手持技術運用于化學能與熱能教學的教學設計

關沙妹　衷明華

摘 要：手持技術是一種先進的實驗系統，它可以將理科教材中的實驗和學生的實驗結合起來。在人教版必修2化學能與熱能教學中，有三個實驗現象不明顯，熱效應很難通過普通儀器測量，因此，運用手持技術來測量化學能與熱能中的三個實驗，并將數據投影出來，操作簡單，數據豐富，圖表直觀明晰，從而改變了傳統的教學模式，提高了教學質量。

關鍵詞：手持技術；化學能與熱能；教學設計

一、教材分析

本課為人教版高中化學必修2第二章第一節“化學能與熱能”的第2課時。化學能對人類的重要性決定了本章學習的重要性。在初中化學中，學生從燃料的角度對“化學與能源”有了初步認識，在選修模塊“化學反應原理”中，學生將從科學概念層面和定量角度深入地學習。因此，本章內容既是對初中化學相關內容的提升與拓展，又為選修“化學反應原理”奠定了必要的基礎。手持技術，是由數據采集器、傳感器和配套軟件組成的定量采集和處理數據系統，能與計算機連接完成各種后期處理的實驗技術系統。在中學化學教學中引入手持技術，能促使學生了解先進的科學技術，獲得科學的學習方法，形成正確的學習態度。

二、學情分析

在初中，學生知道化學反應能夠制造新物質，知道某些具體反應是放熱或吸熱反應，通過高一上學期實驗課的訓練，學生有一定的實驗觀察和動手能力，但實驗現象的表述能力還需提高。學生對生活現象熟悉但好奇，渴望利用所學知識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，更能吸引學生的注意力。

三、教學目標

1.知識與技能

形成吸熱反應和放熱反應的概念，掌握化學反應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

通過投影的實驗數據圖，學生感受化學能與熱能的相互轉化，形成吸熱和放熱反應的概念；通過多功能手持分析儀的使用，會用定量的方法研究化學問題。

3.情感態度與價值觀

通過實驗激發學生學習化學的興趣和情感；通過新聞視頻進一步培養學生關注新聞、關注社會的習慣，進一步養成辯證看待與化學能有關的社會和生活問題的習慣。

4.教學重難點

化學反應中的能量變化；化學反應吸熱和放熱的原因及判斷方法。

5.教法分析

本課在“雙主互動式”課堂教學模式下，主要采用情境教學法與實驗促學法相結合的教學法。

6.學法分析

這節課在指導學生的學習方法和培養學生的學習能力方面主要采取：在教師情境教學法引導下，利用“雙主互動式”教學模式，學生自主實驗、觀察、總結。

四、教學流程

采用“雙主互動式”課堂教學模式，體現學生的主體性。

五、教學過程

[設置情境]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，電熱水袋突然爆炸！

[思考]為什么電熱水袋會爆炸？

（學生根據提示思考、討論）

[講解]電熱水袋加有鐵粉，使水能夠導電，產生大量熱。電熱水袋內有一個溫控器，當水溫到一定溫度時會自動斷電，保證安全。當熱水袋溫控器失靈時，內部液體不斷加熱、汽化，產生的巨大壓力可導致袋體爆炸。

設計意圖：從生活中走進化學，拉近學科知識與生活的距離；進一步培養學生關注新聞、關注社會的習慣，感受化學與生活的緊密聯系。

[講解]此外，有一種前期暖手袋和我們化學密切相關。內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，液體不穩定。當扭曲內部金屬片時，產生的輕微震動便足以使溶質結晶，變成較穩定的固體，而該過程放熱，暖手袋開始暖起來。在熱水泡時，溶質的可溶性增加。在溶解的過程中，溶質進行吸熱反應，再次成為過飽和溶液，以此循環使用。

設計意圖：讓學生初步建立化學反應與能量之間有關系的思想。

[引導]在剛剛的例子中發生了化學能與熱能的相互轉化，那它具體是怎樣轉化的？我們通過幾個實驗來體會。

[講解]多功能分析儀及其使用。

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

[問題討論]（1）鋁與鹽酸反應方程式。（2）鋁條為什么要打磨？（3）通過實驗你能夠得出什么結論？

（學生觀察并描述現象，書寫化學方程式，得出結論：鹽酸與鋁片的反應是放熱反應。）

設計意圖：讓實驗中很難觀測的溫度變化轉為大量數據；向學生引進現代新興技術，使學生感受現代技術在化學中的應用。

[演示實驗2-2]Ba（OH）2·8H2O晶體與NH4Cl晶體反應。

（學生觀察并記錄實驗現象。）

[思考與交流]兩種反應物為什么需要研磨并用玻璃棒攪拌？通過實驗，你能得出什么結論？

（學生根據教師提示思考，討論，學生回答。）

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

[追問]酸與堿的中和反應是放熱的還是吸熱的呢？

[分組實驗2-3]酸堿中和反應。

（學生分小組合作動手實驗，觀察記錄實驗現象，寫化學方程式。組長上臺匯報實驗結論及存在的疑惑，教師同學一起解決。）

[教師講解]幾個小組氫氧化鈉和鹽酸的用量雖然不同，但反應物換算成物質的量表示，當反應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。

設計意圖：培養學生的實驗能力；培養學生從定量的角度認識中和反應是放熱反應；通過手持分析儀的使用，培養學生從定量的角度認識反應中能量的變化。

[引出]中和熱：酸與堿發生中和反應生成1mol水所釋放的熱量稱為中和熱。

[追問]反應條件（加熱）與反應吸熱和放熱有什么必然的關系？

[思考與交流]根據上述三個實驗，思考凡經加熱而發生的化學反應都是吸熱反應嗎？

（學生討論，提出猜想，教師啟發得出結論：沒有必然關系。）

[小結]在化學反應中，把最終表現為吸收熱量的化學反應叫做吸熱反應。

在化學反應中，反應物總能量大于生成物總能量的反應叫做放熱反應。

[思考與交流]常見的吸熱和放熱反應有哪些？

（學生思考，交流，舉手回答。）

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

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

設計意圖：進行知識的梳理，讓學生養成新舊知識的聯系。

[課堂小結]講了中和熱、吸熱反應、放熱反應的概念。常見的放熱反應和吸熱反應。

設計意圖：對本節課的知識進行總結，幫助學生形成知識網絡，有利于學生形成良好的學習習慣。

六、教學反思

本節課以手持技術運用于實驗為創新特點，學生能體會科學探究的過程，學習手持技術的使用。手持技術是一種與現代科學密切相關的新興技術，具有便捷、直觀、實時、準確等特點，是實驗改革和發展的有效手段。通過手持分析儀將不直觀的溫度變化轉化為數據投影出來，既體現了新一輪基礎教育改革的思想和理念，又符合學生學習的認知規律。而且手持技術的實驗研究結果會給學生直觀的數據或圖像顯示，更加體現了科學的準確性。在本教學實驗中，學生能通過溫度數據的變化，計算出反應物質的量。而且本設計將知識與生活聯系起來，播放新聞視頻，學生興趣度較高，能提高學生的學習效率，達到最佳的教學效果。

參考文獻：

鐘永輝.“化學能與熱能”教學設計案例[J].化學教育，2010.

編輯 楊國蓉