手持技術(shù)運(yùn)用于化學(xué)能與熱能教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)

關(guān)沙妹　衷明華（廣東潮州韓山師范學(xué)院化學(xué)系）

手持技術(shù)運(yùn)用于化學(xué)能與熱能教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)

關(guān)沙妹衷明華
（廣東潮州韓山師范學(xué)院化學(xué)系）

手持技術(shù)是一種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它可以將理科教材中的實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來。在人教版必修2化學(xué)能與熱能教學(xué)中，有三個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，熱效應(yīng)很難通過普通儀器測(cè)量，因此，運(yùn)用手持技術(shù)來測(cè)量化學(xué)能與熱能中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)投影出來，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)豐富，圖表直觀明晰，從而改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提高了教學(xué)質(zhì)量。

手持技術(shù)；化學(xué)能與熱能；教學(xué)設(shè)計(jì)

一、教材分析

本課為人教版高中化學(xué)必修2第二章第一節(jié)“化學(xué)能與熱能”的第2課時(shí)。化學(xué)能對(duì)人類的重要性決定了本章學(xué)習(xí)的重要性。在初中化學(xué)中，學(xué)生從燃料的角度對(duì)“化學(xué)與能源”有了初步認(rèn)識(shí)，在選修模塊“化學(xué)反應(yīng)原理”中，學(xué)生將從科學(xué)概念層面和定量角度深入地學(xué)習(xí)。因此，本章內(nèi)容既是對(duì)初中化學(xué)相關(guān)內(nèi)容的提升與拓展，又為選修“化學(xué)反應(yīng)原理”奠定了必要的基礎(chǔ)。手持技術(shù)，是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套軟件組成的定量采集和處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，能與計(jì)算機(jī)連接完成各種后期處理的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中引入手持技術(shù)，能促使學(xué)生了解先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，獲得科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，形成正確的學(xué)習(xí)態(tài)度。

二、學(xué)情分析

在初中，學(xué)生知道化學(xué)反應(yīng)能夠制造新物質(zhì)，知道某些具體反應(yīng)是放熱或吸熱反應(yīng)，通過高一上學(xué)期實(shí)驗(yàn)課的訓(xùn)練，學(xué)生有一定的實(shí)驗(yàn)觀察和動(dòng)手能力，但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表述能力還需提高。學(xué)生對(duì)生活現(xiàn)象熟悉但好奇，渴望利用所學(xué)知識(shí)去解決生活中的問題，因此以熱水袋爆炸視頻作為課的開始，更能吸引學(xué)生的注意力。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)與技能

形成吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的概念，掌握化學(xué)反應(yīng)是吸收能量還是放出能量的判斷方法；了解多功能手持分析儀的使用。

2.過程與方法

通過投影的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖，學(xué)生感受化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，形成吸熱和放熱反應(yīng)的概念；通過多功能手持分析儀的使用，會(huì)用定量的方法研究化學(xué)問題。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀

通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和情感；通過新聞視頻進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注新聞、關(guān)注社會(huì)的習(xí)慣，進(jìn)一步養(yǎng)成辯證看待與化學(xué)能有關(guān)的社會(huì)和生活問題的習(xí)慣。

4.教學(xué)重難點(diǎn)

化學(xué)反應(yīng)中的能量變化；化學(xué)反應(yīng)吸熱和放熱的原因及判斷方法。

5.教法分析

本課在“雙主互動(dòng)式”課堂教學(xué)模式下，主要采用情境教學(xué)法與實(shí)驗(yàn)促學(xué)法相結(jié)合的教學(xué)法。

6.學(xué)法分析

這節(jié)課在指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力方面主要采?。涸诮處熐榫辰虒W(xué)法引導(dǎo)下，利用“雙主互動(dòng)式”教學(xué)模式，學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)、觀察、總結(jié)。

四、教學(xué)流程

采用“雙主互動(dòng)式”課堂教學(xué)模式，體現(xiàn)學(xué)生的主體性。

圖1　

五、教學(xué)過程

［設(shè)置情境］播放新聞視頻——2014年12月5日，廣東一戶人家在為電熱水袋充電時(shí)，電熱水袋突然爆炸！

［思考］為什么電熱水袋會(huì)爆炸？

（學(xué)生根據(jù)提示思考、討論）

［講解］電熱水袋加有鐵粉，使水能夠?qū)щ姡a(chǎn)生大量熱。電熱水袋內(nèi)有一個(gè)溫控器，當(dāng)水溫到一定溫度時(shí)會(huì)自動(dòng)斷電，保證安全。當(dāng)熱水袋溫控器失靈時(shí)，內(nèi)部液體不斷加熱、汽化，產(chǎn)生的巨大壓力可導(dǎo)致袋體爆炸。

設(shè)計(jì)意圖：從生活中走進(jìn)化學(xué)，拉近學(xué)科知識(shí)與生活的距離；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注新聞、關(guān)注社會(huì)的習(xí)慣，感受化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系。

［講解］此外，有一種前期暖手袋和我們化學(xué)密切相關(guān)。內(nèi)部液體是過飽和溶液醋酸鈉（CH3COONa）。由于過飽和溶液的濃度太高，液體不穩(wěn)定。當(dāng)扭曲內(nèi)部金屬片時(shí)，產(chǎn)生的輕微震動(dòng)便足以使溶質(zhì)結(jié)晶，變成較穩(wěn)定的固體，而該過程放熱，暖手袋開始暖起來。在熱水泡時(shí)，溶質(zhì)的可溶性增加。在溶解的過程中，溶質(zhì)進(jìn)行吸熱反應(yīng)，再次成為過飽和溶液，以此循環(huán)使用。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生初步建立化學(xué)反應(yīng)與能量之間有關(guān)系的思想。

［引導(dǎo)］在剛剛的例子中發(fā)生了化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，那它具體是怎樣轉(zhuǎn)化的？我們通過幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來體會(huì)。

［講解］多功能分析儀及其使用。

［演示實(shí)驗(yàn)2-1］鹽酸與鋁片反應(yīng)，通過手持分析儀接通電腦，將實(shí)驗(yàn)溫度變化在投影幕上顯示出來。

［問題討論］（1）鋁與鹽酸反應(yīng)方程式。（2）鋁條為什么要打磨？（3）通過實(shí)驗(yàn)?zāi)隳軌虻贸鍪裁唇Y(jié)論？

（學(xué)生觀察并描述現(xiàn)象，書寫化學(xué)方程式，得出結(jié)論：鹽酸與鋁片的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。）

圖2　

設(shè)計(jì)意圖：讓實(shí)驗(yàn)中很難觀測(cè)的溫度變化轉(zhuǎn)為大量數(shù)據(jù)；向?qū)W生引進(jìn)現(xiàn)代新興技術(shù)，使學(xué)生感受現(xiàn)代技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用。

［演示實(shí)驗(yàn)2-2］Ba（OH）2·8H2O晶體與NH4Cl晶體反應(yīng)。

（學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。）

［思考與交流］兩種反應(yīng)物為什么需要研磨并用玻璃棒攪拌？通過實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論？

（學(xué)生根據(jù)教師提示思考，討論，學(xué)生回答。）

［講解小結(jié)］研磨藥品、攪拌能增大反應(yīng)物接觸面積加快反應(yīng)；金屬與酸反應(yīng)是放熱反應(yīng)；Ba（OH）2·8H2O晶體與NH4Cl晶體是吸熱反應(yīng)。

［追問］酸與堿的中和反應(yīng)是放熱的還是吸熱的呢？

［分組實(shí)驗(yàn)2-3］酸堿中和反應(yīng)。

（學(xué)生分小組合作動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫化學(xué)方程式。組長(zhǎng)上臺(tái)匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)論及存在的疑惑，教師同學(xué)一起解決。）

［教師講解］幾個(gè)小組氫氧化鈉和鹽酸的用量雖然不同，但反應(yīng)物換算成物質(zhì)的量表示，當(dāng)反應(yīng)中氫離子與氫氧根離子的量相等，生成水的量相等，放出的熱量相等。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ慌囵B(yǎng)學(xué)生從定量的角度認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)；通過手持分析儀的使用，培養(yǎng)學(xué)生從定量的角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)中能量的變化。

［引出］中和熱：酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol水所釋放的熱量稱為中和熱。

［追問］反應(yīng)條件（加熱）與反應(yīng)吸熱和放熱有什么必然的關(guān)系？

［思考與交流］根據(jù)上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)，思考凡經(jīng)加熱而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)嗎？

（學(xué)生討論，提出猜想，教師啟發(fā)得出結(jié)論：沒有必然關(guān)系。）

［小結(jié)］在化學(xué)反應(yīng)中，把最終表現(xiàn)為吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)叫做吸熱反應(yīng)。

在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量的反應(yīng)叫做放熱反應(yīng)。

［思考與交流］常見的吸熱和放熱反應(yīng)有哪些？

（學(xué)生思考，交流，舉手回答。）

［歸納小結(jié)］常見的放熱反應(yīng)：所有的燃燒反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)、大多數(shù)的化合反應(yīng)、金屬與水或酸的反應(yīng)、生石灰和水反應(yīng)。

常見的吸熱反應(yīng)：晶體Ba（OH）2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)、大多數(shù)的分解反應(yīng)、以H2、CO、C為還原劑的氧化還原反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：進(jìn)行知識(shí)的梳理，讓學(xué)生養(yǎng)成新舊知識(shí)的聯(lián)系。

［課堂小結(jié)］講了中和熱、吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)的概念。常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)本節(jié)課的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，幫助學(xué)生形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，有利于學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

六、教學(xué)反思

本節(jié)課以手持技術(shù)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)為創(chuàng)新特點(diǎn)，學(xué)生能體會(huì)科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)手持技術(shù)的使用。手持技術(shù)是一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興技術(shù)，具有便捷、直觀、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，是實(shí)驗(yàn)改革和發(fā)展的有效手段。通過手持分析儀將不直觀的溫度變化轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)投影出來，既體現(xiàn)了新一輪基礎(chǔ)教育改革的思想和理念，又符合學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律。而且手持技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果會(huì)給學(xué)生直觀的數(shù)據(jù)或圖像顯示，更加體現(xiàn)了科學(xué)的準(zhǔn)確性。在本教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生能通過溫度數(shù)據(jù)的變化，計(jì)算出反應(yīng)物質(zhì)的量。而且本設(shè)計(jì)將知識(shí)與生活聯(lián)系起來，播放新聞視頻，學(xué)生興趣度較高，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

鐘永輝．“化學(xué)能與熱能”教學(xué)設(shè)計(jì)案例［J］．化學(xué)教育，2010.

·編輯楊國(guó)蓉