自熱產品在化學項目式教學中的應用

楊昊語，朱夏緋，林妍君，王宇飛，唐 平

(云南師范大學 化學化工學院,云南 昆明 650000)

2014年9月國務院發布了《關于深化考試招生制度改革的實施意見》，浙滬兩地成為首批高考改革試點城市，2017年頒布了新版《普通高中課程標準》[1]。進行高考改革，賦予了學生更多的選擇權，更好地尊重人才成長規律。但在實施高考改革的地區調查發現高中生選考化學的比例斷崖式下滑，這一現象對基于核心素養培育的化學課堂教學提出了更高要求，教學模式不斷更新，項目式教學模式孕育而生[2]。

1 確定項目主題

結合本項目式教學內容，新課標中明確要求學生要能認識物質具有能量、吸熱反應與放熱反應，了解化學反應體系能量改變與化學鍵斷裂和形成有關[3]。所以本案例結合生活中化學能與熱能的應用，確定項目主題為——“自熱飯盒的制作”。

2 項目教學目標

本節課最終要求學生能夠根據所學化學能與熱能的學科知識制作出實際產品，根據化學學科核心素養，制定了如下的教學目標。

1)能辨識吸熱反應與放熱反應。通過理論學習，初步建立化學能與熱能的知識結構網絡，從微觀層面理解化學鍵的斷裂和形成，會分析宏觀物質的能量變化。

2)通過親身體驗自熱產品，說出產品中涉及的化學反應，體驗化學反應中能量變化的主要表現為熱量變化，建立能量守恒思想。

3) 通過體驗找出化學反應能量變化證據，建立化學能與熱能的轉化模型。

4) 通過探究自熱袋中藥品與水反應時的溫度變化，計算溫度變化所提供的能量。

5) 通過小組合作，設計制作自熱飯盒，形成產品說明書，進行項目過程匯報與交流，認識化學對創造更多物質財富，滿足人民日益增長的美好生活需要的重大貢獻。

3 項目教學設計與實施

3.1 創設項目教學情境

多媒體放映 “自嗨鍋”宣傳廣告，將學生定位為試吃員，引導學生進行試吃，分類展示市面上自熱包成分。

3.2 提出項目問題

1)驅動性問題

為什么在無火無電的情況下能吃上熱飯菜？

2)目標問題

① 自熱包里發生的主要化學反應是什么？它是放熱反應還是吸熱反應？

② 根據所提供的鍵能數據信息從化學鍵的角度解釋化學反應能量變化的實質。

③ 根據所提供的藥品與裝置，探究發熱袋加水后溫度變化，體會自熱袋釋放出的總能量。

④ 如果你們是某自熱產品的發熱袋生產商，請草擬一份自熱袋的產品說明書。

⑤ 構想化學能與熱能在其他生產領域的應用，思考化學反應與能量知識的其他應用。

3.3 確定項目任務

整個項目學習過程包括5個任務，每個任務都能幫助學生形成正確價值觀念、必備品格與關鍵能力，是具備完善的知識學習、科學探究、情感價值的教學過程。

【任務一】調查自熱產品中發熱包里的主要化學藥品。

學生任務：①調查市面上常見的自熱產品。②觀察不同發熱袋中的化學藥品。③形成調查報告。

學生活動：①從各種渠道了解市面上的自熱產品，包括但不限于產品適用對象，月產銷量，社會價值等。②用系統分析法，總結自熱產品中與化學有關的信息。③整理調查信息，形成調查報告。

教師支持：①提供調查報告模板。②課堂呈現自熱產品，實操產品試用。③組織學生分享調查結果。

【任務二】認識自熱袋發熱原理，學習學科核心知識。

學生任務：①掌握化學能與熱能的轉化關系。②知道化學鍵的斷裂與形成是能量變化的主要原因。③掌握判斷化學反應是吸/放熱的方法。④形成學習報告。

學生活動：①感受自熱產品化學能轉化為熱能的過程。②計算出H2與Cl2反應化學鍵斷裂與形成過程所產生的總能量。③畫出H2與Cl2反應的能量變化坐標圖。④從能量守恒與化學鍵兩個角度解釋化學反應的吸/放熱現象。⑤形成學習報告。

教師支持：①提供與本節課相關的化學能與熱能的學科知識與學習報告模板。②明確化學能與熱能之間的轉化關系、鍵能、能量守恒等概念。③引導學生解決3.2中目標問題①、②。④對學習報告進行評價。

【任務三】利用實驗室化學藥品制作發熱包。

學生任務：①小組探究一份發熱袋所放出的熱量的具體數值。②選取合適的藥品制作發熱袋。

學生活動：①小組成員分工利用測溫裝置測量量熱計的熱容、水與氧化鈣反應之后所產生的熱量，算出整個反應所放出的總熱量。②利用所提供藥品、器材制作一份能正常使用的自熱袋③完成實驗探究報告。

教師支持：①提供實驗器材、測量原理、計算公式與實驗報告模板，指導實驗操作；②引導學生解決3.2中目標問題③；③對實驗報告進行評價；④對自熱袋實際效果進行評價。

【任務四】設計一份該自熱飯盒的使用說明書。

學生任務：①小組合作調查各類發熱袋的使用說明；②制作獨具特色的產品使用說明書③評價他組設計成果

學生活動：通過各大平臺查找總結說明書的必備內容，分工合作設計產品說明書。

教師支持：①提供搜索平臺網址、說明書設計標準等；②組織各小組對他組說明書進行評價；③引導學生解決3.2中目標問題④。

【任務五】進行現場展示與匯報。

學生任務：①小組代表展示自制的產品；②評價他組匯報成果

學生活動：①小組組長輪流上臺展示產品，講述設計理念，分享制作過程與學習感觸②聆聽其他組的匯報，給予評價。

教師支持：①提供化學能與熱能在人類社會發展中的應用；②提供多媒體，投影儀等教具；③組織小組輪流上臺匯報；④引導學生解決3.2中目標問題⑤。

3.4 項目實施過程

項目實施過程以任務三為例，呈現項目活動過程中師生的關鍵行為，從行為記錄來檢驗教學實踐效果。

【教師提出項目要求】根據所提供的藥品與裝置，想想一份能正常使用的自熱袋所能釋放出的總能量是多少？設計探究方案并得出結論。

【學生觀點】可以使用溫度與比熱容之間的關系來進行探究。

Q=cmΔT

【教師提供測量原理】量熱計是測定反應熱效應常用的儀器，本探究所使用的是普通保溫杯來代替量熱計，化學反應所產生的熱量，除了使反應溶液的溫度升高外，還使簡易量熱計的溫度升高，所以要測定反應熱，必須先知道溶液的的比熱容和量熱計的熱容，而量熱計的熱容測定方法：

往盛有一定質量m(g)水(溫度T1)的量熱計中迅速加入相同質量的熱水(溫度T2)測得混合后的水溫是T3，則：

熱水失熱=cm(T2-T3)

冷水得熱=cm(T3-T1)

量熱計=(T3-T1)Cp

根據熱量平衡得到：cm(T2-T3)=cm(T3-T1)+(T3-T1)Cp

由此算出量熱計的比熱容。

【教師提供實驗藥品、儀器】溫度計(0～100 ℃)、保溫杯、量筒、燒杯、秒表、分析天平，一個發熱袋、足量的氧化鈣，水，泡沫塑料塞，吸水紙，無紡布袋，強力膠。

【學生活動】根據提供的實驗器材，按實驗操作步驟進行探究：

1)準備好保溫杯式簡易量熱計，量取 50 mL 水倒入干凈的保溫杯，蓋好蓋子，用雙手握住保溫杯進行搖動，觀測溫度，3 min溫度不變，記下此時溫度。

2)將提前準備好的 50 ℃ 的水迅速倒入保溫杯，同樣的方法搖動保溫杯，每隔 10 s 記錄一次溫度示數，直到體系溫度不再改變。

3)擦拭保溫杯至干燥待用。

4)測定發熱袋與水的反應熱(由于發熱袋中以氧化鈣為主，則近似等于測定氧化鈣與水的反應熱)，取足量的水倒入保溫杯，記錄此時溫度T1，記錄發熱袋的質量m(近似為氧化鈣質量)。

5)迅速將發熱袋加入到盛有水的保溫杯，加入的同時，按動秒表，每隔10 s記錄一次溫度，當溫度升高至最高點時，記下此時溫度T2。

【學生活動】進行實驗數據處理。

【教師提出任務】制作一個簡易發熱袋。

【學生觀點】需要氧化鈣，無紡布，強力膠。

【教師提供藥品】足量的氧化鈣，無紡布，強力膠。

【學生活動】制作簡易發熱袋。

【教師評價】提供準備好的空飯盒與時蔬，現場使用制作的發熱袋檢驗其有效性。

【教師總結】在這一任務中，我們通過實驗探究學會了測量反應熱的方法，相信同學們在制作發熱袋以及實際探究感受到了反應所產生的具體熱量，對于熱化學的知識進行了又一次的鞏固，生活中很多現象都與化學有關，所以我們學習化學其實就是在認識生活。

【布置任務】為自熱袋設計一份產品說明。

3.5 項目評價規則

該案例根據項目任務評估學生完成的實際作品，從化學信息處理能力、實驗與探究能力、知識、產品幾個方面進行自評、同伴互評或教師評價。如表1。

表1 評價規則

4 項目教學反思

本節課以“自熱飯盒的制作”為項目主題進行課堂教學，傳統教學僅以生活情景進行課堂導入，之后仍脫離生活講述學科核心知識，而本次項目式教學設置的5個項目任務都與實際生產生活有密切的關系，這樣的教學過程可強化學生的化學生活化意識，提升化學學科的社會地位，本節課一大亮點是對每個任務都進行了針對性評價，完善課堂的教學評一體化。該教學模式需要教師善用生活素材，對教學過程進行精心設計，設置評價標準進行過程性評價。在較開放的課堂環境下學習更能幫助學生形成學科思維，適應新高考背景下化學選考的實際。