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摘要：真实问题情境来自学生学习中的困惑，在高一新授课“硝酸的性质”教学中以“能否用硝酸与金属反应制取氢气？”作驱动问题，并衍生出预习问题、课堂学习问题、检测问题实施课堂学习活动，有效落实问题驱动学习，发展学生的化学学科素养。
关键词：硝酸的性质，问题驱动，教学实践
文章编号：1008-0546（2020）05-0038-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.010
“硝酸的性质”是苏教版高中化学1（必修）专题4第二单元第三节学习内容，本节学习重点是认识浓、稀硝酸的强氧化性及不稳定性，此前学生已经认识盐酸、稀硫酸及浓硫酸的性质，明确了酸所具有的通性及浓硫酸的特性。高一学生对酸具有一定的认知水平和判断能力，但知识的系统性与特殊性还认识不足，基于对酸的通性认知及思维定势，学生头脑中会存在这样的问题：实验室常用稀硫酸或盐酸与活泼金属反应制取氢气，为什么不用浓硫酸或硝酸呢？基于新课程标准强调课堂教学注重创设真实且富有价值的问题情境，以促进学习方式转变及学生化学学科核心素养的形成和发展，因此，对“硝酸的性质”课堂教学中借助“能否用活泼金属与硝酸反应制取氢气？”为驱动问题，通过设计学习主题的衍生问题注重开发学生预习、带着问题进行学习活动，并当堂检测学习效果，落实问题驱动教学的最优化。
一、“硝酸的性质”驱动问题的设计
课堂学习中以“能否用活泼金属与硝酸反应制取氢气？”作为驱动问题的核心，引导学生深入思考：实验室制取氢气常用稀硫酸或盐酸，能否用硝酸，为什么不能用硝酸，进而引出硝酸性质与盐酸、硫酸有何区别等衍生的递进问题，学生的思维逐步深入，结合实验探究、问题解决等活动逐步突破学生困惑点，促使学生思维的多角度认识，构建硝酸的性质知识体系。驱动问题是借助学生针对不同酸性质认识的误区，课堂学习的重点是硝酸的性质。“硝酸的性质”驱动问题的设计如图1所示，教学与评价思路示意图如图2所示。
二、教学过程设计与实施
1.创设预习问题，激发认知冲突
课前预习是学习有效深入的前提，通过设置预习任务问题促进学生课前预习，重在针对学习主题能促进驱动问题的生成，并结合旧知回顾激发认知冲突。
设置目的：预习任务1、2、3基于学生思维常识，通过对酸的分类列举化学中常见的三大强酸：盐酸、硫酸、硝酸，巩固描述酸的通性，再通过实验室制取少量氢气的反应强化稀盐酸与稀硫酸的特点，进而比较浓硫酸与稀硫酸性质异同，为引出浓、稀硝酸性质的学习作好铺垫。任务4重在驱动问题的生成，在自主预习基础上寻找自我认知的困惑点，为课堂探究作铺垫。
效果与评价：预习问题充分利用类比思维方法，寻求突破自我认知。学生预习的结果不仅列举了三大强酸，还有较多的弱酸如醋酸、碳酸等，学习硝酸之后，学生对常见无机酸应有了较为全面的认识。针对“能否用活泼金属与硝酸反应制取氢气”问题，学生虽预习了解了硝酸的主要性质，但还是存在思维障碍，需要课堂学习中加以引导以实现自我突破。
2.注重问题驱动，突破学习困惑
[课堂引入]同学们结合课前预习任务进行了充分的预习，从结果看，我们已经认识三大强酸及部分弱酸，学习了浓硫酸的性质，知道实验室常用稀硫酸或盐酸与活泼金属反应制取氢气，因浓硫酸具有强氧化性与金属反应不能产生氢气，硝酸同样具有酸的通性，那么硝酸能否與金属反应制取氢气？带着这一问题进入“硝酸的性质”探究。
（1）认识硝酸
[探究活动]展示盛放浓硝酸的棕色试剂瓶，投影试剂瓶标签（如图3）;并取少量浓硝酸于试管中，观察性质后加少量水稀释，结合活动观察、总结硝酸的物理性质。
[问题]观察硝酸样品及试剂瓶标签，能得出硝酸的哪些信息？
[学生总结]硝酸为五色或淡黄色透明液体，质量分数为65～68%，易挥发，是腐蚀品，保存在棕色试剂瓶中。
[问题]纯硝酸为五色液体，为何标签上出现“试剂为淡黄色”信息，且保存在棕色试剂瓶中，体现了硝酸什么性质？试小组讨论后解决之。
[学生交流展示]硝酸呈淡黄色原因是硝酸不稳定，见光或受热条件下分解产生了少量NO2溶于硝酸而略显黄色，体现了硝酸的不稳定性。
设计意图：借助硝酸试剂瓶标签，可具体观察到硝酸样品的许多信息，进而可生成系列问题，如硝酸的含量为何为65～68%，硝酸标签中“分析纯”含义，腐蚀品标签等，这些都是生活中经常遇到的知识，有的问题只需一带而过，但更能激发探究欲望，引发思考，从而解决具体问题。
效果与评价：情境、问题、活动是学生课堂学习中解决思维困惑、获得知识的要素，情境有利于问题的提出，而活动是解决问题的重要路径，因此借助真实情境能有效促使驱动问题的产生及学习活动的展开。课堂学习借助硝酸试剂瓶标签引入教学，基于学生思维由感性向理性的发展过程，既使学生获得了硝酸的感性认知，为学习的逐步深入作铺垫，又发展了学生的“科学态度与社会责任”素养。
（2）探究硝酸的强氧化性
[探究活动]取两支预先干燥并装入少量铜粉的一次性输液袋，用50mL注射器抽空输液袋内空气，然后用10mL注射器分别吸取约5mL浓、稀硝酸注入到输液袋中，观察并记录现象。
[现象与结论]实验操作及现象见表2。
[问题]①硝酸与铜反应体现了硝酸的什么性质？
②从氧化还原反应角度分析，硝酸的氧化性体现在哪种元素上，浓、稀硝酸被还原所得到的产物有何不同？
③推测锌与浓、稀硝酸反应的可能产物？
[学生交流展示]很明显，铜与浓硝酸能剧烈反应，还原产物为NO2气体，铜与稀硝酸反应还原产物为NO气体，原因是硝酸中的 5价氮元素表现了较强氧化性。若用锌粉分别与浓、稀硝酸反应，虽锌的金属活动性较强，但因硝酸的较强氧化性，还原产物也应为NO2与NO，不能生成氢气，可进行实验验证。 [探究活动]同样取两支预先干燥并装入少量锌粉的一次性输液袋，分别注入少量浓、稀硝酸，观察现象。
[现象与结论]两反应除溶液颜色不同外，其余现象均与铜和浓、稀硝酸反应现象相同。
[问题]实验中使用医用输液袋有何好处，最后向输液袋中注入NaOH溶液有何价值，可能发生哪些反应。试讨论解决。
[学生交流展示]铜与浓、稀硝酸的实验中使用了医用输液袋明显是基于环保因素，可有效避免氮氧化物排放到大气中造成污染;加入的NaOH溶液依据现象观察可与输液袋中剩余的硝酸、生成的Cu（NO3）2及NO2气体反应，进一步对实验废弃物处理。
[总结]浓、稀硝酸均具有较强氧化性，当与金属或非金属及某些有机物反应时，反应物或反应条件不同，硝酸被还原所得的产物也不同，硝酸中 5价的氮得电子，被还原成较低价态的氮，如：
资料显示，当极稀HNO3（1%-2%）与极活泼的金属作用，会有H2放出。现给出的是大学教材中硝酸的部分反应产物规律，我们中学阶段重点认识浓、稀硝酸体现的强氧化性的還原产物为NO2与NO，要进一步探究其反应原理，需进行后续研究，自我总结或提出相关硝酸的问题。
[学生交流总结]浓、稀硝酸的强氧化性表现在 5价的氮原子上，是活泼金属不与硝酸反应生成氢气的主要因素。
[问题]已知灼热的炭块可与浓硝酸剧烈反应生成气体，试写出该反应的方程式，探究浓硝酸与碳的反应现象与原理，分析硝酸表现的性质。
[学生交流展示]分析碳与浓硝酸的反应现象与原理，书写化学方程式，巩固浓硝酸的强氧化性。
设计意图：为重点解决“硝酸能否与活泼金属反应生成氢气？”这一驱动问题，除设计铜分别与浓、稀硝酸的实验探究，还需增加活泼金属（如锌）分别与浓、稀硝酸的实验，并通过与铜反应现象对比得出相应结论：硝酸与活泼金属反应通常不能生成氫气;基于高一学生的认知水平及思維进阶规律，又简单给出了硝酸的整体反应规律，既是对硝酸性质的整体概括，又能对学生以后发展与价值提升起到铺垫作用，从而真正解决了困扰学生思维的驱动问题。实验中使用医用输液袋作反应装置，很好展现了绿色化学的实验观念。
效果与评价：学生科学认知过程是从无到有，从问题到结论、再到新的问题的学习过程，体现了科学探究的价值，对高中生而言，在学习过程中除获取基本知识外，更要学会解决问题的方法，基于问题情境下的“硝酸的性质”实验探究活动，厘清了元素及化合物学习主线，有效促进学生思维发展、知识增长及能力的提升。绿色实验的设计有效落实“科学探究与创新意识”素养，发展强化了“科学态度与社会责任”素养。
3.通过检测问题，强化学习重点
为落实课堂学习重点，紧扣学习主题设置练习综合检测课堂学习效果，如表3。
设置目的：学习检测单中1、2题重在巩固落实硝酸的基本性质：挥发性、强酸性、强氧化性、不稳定性等;第3题重在思维拓展，强化认识浓、稀硝酸的氧化性不同，落实铜与硝酸的反应本质;第4题重在反馈提升，落实驱动问题“活泼金属与硝酸反应能生成H2”学习误区。基于课堂学习时间的限制，课堂检测内容针对教学主题，注重思路方法、情感态度的呈现，并回顾驱动问题的分析与解决。
效果与评价：课堂教学效果评价主体是学生学习知识的获得及利用所学知识解决问题的能力提高，课堂检测的设置基于即时评价策略，也是学生针对学习主题及问题的分析解决，能有效经过学生自主思考并解决的问题是课堂学习的真谛所在。如学生自己建表总结的检测练习2就是本课学习最大的收获（见表4）。
三、教学反思
问题驱动是基于学习主题让学生提出有探究价值的问题，并围绕问题展开研究，从而解决问题的过程，充分体现学生学习的主体作用。问题驱动课堂学习设计体现以下特点：抓住问题学习的根本，通过活动激发学生深入思考，即时评价学生的学习效果。
驱动问题是促使学生活动开展的有效载体，以驱动问题作载体，激发认知冲突，构建知识体系，发展学习能力的有力路径;本节课看似从简单的问题“硝酸能否与活泼金属反应生成氢气”引入教学，但基于该问题驱动下的是对学生思维定势的冲击，能有效激发学生深入思考，结合实验探究及问题的分析，对落实硝酸的强氧化性学习重点给予了充分的认识。围绕驱动问题展开学习活动，注重了前后思维的连贯与深入，进而为探究知识的本原创设了有效载体，提升了学习效率。
针对教学主题问题的提出与解决离不开教师的主导作用，需要教师针对不同知识、不同学情进行研究，能够创设真实且富有价值的问题情境并从中引出驱动问题，在学生参与问题解决的过程要引导学生寻找解决问题的策略，这样才能真正提高学生发现提出并解决实际问题的能力。
教学与学习方式的变革最终目的是促进学生学科观念建构及学科核心素养的提升，借助问题驱动实施“硝酸的性质”课堂教学，有效发展学生的元素观、分类观、转化观、实验观等;对“硝酸能否与活泼金属反应生成氢气”这一驱动问题的解决，有效提炼出由一般到特殊的认知规律;课堂学习整体发展了学生的“科学探究与创新意识”“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养，这些不仅使学生形成化学学科的思想和方法，更是提升了学生解决具体问题的能力。
课堂教学是师生共同参与、共同提升的过程，借助新课程标准的颁布及新一轮高考改革的开启，课堂教学改革势在必行，作为教师要积极转变观念、接受新的变化。问题驱动下实施课堂教学基于实践经验的总结，借助问题驱动教学实现课堂学习效益的最优化。
关键词：硝酸的性质，问题驱动，教学实践
文章编号：1008-0546（2020）05-0038-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.010
“硝酸的性质”是苏教版高中化学1（必修）专题4第二单元第三节学习内容，本节学习重点是认识浓、稀硝酸的强氧化性及不稳定性，此前学生已经认识盐酸、稀硫酸及浓硫酸的性质，明确了酸所具有的通性及浓硫酸的特性。高一学生对酸具有一定的认知水平和判断能力，但知识的系统性与特殊性还认识不足，基于对酸的通性认知及思维定势，学生头脑中会存在这样的问题：实验室常用稀硫酸或盐酸与活泼金属反应制取氢气，为什么不用浓硫酸或硝酸呢？基于新课程标准强调课堂教学注重创设真实且富有价值的问题情境，以促进学习方式转变及学生化学学科核心素养的形成和发展，因此，对“硝酸的性质”课堂教学中借助“能否用活泼金属与硝酸反应制取氢气？”为驱动问题，通过设计学习主题的衍生问题注重开发学生预习、带着问题进行学习活动，并当堂检测学习效果，落实问题驱动教学的最优化。
一、“硝酸的性质”驱动问题的设计
课堂学习中以“能否用活泼金属与硝酸反应制取氢气？”作为驱动问题的核心，引导学生深入思考：实验室制取氢气常用稀硫酸或盐酸，能否用硝酸，为什么不能用硝酸，进而引出硝酸性质与盐酸、硫酸有何区别等衍生的递进问题，学生的思维逐步深入，结合实验探究、问题解决等活动逐步突破学生困惑点，促使学生思维的多角度认识，构建硝酸的性质知识体系。驱动问题是借助学生针对不同酸性质认识的误区，课堂学习的重点是硝酸的性质。“硝酸的性质”驱动问题的设计如图1所示，教学与评价思路示意图如图2所示。
二、教学过程设计与实施
1.创设预习问题，激发认知冲突
课前预习是学习有效深入的前提，通过设置预习任务问题促进学生课前预习，重在针对学习主题能促进驱动问题的生成，并结合旧知回顾激发认知冲突。
设置目的：预习任务1、2、3基于学生思维常识，通过对酸的分类列举化学中常见的三大强酸：盐酸、硫酸、硝酸，巩固描述酸的通性，再通过实验室制取少量氢气的反应强化稀盐酸与稀硫酸的特点，进而比较浓硫酸与稀硫酸性质异同，为引出浓、稀硝酸性质的学习作好铺垫。任务4重在驱动问题的生成，在自主预习基础上寻找自我认知的困惑点，为课堂探究作铺垫。
效果与评价：预习问题充分利用类比思维方法，寻求突破自我认知。学生预习的结果不仅列举了三大强酸，还有较多的弱酸如醋酸、碳酸等，学习硝酸之后，学生对常见无机酸应有了较为全面的认识。针对“能否用活泼金属与硝酸反应制取氢气”问题，学生虽预习了解了硝酸的主要性质，但还是存在思维障碍，需要课堂学习中加以引导以实现自我突破。
2.注重问题驱动，突破学习困惑
[课堂引入]同学们结合课前预习任务进行了充分的预习，从结果看，我们已经认识三大强酸及部分弱酸，学习了浓硫酸的性质，知道实验室常用稀硫酸或盐酸与活泼金属反应制取氢气，因浓硫酸具有强氧化性与金属反应不能产生氢气，硝酸同样具有酸的通性，那么硝酸能否與金属反应制取氢气？带着这一问题进入“硝酸的性质”探究。
（1）认识硝酸
[探究活动]展示盛放浓硝酸的棕色试剂瓶，投影试剂瓶标签（如图3）;并取少量浓硝酸于试管中，观察性质后加少量水稀释，结合活动观察、总结硝酸的物理性质。
[问题]观察硝酸样品及试剂瓶标签，能得出硝酸的哪些信息？
[学生总结]硝酸为五色或淡黄色透明液体，质量分数为65～68%，易挥发，是腐蚀品，保存在棕色试剂瓶中。
[问题]纯硝酸为五色液体，为何标签上出现“试剂为淡黄色”信息，且保存在棕色试剂瓶中，体现了硝酸什么性质？试小组讨论后解决之。
[学生交流展示]硝酸呈淡黄色原因是硝酸不稳定，见光或受热条件下分解产生了少量NO2溶于硝酸而略显黄色，体现了硝酸的不稳定性。
设计意图：借助硝酸试剂瓶标签，可具体观察到硝酸样品的许多信息，进而可生成系列问题，如硝酸的含量为何为65～68%，硝酸标签中“分析纯”含义，腐蚀品标签等，这些都是生活中经常遇到的知识，有的问题只需一带而过，但更能激发探究欲望，引发思考，从而解决具体问题。
效果与评价：情境、问题、活动是学生课堂学习中解决思维困惑、获得知识的要素，情境有利于问题的提出，而活动是解决问题的重要路径，因此借助真实情境能有效促使驱动问题的产生及学习活动的展开。课堂学习借助硝酸试剂瓶标签引入教学，基于学生思维由感性向理性的发展过程，既使学生获得了硝酸的感性认知，为学习的逐步深入作铺垫，又发展了学生的“科学态度与社会责任”素养。
（2）探究硝酸的强氧化性
[探究活动]取两支预先干燥并装入少量铜粉的一次性输液袋，用50mL注射器抽空输液袋内空气，然后用10mL注射器分别吸取约5mL浓、稀硝酸注入到输液袋中，观察并记录现象。
[现象与结论]实验操作及现象见表2。
[问题]①硝酸与铜反应体现了硝酸的什么性质？
②从氧化还原反应角度分析，硝酸的氧化性体现在哪种元素上，浓、稀硝酸被还原所得到的产物有何不同？
③推测锌与浓、稀硝酸反应的可能产物？
[学生交流展示]很明显，铜与浓硝酸能剧烈反应，还原产物为NO2气体，铜与稀硝酸反应还原产物为NO气体，原因是硝酸中的 5价氮元素表现了较强氧化性。若用锌粉分别与浓、稀硝酸反应，虽锌的金属活动性较强，但因硝酸的较强氧化性，还原产物也应为NO2与NO，不能生成氢气，可进行实验验证。 [探究活动]同样取两支预先干燥并装入少量锌粉的一次性输液袋，分别注入少量浓、稀硝酸，观察现象。
[现象与结论]两反应除溶液颜色不同外，其余现象均与铜和浓、稀硝酸反应现象相同。
[问题]实验中使用医用输液袋有何好处，最后向输液袋中注入NaOH溶液有何价值，可能发生哪些反应。试讨论解决。
[学生交流展示]铜与浓、稀硝酸的实验中使用了医用输液袋明显是基于环保因素，可有效避免氮氧化物排放到大气中造成污染;加入的NaOH溶液依据现象观察可与输液袋中剩余的硝酸、生成的Cu（NO3）2及NO2气体反应，进一步对实验废弃物处理。
[总结]浓、稀硝酸均具有较强氧化性，当与金属或非金属及某些有机物反应时，反应物或反应条件不同，硝酸被还原所得的产物也不同，硝酸中 5价的氮得电子，被还原成较低价态的氮，如：
资料显示，当极稀HNO3（1%-2%）与极活泼的金属作用，会有H2放出。现给出的是大学教材中硝酸的部分反应产物规律，我们中学阶段重点认识浓、稀硝酸体现的强氧化性的還原产物为NO2与NO，要进一步探究其反应原理，需进行后续研究，自我总结或提出相关硝酸的问题。
[学生交流总结]浓、稀硝酸的强氧化性表现在 5价的氮原子上，是活泼金属不与硝酸反应生成氢气的主要因素。
[问题]已知灼热的炭块可与浓硝酸剧烈反应生成气体，试写出该反应的方程式，探究浓硝酸与碳的反应现象与原理，分析硝酸表现的性质。
[学生交流展示]分析碳与浓硝酸的反应现象与原理，书写化学方程式，巩固浓硝酸的强氧化性。
设计意图：为重点解决“硝酸能否与活泼金属反应生成氢气？”这一驱动问题，除设计铜分别与浓、稀硝酸的实验探究，还需增加活泼金属（如锌）分别与浓、稀硝酸的实验，并通过与铜反应现象对比得出相应结论：硝酸与活泼金属反应通常不能生成氫气;基于高一学生的认知水平及思維进阶规律，又简单给出了硝酸的整体反应规律，既是对硝酸性质的整体概括，又能对学生以后发展与价值提升起到铺垫作用，从而真正解决了困扰学生思维的驱动问题。实验中使用医用输液袋作反应装置，很好展现了绿色化学的实验观念。
效果与评价：学生科学认知过程是从无到有，从问题到结论、再到新的问题的学习过程，体现了科学探究的价值，对高中生而言，在学习过程中除获取基本知识外，更要学会解决问题的方法，基于问题情境下的“硝酸的性质”实验探究活动，厘清了元素及化合物学习主线，有效促进学生思维发展、知识增长及能力的提升。绿色实验的设计有效落实“科学探究与创新意识”素养，发展强化了“科学态度与社会责任”素养。
3.通过检测问题，强化学习重点
为落实课堂学习重点，紧扣学习主题设置练习综合检测课堂学习效果，如表3。
设置目的：学习检测单中1、2题重在巩固落实硝酸的基本性质：挥发性、强酸性、强氧化性、不稳定性等;第3题重在思维拓展，强化认识浓、稀硝酸的氧化性不同，落实铜与硝酸的反应本质;第4题重在反馈提升，落实驱动问题“活泼金属与硝酸反应能生成H2”学习误区。基于课堂学习时间的限制，课堂检测内容针对教学主题，注重思路方法、情感态度的呈现，并回顾驱动问题的分析与解决。
效果与评价：课堂教学效果评价主体是学生学习知识的获得及利用所学知识解决问题的能力提高，课堂检测的设置基于即时评价策略，也是学生针对学习主题及问题的分析解决，能有效经过学生自主思考并解决的问题是课堂学习的真谛所在。如学生自己建表总结的检测练习2就是本课学习最大的收获（见表4）。
三、教学反思
问题驱动是基于学习主题让学生提出有探究价值的问题，并围绕问题展开研究，从而解决问题的过程，充分体现学生学习的主体作用。问题驱动课堂学习设计体现以下特点：抓住问题学习的根本，通过活动激发学生深入思考，即时评价学生的学习效果。
驱动问题是促使学生活动开展的有效载体，以驱动问题作载体，激发认知冲突，构建知识体系，发展学习能力的有力路径;本节课看似从简单的问题“硝酸能否与活泼金属反应生成氢气”引入教学，但基于该问题驱动下的是对学生思维定势的冲击，能有效激发学生深入思考，结合实验探究及问题的分析，对落实硝酸的强氧化性学习重点给予了充分的认识。围绕驱动问题展开学习活动，注重了前后思维的连贯与深入，进而为探究知识的本原创设了有效载体，提升了学习效率。
针对教学主题问题的提出与解决离不开教师的主导作用，需要教师针对不同知识、不同学情进行研究，能够创设真实且富有价值的问题情境并从中引出驱动问题，在学生参与问题解决的过程要引导学生寻找解决问题的策略，这样才能真正提高学生发现提出并解决实际问题的能力。
教学与学习方式的变革最终目的是促进学生学科观念建构及学科核心素养的提升，借助问题驱动实施“硝酸的性质”课堂教学，有效发展学生的元素观、分类观、转化观、实验观等;对“硝酸能否与活泼金属反应生成氢气”这一驱动问题的解决，有效提炼出由一般到特殊的认知规律;课堂学习整体发展了学生的“科学探究与创新意识”“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养，这些不仅使学生形成化学学科的思想和方法，更是提升了学生解决具体问题的能力。
课堂教学是师生共同参与、共同提升的过程，借助新课程标准的颁布及新一轮高考改革的开启，课堂教学改革势在必行，作为教师要积极转变观念、接受新的变化。问题驱动下实施课堂教学基于实践经验的总结，借助问题驱动教学实现课堂学习效益的最优化。