地里直接施骨粉的習(xí)慣，因為骨頭里含有的磷酸鈣可促進植物的生長發(fā)育?！彪S后由天然磷肥過渡到化學(xué)磷肥，并針對磷肥異于其他兩種肥料的特征——溶解度低，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面所學(xué)進行提問：“如何增加土壤對磷元素的吸收？” 這樣的教學(xué)，讓知識散發(fā)出固有的生命活力，不易引起學(xué)生的畏難情緒。

事實上要讓教學(xué)充滿歷史感就需要讓歷史不僅僅出現(xiàn)在課堂開端，而是貫穿課堂始末。這可使得課堂整體余音繞梁，令人回味無窮。例如本課的最后，教師延伸補充：“看似簡單的氮肥實則傾注化學(xué)家的大量心血。農(nóng)業(yè)的發(fā)展使得氮肥的需求量日益增加。科學(xué)家哈勃經(jīng)過不斷探索和不懈努力 ，最終由氮氣和氫氣在高溫高壓以及催化劑的作用下成功地建立了每小時能產(chǎn)生80克氨的實驗裝置，為合成氨工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。據(jù)此情境描述，寫出哈伯的合成氨的原理方程式，注意反應(yīng)條件的書寫?！边@樣既完成了課堂最后的教學(xué)評價，亦能夠讓學(xué)生追溯氮肥發(fā)展的歷史，讓學(xué)生明白，科學(xué)的進步推動社會的發(fā)展，社會的需求促使科學(xué)的不斷進步，兩者相互作用，密不可分。

（二）充滿原創(chuàng)力的提問互動

觀念建構(gòu)強調(diào)將思考帶進教學(xué)，觀念是對“為什么這樣想”“怎樣解決這個任務(wù)”這類問題的領(lǐng)悟，所以只有思維才能產(chǎn)生觀念。只有對知識的追溯久遠，才能有效提升思維的原創(chuàng)力；只有提問“很天真”但又不容易在教材上找到原話的問題，才具有原創(chuàng)力的深度。［4］

本課例以“李比希試驗田故事”和“植物礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”兩大化學(xué)史引入主題，隨即承上啟下問學(xué)生：“植物需要的元素有哪些？如何獲得這些元素？”接著進一步提問：“為什么植物需要施加化學(xué)肥料？”

這種問題有別于一般的課堂提問，需要學(xué)生思考前人對于相關(guān)化學(xué)問題的處理方法。其中，問題1是希望學(xué)生通過之前的化學(xué)史故事對化學(xué)肥料有一個總觀性的認識；問題2則是考驗學(xué)生的思維能力及視野廣度，待學(xué)生各抒己見后，再給予總結(jié)性的反饋：“首先，天然泥土提供養(yǎng)分有限，植物從土壤中吸收營養(yǎng)，若無額外營養(yǎng)補充，營養(yǎng)元素喪失，最終使得土壤貧瘠，不能用于種植莊稼；其二，一些地區(qū)土壤中原有營養(yǎng)元素含量不均，需要額外補充?！保?］

這樣一來，化學(xué)史就不僅僅是課堂情境素材，而是作為引發(fā)學(xué)生深度思考的素材，原創(chuàng)性提問能夠引發(fā)學(xué)生的深度思考。

傳統(tǒng)的氮肥教學(xué)，教師只需要強調(diào)，缺少氮元素，葉片發(fā)黃，學(xué)生只要記住這些即可。但是為什么氮元素和葉子顏色有關(guān)系呢？師生往往沒有去尋找其中的聯(lián)系。教師展示缺氮的植物圖片，并呈現(xiàn)葉綠素分子式（C55H70Mg-N4O6）后，補充解釋葉綠素的大量存在是葉片呈現(xiàn)綠色的主要原因，由葉綠素分子式可看出缺氮是葉綠素分子不能合成并導(dǎo)致葉片發(fā)黃的重要原因。這么一來，生物與化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域知識的融合水到渠成，學(xué)生也能真切感受到化學(xué)元素組成具體物質(zhì)去發(fā)揮生理功能的奇妙。

解決原創(chuàng)力問題是觀念建構(gòu)的必由之路。經(jīng)常性地提出原創(chuàng)力問題，可以培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，而問題意識的形成是批判態(tài)度和懷疑精神的確立。［4］這樣一來，學(xué)生便逐漸形成多角度辯證看問題的意識。

（三）鼓勵多角度、反方向看問題

不同人看事情，想問題的方式往往不同，角度的轉(zhuǎn)化意味著觀念的變化。反方向看問題是多角度看問題的一個特例，即鼓勵學(xué)生使用逆向思維去感受觀念的力量，這是觀念建構(gòu)初期較容易掌握的思維方式，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判思維能力和論證能力。

例如，探討磷肥時教師提出一個話題“李比希指出磷肥對增加土壤肥力有特別重要的意義，這是不是意味著補充的磷元素越多越好？”就可以根據(jù)磷肥的施用量進行多角度看問題，其意在讓學(xué)生以小組為單位討論出化肥使用的規(guī)則與方法，鞏固課堂新知，同時傳授正確的化學(xué)價值觀。

形成批判性的思維方式是學(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)新首先應(yīng)具備的素質(zhì)。在鉀肥教學(xué)中教師提出兩個觀點供學(xué)生論證：“探究碳酸鉀能否與石灰混用施加于農(nóng)田，有甲、乙兩種看法，你贊成哪一個，請說出理由。（甲：不影響肥效和功效；乙：對農(nóng)作物生長不利。）”這種開放性問題正是觀念建構(gòu)教學(xué)中所講究的，事實上，碳酸鉀與草木灰能否共用，兩方面都說得通，關(guān)鍵是考察學(xué)生能否提出理由甚至相應(yīng)證據(jù)來支持他的論點，不僅僅停留在鞏固學(xué)生酸堿鹽知識體系層次，而是促進學(xué)生在變化觀、元素觀上更上一個層次。

（四）課堂文化的開放性

課堂文化不單單只是知識的傳授與講述，為了促進觀念的建構(gòu)需要使學(xué)生形成直覺和靈感，這時可以用一些與化學(xué)無關(guān)的事物進行類比。

例如，最后一類復(fù)合肥的講解中，教師說道：“生活中、新聞里常看到這樣的名詞：復(fù)合維生素、復(fù)合型人才……都體現(xiàn)了具有多種功能或能力的意思。磷酸二氫鉀同時含有兩種或兩種以上的營養(yǎng)元素，屬復(fù)合肥。常見的復(fù)合肥有磷酸二銨、硝酸磷肥、硝酸鉀和磷酸二氫鉀等。”這樣的類比，使得學(xué)生明白復(fù)雜化肥名字背后的本質(zhì)緣由，靈感的相互碰撞使得學(xué)生思考問題的思路越來越通暢。

與此同時，我們需要建立起一個開放的學(xué)生評價體系。判定學(xué)生是否真正吸收并理解知識，不是靠機械重復(fù)記憶，而是看學(xué)生能否運用所學(xué)來解答問題或是解釋現(xiàn)象。

譬如，本教學(xué)設(shè)計布置了這樣的課后習(xí)題：①提供碳酸氫銨樣品，通過探究了解該物質(zhì)性質(zhì)，編制化肥說明書。說明書內(nèi)容主要包括名稱、簡稱、化學(xué)式、含氮量、儲存和用法等。②市場銷售的氮肥中：尿素［CO（NH2）2］每50千克80元，硝酸銨（NH4NO3）每50千克70元，試通過計算比較購買何種氮肥合算。

編寫碳銨說明書，旨在幫助學(xué)生將零散的氮肥知識整理成體系，促進學(xué)生當堂理解與掌握，亦是科學(xué)寫作的體現(xiàn)。比較氮肥效果，既回顧質(zhì)量分數(shù)計算方法，也訓(xùn)練綜合思維能力?，F(xiàn)實生活中氮肥效果受多方面因素影響，需學(xué)生綜合考慮。

（五）隱性觀念顯性化

課堂全開放，必然會帶來一些耗時長，學(xué)生不能及時吸收知識等問題，故教師需及時地對所講知識進行一個小結(jié)；而有一部分知識則是因為學(xué)生已有知識經(jīng)驗過于缺乏而不能進行有效合理的建構(gòu)，故需要結(jié)合傳統(tǒng)的講授法與演示教學(xué)法。這些即是所謂的隱形知識顯性化的過程。

這點在氮肥的講解時尤為突出。銨態(tài)氮肥的性質(zhì)實驗是本節(jié)課的重難點部分，若此時仍采用觀念建構(gòu)教學(xué)，則需要學(xué)生具備大量先備知識，且耗時長，故收效不高。我們這樣調(diào)整了教學(xué)策略：

［教師補充］常見氮肥均為銨鹽，又稱銨態(tài)氮肥。銨態(tài)氮肥按其酸根的不同分硫酸銨、氯化銨、硝酸銨和碳酸氫銨四個主要種類。不管哪種銨態(tài)氮肥，其共有的化學(xué)性質(zhì)由什么結(jié)構(gòu)確定？

［學(xué)生］從原子團角度回答，共性由銨根決定。

［演示實驗］將一種銨態(tài)氮肥樣品（主要是硫酸銨或氯化銨，不建議使用硝酸銨）與石灰混合研磨反應(yīng)放出氣體，該氣體使得酚酞溶液變紅，使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍。

［教師講述］解釋原理，指出銨根與堿性物質(zhì)共熱或研磨會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放氨氣。

學(xué)生可循著教師的思路，層層深入思考，逐漸吸收與理解新知?！暗实姆市А杯h(huán)節(jié)還設(shè)置了一個小結(jié)：植物需要氮元素，銨態(tài)氮肥和堿性物質(zhì)混用產(chǎn)生氨氣釋放出去，施肥后無法利用；氮肥中氮元素存在多種價態(tài)，硝酸根離子與銨根離子的差異在于硝酸根離子不會因為堿性物質(zhì)而導(dǎo)致化肥中的氮元素流失。這樣能很好地給剛剛接受新知的學(xué)生一個理清思路、內(nèi)化新知的時間，促進學(xué)生主動積極地接受學(xué)習(xí)，最終達到加強認知的效果。

課堂總結(jié)也不應(yīng)落入俗套，給人以一種匆匆完事的感覺。不妨這樣總結(jié)：化肥的使用提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，而化肥的不當施用會造成環(huán)境污染，加劇資源短缺、能源緊張。除了指導(dǎo)農(nóng)民合理施肥、提高農(nóng)民的科學(xué)意識之外，科學(xué)家也在不斷研發(fā)高效環(huán)保的新型化肥，如緩釋肥料，可極大地提高化肥的使用率。意在培養(yǎng)學(xué)生正確的化學(xué)價值觀，使學(xué)生辯證地看待化肥的利弊，從而理解科學(xué)的本質(zhì)，增強社會責(zé)任感與使命感。

三、教學(xué)實踐與反思

以人為本、基于學(xué)習(xí)與知識創(chuàng)新的教學(xué)活動，才有利于教師與學(xué)生共同的學(xué)習(xí)與發(fā)展，故本教學(xué)實踐注重“資源整合”“觀念建構(gòu)”“學(xué)科理解”。

（一）資源整合

本設(shè)計源于課本但不局限于課本?？紤]多數(shù)學(xué)生對化學(xué)肥料的先前知識了解甚少，又未形成系統(tǒng)的酸堿鹽知識體系，故以化學(xué)史作為新課導(dǎo)入并整合元素、化學(xué)式、質(zhì)量守恒定律、酸堿鹽的化學(xué)性質(zhì)等開展新知學(xué)習(xí)。

《義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2011年版）》中指出的“可供選擇的學(xué)習(xí)情景素材”包括與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的背景資料，如化學(xué)史料、日常生活中生動的自然現(xiàn)象和化學(xué)事實、化學(xué)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的重大成就、化學(xué)對社會發(fā)展影響的事件等。［5］本設(shè)計中采用的化學(xué)史是未被普遍關(guān)注的素材，但運用該素材不止局限于激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，也是一種科學(xué)方法的指引。

（二）觀念建構(gòu)

觀念是深藏在知識背后的一種思想，要理解知識必須清楚知識背后的觀念，觀念的建構(gòu)不是一蹴而就的，“化學(xué)肥料”的教學(xué)已經(jīng)臨近教材尾聲，肩負起反思已學(xué)知識、升華學(xué)科觀念的重任。將具體的元素觀、分類觀、變化觀落實在設(shè)計的不同部分：由學(xué)生已知的生物體內(nèi)最多的四大元素來引出植物生長需求量較大的三種元素——氮、磷、鉀；對含不同元素的化學(xué)肥料進行分類講解，對含同一種元素的化肥按其酸根進一步分類教學(xué)；教學(xué)設(shè)計始終滲透化學(xué)變化過程中元素不變不少，從而研究如何提高化肥肥效及化肥肥效降低的原因。這些新知建構(gòu)以學(xué)生較為熟悉的元素、化學(xué)式、質(zhì)量守恒、酸堿鹽等知識為背景，設(shè)計符合學(xué)生認知規(guī)律而又有一定開放性和挑戰(zhàn)性的問題，使學(xué)生在已有知識與問題解決之間進行有效的思考，最終加深學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心觀念的認知。［6］化學(xué)學(xué)科觀念的建構(gòu)，其實是自上而下的，由化學(xué)基本觀念到化學(xué)核心概念，再到具體的化學(xué)知識的過程。而這些建構(gòu)環(huán)節(jié)中間并非單項知識的輸入與輸出，而是一次或多次雙向認知的過程，故化學(xué)基本觀念的形成具有階段性、層次性和漸進性，需要教師牢牢把握知識、方法與觀念間的聯(lián)系。

（三）學(xué)科理解

教學(xué)設(shè)計應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心，這意味著學(xué)習(xí)者及其表現(xiàn)是所有教學(xué)活動的焦點，只有學(xué)生真正理解了教學(xué)中的具體知識才能一步步建構(gòu)學(xué)科觀念，而理科學(xué)習(xí)的理解重在對學(xué)科邏輯性的理解?？紤]到教學(xué)實情——城市學(xué)生對于化肥的了解幾乎為零，而且化肥的教學(xué)臨近中考，若完全按照探究式教學(xué)需花費大量的時間與精力，這在臨近中考時期是難以操作的。其實，講授法在一定程度上更依賴于學(xué)科邏輯理解，將學(xué)生不熟悉的化學(xué)肥料知識體系有序呈現(xiàn)，融入有效的提問啟發(fā)，未必是一種落后的教學(xué)方法。本設(shè)計中，土壤施肥的由來、提高肥效的方法、氮元素的轉(zhuǎn)化等問題的拓展和深化，教師講授了很多，都是為了追尋學(xué)科邏輯的有意義學(xué)習(xí)。

［1］倪娟. 論基于學(xué)科觀念的化學(xué)概念教學(xué)——以離子反應(yīng)教學(xué)設(shè)計為案例［J］. 化學(xué)教育， 2014，35（1）：1-3.

［2］王路路，陳凱，任寧生，等. 基于生活化學(xué)實驗的學(xué)科觀念啟蒙——“化學(xué)研究些什么”（第一課時）教學(xué)設(shè)計及反思、評析［J］. 教育與裝備研究，2012（4）：17-21.

［3］陳凱. 關(guān)注職前化學(xué)教師實踐性知識的主題教學(xué)研修——以師范生“化學(xué)肥料”課堂教學(xué)為例［J］.化學(xué)教育，2014（22）：42-47.

［4］胡久華, 王磊. 初中化學(xué)教學(xué)策略［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社， 2010：50-59.

［5］中華人民共和國教育部. 義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2011年版）［M］. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2011：5.

［6］王磊，張毅強，喬敏. 觀念建構(gòu)為本的化學(xué)教學(xué)設(shè)計研究［J］. 化學(xué)教育，2008（6）：7-12.

陳 悅 南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院 211171

姚遠遠 南京東山外國語學(xué)校 211103

陳 凱 南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院 211171