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摘要：以化学实验为载体，从建构化学观念角度入手，在硝酸的氧化性课堂教学中深入探讨真实化学问题 ，其中包括实验观、 微粒观和元素观等化学观念，在问题解决和活动探究中，使学生达到技能与智能的融合统一。
关键词：实验；硝酸的氧化性；学科观念
文章编号：1008-0546（2016）08-0079-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.026
化学是一门以实验为基础的学科，而现行教材中，浓、稀硝酸与铜的反应，涉及到反应物的危险性，产物的污染性，面临着无法将实验搬进教室的窘境。笔者在进行“硝酸的氧化性”的教学时，在教材原有的实验基础上，进行了深入的挖掘和改进，采用注射器和输液袋的实验装置，有效地排除空气中O2对实验现象的干扰。此外，产生的污染气体，也可以储存在输液袋中，减少了污染物的排放，最大程度的保护了学生。在教学过程中，根据教学的需求增补了一些实验，鼓励学生发挥主动性和创造性，让学生积极参与实验方案的设计和操作，在解决实际问题中达到了技能与智能的融合统一，建构了基本化学学科观念。
实验观：本节课师生共同合作设计了“测硝酸的pH”，“浓、稀硝酸与铜反应”，“铜与NaNO3溶液反应的条件”，“附有铜的铁条的钝化”等一系列实验，通过对实验仪器的改进和方案的优化，引导学生以实验事实为依据，构建了硝酸的强氧化性知识体系。
微粒观：硝酸的强氧化性体现哪种微粒上呢？是HNO3分子，NO3-，还是H 和NO3-协同作用？通过对比铜与浓、稀硝酸的实验现象，铜与NaNO3溶液反应的条件的探究，加深了学生对微粒观的理解，深化认识氧化还原反应发生的条件。
元素观：硝酸具有强氧化性是学生基于硝酸中 5价氮元素的氧化性的认识，以及其它含有 5价氮元素氧化性的探究，发展了学生的元素观。
此外，分类观、守恒观、变化观，分析比较和化学价值观在教学中也有体现，合理建构了学生的基本学科观念，提高了教学效率。
一、教学设计思路
通过初中化学知识的学习，学生已经掌握酸的通性，而前一节课，学习了浓硫酸的性质，知道了浓度不同物质的氧化性不同，产物也不同，这些都为硝酸的学习铺垫了坚实的知识基础。硝酸的主干知识就是强氧化性，它能与大部分金属反应，能氧化一些非金属，生成氮氧化物，这是与初中知识区别最大之处，本节课以化学实验为载体，通过学生实验，突破硝酸的强氧化性的知识难点，深化氧化还原反应知识理论，符合“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，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力”的课程理念。本节课的整体设计思路如图1所示。
二、教学过程
1. 问题探究，初建实验观
[问题情景] 硝酸是强酸，如何验证浓硝酸的酸性？
[学生活动]能与碱或某些盐反应，与酸碱指示剂反应，与某些金属氧化物反应，测pH等。
[学生实验1]用pH试纸测浓硝酸的pH。
[问题情景] 我们所学的知识中，哪种物质滴在pH试纸的现象和浓硝酸滴在pH试纸的现象变化相同？为什么pH试纸会先变红后褪色？（追问1）说明浓硝酸可能具有什么性质？（追问2）
[学生]新制的氯水，新制的氯水具有酸性使pH试纸变红，具有强氧化性而使红色褪去。说明浓硝酸可能具有强氧化性。
设计意图：将浓硝酸滴在pH试纸上，出现红色，在学生的“意料之中”，很快红色褪去，学生惊讶不已。新的实验现象与旧的知识产生冲突，激发了学生学习硝酸性质的欲望。
2.实验探究，构建微粒观
[问题情景]如果让你选择一种药品来研究硝酸的氧化性，你会选什么样的物质呢？选什么样的金属呢（追问）？今天实验室为我们提供了一种不活泼金属单质铜来验证硫酸和硝酸的强氧化性，实验装置如图3。
[引导讨论]（1）实验方案。（2） 预测实验现象。
（3）如何证明反应发生？
（4） 注射器和输液袋在实验中有什么特殊的用途？
选取学生提出的实验方案，进行优化，分小组进行实验。
[学生实验2]
设计意图：将教材中的“观察与思考”改为“活动与探究”，让学生在亲身体验中获得了新的知识。采用输液袋和注射器装置，学生既可以观察到明显的实验现象，又可以避免实验过程中产生有毒害的气体逸出，输液袋中事先放入浓硝酸可以避免学生在吸取浓硝酸的过程中的意外发生。
[学生活动]小组汇报实验现象，书写并根据化合价升降法配平铜与浓硝酸反应的化学方程式。
[问题情景]浓硝酸中存在哪些主要微粒？浓硝酸将铜氧化，可能是什么微粒的作用？（通过分析硝酸中氮元素的价态进行说明（追问1）？如何排除HNO3分子的影响？（追问2）。
[学生]HNO3分子、H 和NO3-还有H2O （集体回答）。
[学生1]HNO3分子（学习浓硫酸后的启发）。
[学生2]NO3-。
[学生3]加水稀释，可以使硝酸完全电离。
[学生实验3]完成稀硝酸与铜反应的实验。
设计意图： 由于受到铜与浓硫酸反应的影响，在讨论浓硝酸与铜的反应时，很多同学会想到浓硝酸之中存在HNO3分子，是HNO3分子与铜发生了氧化还原反应，向浓硝酸中加入水，使得HNO3在水中完全电离而排除HNO3分子的影响（高中阶段），在实验的过程中发现的稀硝酸和铜也可以反应，只是产物有所不同，说明将铜氧化的不是HNO3分子。
[学生活动]小组汇报实验现象，书写并配平铜与稀硝酸反应的化学方程式，并将化学方程式改写成离子方程式。 [问题情景]将铜片氧化的微粒不是HNO3，是什么呢？NaNO3溶液中也存在 5价氮元素的NO3-，铜能被NaNO3氧化吗？（追问）
[学生]NO3-（集体回答，信心满满），能 （集体回答，信心满满）。
[学生实验4] 将铜置于Y型试管中NaNO3溶液内观察，结果无明显现象。
[问题情景]铜为什么不与NaNO3溶液反应？请大家分析NaNO3溶液中存在的微粒，并结合铜与稀硝酸反应的离子方程式进行说明。
[学生活动]小组交流讨论，确定新的实验方案：向NaNO3溶液加入稀硫酸溶液。待有明显现象后，将Y型管倾斜使铜片与溶液分离。
设计意图：通过对NaNO3溶液和稀硝酸溶液中微粒成分的比较和离子方程式的书写和观察，引导学生发现NO3-的氧化性依赖溶液中H ，配合后续实验补充稀硫酸，帮助学生形成正确的“微粒观”。使学生对硝酸的氧化性的认识上升到一个新的台阶。
3. 运用实验，体会化学价值
[生活情景]铁比铜活泼，为什么在生活中用铁罐车运输浓硝酸？
[学生实验5]将附有Cu的铁条和打磨后的铁条分别插入到浓硝酸溶液中。
设计意图：由于在铝及其化合物的学习时，学生已经接触到铝条在浓硝酸中发生钝化，通过图片情景，学生的旧知识很快在脑海中重现。通过对强调的铜与浓硝酸的反应现象再次出现，当铜反应完后，反应停止，再一次视觉冲击使学生牢固地形成钝化的概念。学习了知识，有了收获，更重要的是能服务于生活，让生活变得更美好！
4. 问题解决，实现知识建构
[问题情景]写出稀硝酸分别与Na2CO3和Na2SO3反应的化学方程式。
[学生活动]书写化学方程式。
[引导讨论]分析学生书写的方程式的正误，并引导学生讨论稀硝酸与Na2CO3和Na2SO3反应的化学方程式书写为什么不同？
[演示实验]将Y型试管中稀硝酸加入到Na2CO3固体和Na2SO3固体中。
[学生]观察实验现象，体会化学方程式的表达。
设计意图：通过观察实验现象的不同，让学生正确理解稀硝酸的酸性和氧化性，为学生创设合理的实验情境，让学生在实验情境中运用知识，既是知识的迁移又是知识的升华，让学生学有所用，体验学习的快乐，享受问题解决的乐趣，实现新旧知识的建构。
三、教学后记
“硝酸的氧化性”是元素化合物的重要组成部分，硝酸的氧化性是高中化学的重点，也是学生学习的难点。在本节课的教学中以实验为载体通过实验引导学生发现问题，通过实验的方式引导学生认识铜与浓硝酸、稀硝酸反应时的不同现象，加深对硝酸氧化性的认识及对反应产物的记忆。同时在学生活动中较多地关注了学科基本技能的训练，通过铜与浓、稀硝酸反应方程式的配平，学生自觉地体会硝酸在反应中既体现酸性又体现氧化性。通过离子方程式的改写，有利于学生客观地认识在硝酸溶液中体现氧化性的微粒及H 所起的作用，从反应中氮元素电子的得失和化合价的变化，分析了硝酸与金属反应的实质。
在教材中有许多值得我们挖掘的素材，作为教师需要认真理解和充分利用资源，发挥教材的最大能效为教学服务。本节课的教学设计中，对教材中的实验进行了改进，利用注射器和输液袋连接成一个密闭体系，有效地排除了O2对实验现象的干扰。利用注射器抽取置于输液袋中的浓硝酸，与预先放入注射器的薄铜片反应，可以清晰地观察铜与浓硝酸反应的现象以及NO2气体的颜色。稀硝酸与铜反应时，针筒中产生的气体为无色，当向输液袋中注入空气后，气体变化为红棕色，由此可以证实铜与稀硝酸反应产生的气体为NO。在整个实验中产生的气体都收集在注射器封闭体系中排除了NO、 NO2有毒气体对环境的污染，绿色环保更符合现代化学实验设计的理念。
参考文献
[1] 梁卉.中学化学学科观念的初步研究 [D].南京：南京师范大学，2008
[2] 倪娟.论基于学科观念的化学概念教学 [J].化学教育，2014，（1）： 1-3
[3] 胡爱彬.实验探究中渗透多元化学观念的教学实践与思考[J].中学化学教学参考，2015，（9）：36-38
关键词：实验；硝酸的氧化性；学科观念
文章编号：1008-0546（2016）08-0079-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.026
化学是一门以实验为基础的学科，而现行教材中，浓、稀硝酸与铜的反应，涉及到反应物的危险性，产物的污染性，面临着无法将实验搬进教室的窘境。笔者在进行“硝酸的氧化性”的教学时，在教材原有的实验基础上，进行了深入的挖掘和改进，采用注射器和输液袋的实验装置，有效地排除空气中O2对实验现象的干扰。此外，产生的污染气体，也可以储存在输液袋中，减少了污染物的排放，最大程度的保护了学生。在教学过程中，根据教学的需求增补了一些实验，鼓励学生发挥主动性和创造性，让学生积极参与实验方案的设计和操作，在解决实际问题中达到了技能与智能的融合统一，建构了基本化学学科观念。
实验观：本节课师生共同合作设计了“测硝酸的pH”，“浓、稀硝酸与铜反应”，“铜与NaNO3溶液反应的条件”，“附有铜的铁条的钝化”等一系列实验，通过对实验仪器的改进和方案的优化，引导学生以实验事实为依据，构建了硝酸的强氧化性知识体系。
微粒观：硝酸的强氧化性体现哪种微粒上呢？是HNO3分子，NO3-，还是H 和NO3-协同作用？通过对比铜与浓、稀硝酸的实验现象，铜与NaNO3溶液反应的条件的探究，加深了学生对微粒观的理解，深化认识氧化还原反应发生的条件。
元素观：硝酸具有强氧化性是学生基于硝酸中 5价氮元素的氧化性的认识，以及其它含有 5价氮元素氧化性的探究，发展了学生的元素观。
此外，分类观、守恒观、变化观，分析比较和化学价值观在教学中也有体现，合理建构了学生的基本学科观念，提高了教学效率。
一、教学设计思路
通过初中化学知识的学习，学生已经掌握酸的通性，而前一节课，学习了浓硫酸的性质，知道了浓度不同物质的氧化性不同，产物也不同，这些都为硝酸的学习铺垫了坚实的知识基础。硝酸的主干知识就是强氧化性，它能与大部分金属反应，能氧化一些非金属，生成氮氧化物，这是与初中知识区别最大之处，本节课以化学实验为载体，通过学生实验，突破硝酸的强氧化性的知识难点，深化氧化还原反应知识理论，符合“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，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力”的课程理念。本节课的整体设计思路如图1所示。
二、教学过程
1. 问题探究，初建实验观
[问题情景] 硝酸是强酸，如何验证浓硝酸的酸性？
[学生活动]能与碱或某些盐反应，与酸碱指示剂反应，与某些金属氧化物反应，测pH等。
[学生实验1]用pH试纸测浓硝酸的pH。
[问题情景] 我们所学的知识中，哪种物质滴在pH试纸的现象和浓硝酸滴在pH试纸的现象变化相同？为什么pH试纸会先变红后褪色？（追问1）说明浓硝酸可能具有什么性质？（追问2）
[学生]新制的氯水，新制的氯水具有酸性使pH试纸变红，具有强氧化性而使红色褪去。说明浓硝酸可能具有强氧化性。
设计意图：将浓硝酸滴在pH试纸上，出现红色，在学生的“意料之中”，很快红色褪去，学生惊讶不已。新的实验现象与旧的知识产生冲突，激发了学生学习硝酸性质的欲望。
2.实验探究，构建微粒观
[问题情景]如果让你选择一种药品来研究硝酸的氧化性，你会选什么样的物质呢？选什么样的金属呢（追问）？今天实验室为我们提供了一种不活泼金属单质铜来验证硫酸和硝酸的强氧化性，实验装置如图3。
[引导讨论]（1）实验方案。（2） 预测实验现象。
（3）如何证明反应发生？
（4） 注射器和输液袋在实验中有什么特殊的用途？
选取学生提出的实验方案，进行优化，分小组进行实验。
[学生实验2]
设计意图：将教材中的“观察与思考”改为“活动与探究”，让学生在亲身体验中获得了新的知识。采用输液袋和注射器装置，学生既可以观察到明显的实验现象，又可以避免实验过程中产生有毒害的气体逸出，输液袋中事先放入浓硝酸可以避免学生在吸取浓硝酸的过程中的意外发生。
[学生活动]小组汇报实验现象，书写并根据化合价升降法配平铜与浓硝酸反应的化学方程式。
[问题情景]浓硝酸中存在哪些主要微粒？浓硝酸将铜氧化，可能是什么微粒的作用？（通过分析硝酸中氮元素的价态进行说明（追问1）？如何排除HNO3分子的影响？（追问2）。
[学生]HNO3分子、H 和NO3-还有H2O （集体回答）。
[学生1]HNO3分子（学习浓硫酸后的启发）。
[学生2]NO3-。
[学生3]加水稀释，可以使硝酸完全电离。
[学生实验3]完成稀硝酸与铜反应的实验。
设计意图： 由于受到铜与浓硫酸反应的影响，在讨论浓硝酸与铜的反应时，很多同学会想到浓硝酸之中存在HNO3分子，是HNO3分子与铜发生了氧化还原反应，向浓硝酸中加入水，使得HNO3在水中完全电离而排除HNO3分子的影响（高中阶段），在实验的过程中发现的稀硝酸和铜也可以反应，只是产物有所不同，说明将铜氧化的不是HNO3分子。
[学生活动]小组汇报实验现象，书写并配平铜与稀硝酸反应的化学方程式，并将化学方程式改写成离子方程式。 [问题情景]将铜片氧化的微粒不是HNO3，是什么呢？NaNO3溶液中也存在 5价氮元素的NO3-，铜能被NaNO3氧化吗？（追问）
[学生]NO3-（集体回答，信心满满），能 （集体回答，信心满满）。
[学生实验4] 将铜置于Y型试管中NaNO3溶液内观察，结果无明显现象。
[问题情景]铜为什么不与NaNO3溶液反应？请大家分析NaNO3溶液中存在的微粒，并结合铜与稀硝酸反应的离子方程式进行说明。
[学生活动]小组交流讨论，确定新的实验方案：向NaNO3溶液加入稀硫酸溶液。待有明显现象后，将Y型管倾斜使铜片与溶液分离。
设计意图：通过对NaNO3溶液和稀硝酸溶液中微粒成分的比较和离子方程式的书写和观察，引导学生发现NO3-的氧化性依赖溶液中H ，配合后续实验补充稀硫酸，帮助学生形成正确的“微粒观”。使学生对硝酸的氧化性的认识上升到一个新的台阶。
3. 运用实验，体会化学价值
[生活情景]铁比铜活泼，为什么在生活中用铁罐车运输浓硝酸？
[学生实验5]将附有Cu的铁条和打磨后的铁条分别插入到浓硝酸溶液中。
设计意图：由于在铝及其化合物的学习时，学生已经接触到铝条在浓硝酸中发生钝化，通过图片情景，学生的旧知识很快在脑海中重现。通过对强调的铜与浓硝酸的反应现象再次出现，当铜反应完后，反应停止，再一次视觉冲击使学生牢固地形成钝化的概念。学习了知识，有了收获，更重要的是能服务于生活，让生活变得更美好！
4. 问题解决，实现知识建构
[问题情景]写出稀硝酸分别与Na2CO3和Na2SO3反应的化学方程式。
[学生活动]书写化学方程式。
[引导讨论]分析学生书写的方程式的正误，并引导学生讨论稀硝酸与Na2CO3和Na2SO3反应的化学方程式书写为什么不同？
[演示实验]将Y型试管中稀硝酸加入到Na2CO3固体和Na2SO3固体中。
[学生]观察实验现象，体会化学方程式的表达。
设计意图：通过观察实验现象的不同，让学生正确理解稀硝酸的酸性和氧化性，为学生创设合理的实验情境，让学生在实验情境中运用知识，既是知识的迁移又是知识的升华，让学生学有所用，体验学习的快乐，享受问题解决的乐趣，实现新旧知识的建构。
三、教学后记
“硝酸的氧化性”是元素化合物的重要组成部分，硝酸的氧化性是高中化学的重点，也是学生学习的难点。在本节课的教学中以实验为载体通过实验引导学生发现问题，通过实验的方式引导学生认识铜与浓硝酸、稀硝酸反应时的不同现象，加深对硝酸氧化性的认识及对反应产物的记忆。同时在学生活动中较多地关注了学科基本技能的训练，通过铜与浓、稀硝酸反应方程式的配平，学生自觉地体会硝酸在反应中既体现酸性又体现氧化性。通过离子方程式的改写，有利于学生客观地认识在硝酸溶液中体现氧化性的微粒及H 所起的作用，从反应中氮元素电子的得失和化合价的变化，分析了硝酸与金属反应的实质。
在教材中有许多值得我们挖掘的素材，作为教师需要认真理解和充分利用资源，发挥教材的最大能效为教学服务。本节课的教学设计中，对教材中的实验进行了改进，利用注射器和输液袋连接成一个密闭体系，有效地排除了O2对实验现象的干扰。利用注射器抽取置于输液袋中的浓硝酸，与预先放入注射器的薄铜片反应，可以清晰地观察铜与浓硝酸反应的现象以及NO2气体的颜色。稀硝酸与铜反应时，针筒中产生的气体为无色，当向输液袋中注入空气后，气体变化为红棕色，由此可以证实铜与稀硝酸反应产生的气体为NO。在整个实验中产生的气体都收集在注射器封闭体系中排除了NO、 NO2有毒气体对环境的污染，绿色环保更符合现代化学实验设计的理念。
参考文献
[1] 梁卉.中学化学学科观念的初步研究 [D].南京：南京师范大学，2008
[2] 倪娟.论基于学科观念的化学概念教学 [J].化学教育，2014，（1）： 1-3
[3] 胡爱彬.实验探究中渗透多元化学观念的教学实践与思考[J].中学化学教学参考，2015，（9）：36-38