利用實驗探究法的“物質溶解時的吸熱和放熱現象”的教學設計

楊俊峰

（江蘇省如皋市白蒲初級中學 江蘇 如皋 226511）

作為科學探究中的最常用方法之一 “實驗探究法”已成為當前課程改革的一個重要內容。所謂“實驗探究法”指的是通過實驗來進行的一種探究活動，它是科學探究在化學實驗教學中的具體化。它是化學教學中最常見、最主要的探究活動。［1］實驗探究是化學實驗教學中落實科學素養目標的重要途徑，也是以實驗為基礎的化學教學觀的具體體現。這種方法要求教師以培養學生探索性思維為目標，以教材實驗為主，精心創設問題情境，激發學生的求知欲，引導學生在模擬科學的研究中潛移默化地受到科學方法的熏陶。

溶解時的吸熱和放熱現象這一課題選自義務教育課程標準教科書（人民教育出版社）九年級化學第九單元課題1溶液的形成的第2課時內容。筆者采用“實驗探究法”進行教學，效果較好。下面結合自己的教學實踐，談一談具體的做法和體會。

一、教學設計的思路

1.教師首先通過知識回顧什么是溶液？溶質、溶劑、溶液三者有什么樣的關系？引入溶液方面的內容。然后教師演示趣味實驗：向燒杯（底部用石蠟粘有一小木塊）中注入半杯水，加入三匙NaOH并不斷攪拌（如圖1所示），設置懸念，引出課題，激發學生的探究的欲望。

圖1

現象：當拿起燒杯時燒杯底部黏著的木塊掉下來了。

［思考］燒杯底部的小木塊脫落，猜想可能的原因是？

［回答］可能是NaOH加入水中溶解時，水溶液的溫度升高，使燒杯底部的石蠟熔化，因而木塊掉下來了。

［設問］為什么會有溫度的變化？

從而將學生的思緒引入本節課的內容溶解時的吸熱和放熱現象。

2.在教師的引導下，學生探究了四個實驗。學生通過自主設計實驗，做實驗，觀察并分析實驗現象和解決實際問題，認識溶解時的吸熱和放熱現象的本質，體驗溶解時的吸熱和放熱現象的本質研究過程。這樣既增加了學生的實驗設計能力，動手操作能力，又培養了學生的科學探究的素質?？傮w設計思路：

二、教學過程的設計

1.定量判斷物質溶解時的熱量變化

［實驗探究1］ 儀器：燒杯、玻璃棒、溫度計

藥品：固態 NaCl、NH4NO3、NaOH

實驗步驟：（1）取三只燒杯，各注入100mL水，用溫度計測量水的溫度。（2）將溫度計插入盛水的燒杯中，觀察溫度計記錄。（3）將等質量的 NaCl、NH4NO3、NaOH 分別加入上述三只燒杯中，用玻璃棒迅速攪拌，讀出溫度計的刻度并記錄。（4）把實驗后的溶液，倒入指定的容器內。（5）計算溶解前后液體溫度的變化。該方案所用的水都是100mL，三次所加的溶質的質量也相同（如圖2所示）。

圖2

實驗結論：NaCl在溶解時溶液溫度基本沒有變化；NH4NO3在溶解時溶液溫度明顯下降，溶解時需要吸收熱量；NaOH在溶解時溶液的溫度明顯升高，溶解時放出大量的熱。

2.溶解時的吸熱或放熱現象的實驗再探究

［思考（追問）］在第一個實驗中我們用到了溫度計，溫度計適合于精確測量任一物質溶解于水時吸熱還是放熱，也就是定量進行測定。如果沒有溫度計，同學們如何設計出其他的實驗方案來探究溶解時的吸熱、放熱現象，大家能設計出多少種其他的方案呢？

［投影］需要用到的藥品有 NaCl、NH4NO3、NaOH，其余的所需實驗儀器同學們自己選擇使用。

［實驗探究2］

方案1：

很多同學在受到溫度計測定方法的基礎上想出以下一個改進方法，該方案將U形管與小試管和集氣瓶很好地結合在一起。當氫氧化鈉與水接觸后出現放熱現象，從而引起集氣瓶內的空氣受熱膨脹，進而導致U形管中兩邊中的液柱出現高度差，這一現象在本質上與溫度計測定方法是一樣的，U形管相當于一只粗略的溫度計（如圖3所示）。

圖3

方案2：

在三個盛水的燒杯中，分別加入 NaCl、NH4NO3、NaOH固體，用玻璃棒攪拌，然后用手觸摸燒杯外壁來判斷溶液溫度的變化?，F象：用手觸摸各燒杯外壁，NaCl溶液的燒杯無明顯變化，盛NH4NO3溶液的燒杯較冷，盛NaOH溶液的燒杯壁較熱。這種方法應該是學生們最容易想到的。在學習紅磷、木炭等可燃物在氧氣中燃燒實驗時，我們都曾感受到這一實驗現象——放熱現象，而這種現象的發現就是可以通過觸摸容器的外壁的發燙來感受的。

方案3：

然而學生在通過觸摸的方法來感知物質在溶于水的吸熱和放熱現象時，還是覺得不夠直觀，在學生們的心中，更多的實驗現象是通過眼睛的觀察得出的，因此學生在方案2的基礎上又進行了如圖4所示的改進。圖4的實驗過程中，我們能看到當分液漏斗中的水滴到NaOH固體后，燒杯中的玻璃導管冒出氣泡（氣泡的冒出是由于NaOH固體與水溶解過程中放熱引起的）。但是圖4中從分液漏斗中滴加入的水后占有一定的空間，所以當分液漏斗中的水滴入的過程中，燒杯中一定也有氣泡冒出。所以還需要改進，進而就有了圖5和圖6兩種設計。圖5設計中氫氧化鈉加入水中由于放熱使得氣球鼓起來，圖6中玻璃導管冒出氣泡現象也從側面說明了氫氧化鈉等固體溶于水放出熱量。

圖4

圖5

圖6

［提問］比較用溫度計測定和上述幾種方案，它們的優點和缺點分別是什么？

［回答］利用溫度計——可以定量測出溫度的變化，測定比較精確，但是方法單一。而利用另幾種方法可以粗略判斷，但是無法對溫度變化較小的溶解現象進行測定。

［思考］同樣都是溶解過程，為什么有的吸收熱量，有的放出熱量？

［分析］物質在溶解于水時溫度變化的本質：在溶解過程中發生了兩種變化。一種變化是在水分子的作用下，構成物質的分子（或離子）被水分子拆開，并向水中擴散，在擴散的過程中需要吸收熱量；另一種是物質的分子（或離子）與水分子相互作用，并結合成了水合分子，在這一過程中則放出熱量。對于不同的物質而言，這兩種過程中吸收的熱量和放出的熱量是不一樣的，因此溶液的溫度會因物質溶解不同，溫度發生不同的變化。有的物質在溶解的過程中，擴散過程所要吸收的熱量小于水合過程所能放出的熱量，最終使得溶液的溫度升高，反之溶液的溫度則降低。

3.溶解時的吸熱或放熱現象的本質

擴散——吸熱 水合——放熱

當Q吸＞Q放：水溶液的溫度降低

當Q吸＜Q放：水溶液的溫度升高

當Q吸＝Q放：水溶液的溫度不變

［課堂小結］本節課同學們通過實驗探究法，從定量和定性兩個不同的角度認識了物質在水中溶解時的溫度變化情況，認知了溶液溫度變化的本質。通過再探究再設計再改進，使大家了解了實驗探究法在化學學習中重要性，提高了探究新知識的合作精神。

三、教學的幾點體會

1.對于溶解時的吸熱和放熱現象，可以從很多角度進行判斷。不論是定量還是定性的判斷，都是可以從不同的角度展開。如果給學生的空間更寬一些，學生可以想到更多的方法進行驗證和體驗。從教學情況來看學生對于這些內容都很容易理解。

2.實驗探究教學法有利于激發學生的求知欲和學習興趣。用實驗探究法組織“溶液溶解時吸熱和放熱現象”的教學，學生始終置身于親自動手實驗和積極思考的學習情境中，感覺到自己智慧的力量，體驗快樂，從而激發探究新事物的求知欲和濃厚的學習興趣。例如，在引導學生分析實驗現象之前，讓部分學生匯報自己的實驗現象及結果，學生表現的都很積極；學生都渴望得到發表自己見解的機會。

3.實驗探究法有利于培養學生的觀察能力、實驗能力和思維能力。用實驗探究法組織“溶液溶解時的吸熱和放熱現象教學活動，是以學生實驗為核心的，讓學生在系列實驗中觀察實驗現象”，體驗溶液溶于水時的熱量變化本質，體驗研究過程。實驗探究法有利于培養科學素質。通過這種教學活動，學生不僅初步了解實驗科學探究過程和科學家的工作方法，而且培養了對科學的興趣，逐步養成實事求是的科學態度，并提高了探究新知識的合作精神。

［1］ 鄭長龍等.化學實驗教學新視野［M］.北京：高等教育出版社，2003.6