運用“一境法”進行化學教學設計的思考與實踐

云磊

對于化學反應，我們首先研究物質變化，再去研究能量變化。而最常見的能量變化表現為熱量的放出或者吸收，還可能有其他能量轉化形式，但我們通常更多的是考慮化學反應中的熱量變化。

對于蘇教版高中化學必修2專題2化學反應與能量轉化的單元教學，我們要從學科知識的系統性、思想的整體性和認識的階段性來把握。其中關于《化學反應中的熱量變化》一課的教學，可通過設計氫氣與氧氣的反應這一條主線來全程貫穿，稱之為“一境法”。在本節內容之前，教材已經從化學反應的種類、本質、化學反應速率和反應限度四個角度對化學反應進行了研究，不同的角度明顯有階段性的側重。而本節內容是從另一個全新的視角即能量變化進一步認識化學反應。學生只有學好化學反應中的熱量變化，對化學反應的認識才是全面的、深刻的。下面就結合課例，談談運用“一境法”進行化學教學設計的思考與實踐。

一、通過對生活體驗的回憶，從宏觀角度感受化學變化中的熱量變化

上課開始，圍繞“研究化學反應的目的是什么”，師生開展對話與討論，大部分學生都能想到目的是生成新的物質。教師系列追問“還有沒有其他的目的呢”“燒烤的目的是什么呢”“燃燒木炭難道是為了得到二氧化碳氣體”，顯然不是，我們更主要的目的是為了獲得熱量來烤熟食物。由此啟發學生，有的化學反應不僅是為了生成新物質，更是為了獲得能量。在燃燒木炭的化學反應過程中，不僅有物質變化還有能量變化。這個過程中能量變化有熱量變化，同時還有其他形式的變化，如發光等。

“為什么有的反應需要吸收熱量，而有的需要放出熱量呢？”在物理和生物課中我們知道了“能量守恒定律”，能量在自然界中是守恒的。通過今天的化學學習，我們還可進一步發現：在反應前后，能量的形式是可以改變的，但總能量保持不變。

以2H2+O2=2H2O為例，能量形式由化學能轉變為熱能和光能，但反應前后總能量不變。即2 mol H2和1 mol O2具有的總能量比2 mol H2O總能量要大，多余的能量以光能和熱能的形式釋放。從而得出有關吸熱反應和放熱的概念以及引起化學反應中熱量變化的宏觀原因，學生由此想到反應物和生成物能量的不同，導致了化學反應過程中表現為吸收熱量或者放出熱量。

此時，學生初步能夠從宏觀角度直觀感受到吸熱反應與放熱反應，并了解吸熱與放熱產生的原因在于反應物和生成物總能量不同。

二、通過對化學反應本質的分析，從微觀角度分析化學反應中的熱量變化

通過前面的學習，學生已經知道化學反應的本質就是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成。關于化學鍵，學生也知道，要想斷裂化學鍵就必須要吸收能量，反之推導得出形成化學鍵必然會釋放能量。進一步分析可知，斷裂化學鍵需要吸收的熱量大于形成化學鍵需要放出的熱量，那么該反應就是吸熱反應。反之，如果斷裂化學鍵需要吸收的熱量小于形成化學鍵需要放出的熱量，那么該反應肯定就是放熱反應。

仍然以2H2+O2=2H2O為例，“已知拆開1 mol 氫氣中的化學鍵需要消耗436.4 kJ的能量，拆開1 mol 氧氣中的化學鍵需要消耗498 kJ的能量，而形成水分子的1 mol H—O鍵能夠釋放462.8 kJ能量”。請計算說明該反應是吸熱反應還是放熱反應。通過計算，學生發現跟從反應物與生成物總能量角度判斷是符合的。從微觀角度分析，斷開2 mol H2中的化學鍵和1 mol O2中的化學鍵吸收的總能量小于形成2 mol H2O中的化學鍵所釋放出的能量，所以此反應表現為放熱反應。

此處的計算，也為后面反應熱的計算、熱化學方程式的書寫等做了一個很好的鋪墊，讓學生學會從定性到定量的角度來分析問題。

三、通過對實驗現象的觀察，從實驗角度體驗化學反應中的熱量變化

初中氫氣的爆鳴實驗就已經充分說明氫氣在氧氣中燃燒是一個放熱反應，我們還可以從其他幾個實驗進一步認識吸熱反應和放熱反應。

探究1：濃硫酸與水混合。

探究2：化學必修2課本P35實驗1與實驗2。

探究3：實驗3鹽酸與氫氧化鈉溶液混合。

探究4：實驗4氯化鋇溶液與稀硫酸溶液混合。

以上四組探究實驗，強調觀察的重點是看溫度的變化，實驗過程中可以采用讓學生用手觸摸感受溫度的變化，實驗結束后給學生盡可能多的時間交流對實驗中熱量變化的看法。經過學生觀察、討論得出三個結論：一是有化學反應必然伴隨能量變化，但有能量變化，不一定發生了化學反應;二是有些化學反應中的熱量變化比較顯著，也有些化學反應中的熱量變化不明顯;三是“許多化學反應中的能量變化主要表現為熱量的放出和吸收”。

利用2H2+O2=2H2O的反應，還可以設計成氫氧燃料電池，將化學能轉變為電能，即為后面電化學的學習埋下伏筆。

至此，學生能夠切身體驗到化學反應過程中能量的變化，不僅對概念的理解深入，對化學反應中能量變化的認識更加深刻。

四、通過對熱化學方程式的書寫，從符號角度表示化學反應中的熱量變化

教材中的交流與討論采用比較直角坐標圖（見圖1）粗略示意化學反應中的能量變化，也可以向學生簡單介紹圖2形式進行的能量變化過程。

但整體來看，兩種表示方法都不夠簡潔。表示化學反應，學生最容易想到的就是化學方程式，但化學方程式只能表示化學反應前后物質的變化，而我們除了要表示物質變化，還需要表示反應前后能量變化，很自然提出熱化學方程式的概念。

通過對氫氣在氧氣中燃燒斷鍵吸收能量和成鍵放出能量可以計算出反應的ΔH，并書寫出熱化學方程式：2H2（g）+O2（g） =2H2O（g） ΔH=-480.4 kJ·mol-1，讓學生將此與化學方程式對比，提出熱化學方程式的書寫規律和注意事項。首先要注明反應物和生成物的狀態，原因在于物質呈現哪種聚集狀態，與它們所具有的能量有關。其次，在熱化學方程式中化學計量數可以是整數，也可以是分數。對于同一個反應來說，當化學計量數不同時，其ΔH也不同。

至此，對于化學反應中的熱量變化，我們就可以通過氫氣與氧氣的反應這一條主線貫穿整個課堂的始終。運用“一境法”設計教學，有情節、有體驗、有思考，在主線設定的情境中讓學生體驗學習中遇到的問題，感受所學知識如何應用于生產生活實際，激發學生帶著興趣進一步研究和學習化學。