基于思維模型建構(gòu)“化學(xué)反應(yīng)與熱能”的教學(xué)研究

呂玲秀

摘要：本文以“化學(xué)反應(yīng)與熱能”的教學(xué)為例，在教學(xué)過(guò)程中以學(xué)習(xí)模型、理解模型、應(yīng)用模型、分析模型、評(píng)價(jià)模型、和創(chuàng)建模型六個(gè)認(rèn)知過(guò)程維度來(lái)培養(yǎng)學(xué)生“模型認(rèn)知”的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：模型建構(gòu);化學(xué)反應(yīng)與熱能;核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：A 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：（2021）-24-430

一、指導(dǎo)思想和理論依據(jù)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[1]（下稱“新課標(biāo)”）中提出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。其中模型認(rèn)知是重要的核心素養(yǎng)，是反應(yīng)事物本質(zhì)屬性和各關(guān)鍵要素關(guān)系的思維過(guò)程，能夠幫助學(xué)生解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象背后的本質(zhì)與規(guī)律，為解決類似問(wèn)題提供范式[2]。

化學(xué)反應(yīng)與熱能是新課標(biāo)中必修課程主題3第4節(jié)的內(nèi)容，內(nèi)容要求是認(rèn)識(shí)物質(zhì)具有能量，認(rèn)識(shí)吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)，了解化學(xué)反應(yīng)體系能量的改變與化學(xué)鍵的斷裂和形成有關(guān)。知道化學(xué)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與其他能量形式的轉(zhuǎn)化[3]。

二、教學(xué)實(shí)施與目的分析

環(huán)節(jié)一：學(xué)習(xí)模型

[問(wèn)題1.1]我們已經(jīng)在初中學(xué)習(xí)了很多物質(zhì)的燃燒、以及中和反應(yīng)，也知道它們是放熱反應(yīng)?；貞浺幌挛覀儗W(xué)過(guò)的哪些反應(yīng)是吸熱反應(yīng)嗎？

[學(xué)生活動(dòng)1.1]小組討論，回答：大理石分解等。

[設(shè)計(jì)意圖1.1]回憶，通過(guò)教師提問(wèn)，學(xué)生思考討論，回憶初中已經(jīng)學(xué)過(guò)的吸熱反應(yīng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的興趣。

環(huán)節(jié)二：理解模型

[講述2.1]我們已經(jīng)學(xué)過(guò)很多的化學(xué)反應(yīng)，知道化學(xué)變化是伴隨能量變化的。有一些反應(yīng)是放熱反應(yīng)，有些反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此，必須理解沒(méi)有能量變化的化學(xué)反應(yīng)是不存在的。

[設(shè)計(jì)意圖2.1]解釋，通過(guò)老師解釋，引導(dǎo)學(xué)生理解化學(xué)變化總是伴隨能量變化的思維模型。

[教師活動(dòng)2.1]下面請(qǐng)進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)，分組進(jìn)行，每一組同學(xué)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，注意觀察每一個(gè)反應(yīng)能量的變化情況。

[學(xué)生活動(dòng)2.1]各小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體的實(shí)驗(yàn)如下：

小組一：鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)

小組二：氫氣和氯氣實(shí)驗(yàn)

小組三：鹽酸與氫氧化鈉

小組四：大理石分解實(shí)驗(yàn)

小組五：Ba（OH）2.8H2O與NH4Cl晶體混合

小組六：碳酸氫鈉和鹽酸反應(yīng)

[教師活動(dòng)2.2]通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象的觀察，然后按照放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類?？偨Y(jié)與歸納，得出結(jié)論是大部分化合反應(yīng)與酸堿中和為放熱反應(yīng)，大部分分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。

[設(shè)計(jì)意圖2.2]分類，通過(guò)學(xué)生們分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，全班同學(xué)進(jìn)行討論，依據(jù)吸熱還是放熱對(duì)化學(xué)變化進(jìn)行分類。在對(duì)化學(xué)反應(yīng)按照放熱與吸熱分類過(guò)程中，理解化學(xué)反應(yīng)總是伴隨能量變化。

環(huán)節(jié)三：應(yīng)用模型

[問(wèn)題3.1]請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真閱讀練習(xí)題，運(yùn)用剛才學(xué)習(xí)的化學(xué)變化中的能量變化的模型，選出正確答案。

[學(xué)生活動(dòng)3.1]認(rèn)真審題，根據(jù)化學(xué)變化中的生成物與反應(yīng)物能量大小關(guān)系選出正確答案。

[設(shè)計(jì)意圖3.1]運(yùn)用，學(xué)生們?cè)谶x擇正確答案時(shí)，運(yùn)用模型中要素的關(guān)系，做出正確的選擇。通過(guò)此環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生運(yùn)用模型解決不熟悉的任務(wù)，也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)能量的理解。

環(huán)節(jié)四：分析模型

[教師活動(dòng)4.1]同學(xué)們，我們已經(jīng)知道了化學(xué)變化總是伴隨能量變化，但是對(duì)于放熱反應(yīng)中能量變化放出能量的多少對(duì)產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響，我們還不了解。下面我們就一起來(lái)探究一下這個(gè)重要的問(wèn)題。

[問(wèn)題4.1]同學(xué)們，1molH2與O2、S分別發(fā)生反應(yīng)，相同條件下，生成1mol的水蒸氣和1mol硫化氫，放出熱量是不一樣的。其中1molH2與O2反應(yīng)放出241.8kJ的熱量，1molH2與S反應(yīng)放出20.1kJ的熱量.請(qǐng)同學(xué)們討論一下，在發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，產(chǎn)物的穩(wěn)定性與反應(yīng)結(jié)束時(shí)放出熱量的關(guān)系。

[學(xué)生活動(dòng)4.1]討論、歸納并回答：根據(jù)1molH2與O2、S分別發(fā)生反應(yīng)，生成1mol的水蒸氣和1mol硫化氫，放出不同的熱量，再結(jié)合水的穩(wěn)定性大于硫化氫，歸納得出生成相同物質(zhì)的量的產(chǎn)物，放出的能量越多，物質(zhì)的穩(wěn)定性越高的結(jié)論。

[設(shè)計(jì)意圖4.1]歸因，引導(dǎo)學(xué)生歸納得出物質(zhì)穩(wěn)定性與放出熱量的關(guān)系。學(xué)生在分析原因后，老師給出正確的結(jié)論。有利于學(xué)生把正確的結(jié)論遷移到以后相似的情境中。同時(shí)，與有助于學(xué)生理解物質(zhì)穩(wěn)定性與化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)之間的關(guān)系。

環(huán)節(jié)五：評(píng)價(jià)模型

[教師活動(dòng)5.1]請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)分析一下相同物質(zhì)的量與相同質(zhì)量的甲烷、乙炔、丁烷和酒精燃燒產(chǎn)生的熱量的大小關(guān)系。

[學(xué)生活動(dòng)5.1]討論、歸納并回答：相同質(zhì)量的甲烷、乙炔、丁烷和酒精燃燒產(chǎn)生的熱量，甲烷>乙炔>丁烷>酒精;相同物質(zhì)的量的甲烷、乙炔、丁烷和酒精燃燒產(chǎn)生的熱量，甲烷<乙炔<丁烷<酒精。

[設(shè)計(jì)意圖5.1]學(xué)生們?cè)u(píng)論相同物質(zhì)的量與相同質(zhì)量的四種物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱量，理解化學(xué)變化中總是伴隨能量變化。

環(huán)節(jié)六：創(chuàng)建模型

[講述]我們已經(jīng)知道了化學(xué)變化總是伴隨能量變化的事實(shí)。如果一個(gè)方程式能表示化學(xué)反應(yīng)的能量變化情況，那么這樣的方程式就是熱化學(xué)方程式。熱化學(xué)方程式怎么書寫呢？有什么書寫原則嗎？首先，熱化學(xué)方程式是表示能量變化的方程式，那么在書寫吸熱的方程式時(shí)，在方程式后面減去吸收的能量;同樣，對(duì)于放熱的化學(xué)反應(yīng)，在書寫熱化學(xué)方程式時(shí)，在后面要加上放出的能量。其次，熱化學(xué)方程式前面的系數(shù)表示各反應(yīng)物與產(chǎn)物的物質(zhì)的量，因此物質(zhì)的量不同，吸收與放出的熱量是不一樣的。最后，由于物質(zhì)狀態(tài)不同，所含的能量不同，所以在書寫熱化學(xué)方程式時(shí)一定得注明反應(yīng)物與產(chǎn)物的狀態(tài)。

[問(wèn)題6.1]在室溫條件下，1mol甲烷與氧氣燃燒，產(chǎn)生二氧化碳與水，放出的熱量是890.3kJ。請(qǐng)大家書寫熱化學(xué)方程式

[學(xué)生活動(dòng)6.1]學(xué)生書寫熱化學(xué)方程式，然后小組討論，在黑板上呈現(xiàn)小組建構(gòu)的熱化學(xué)方程式的模型。

[設(shè)計(jì)意圖6.1]建構(gòu)，教師講解書寫熱化學(xué)方程式的三條原則，說(shuō)明每條原則的原因。通過(guò)列舉些學(xué)生熟悉的方程式，幫助學(xué)生理解。同時(shí)，呈現(xiàn)熟悉的方程式和對(duì)應(yīng)的條件，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)熱化學(xué)方程式。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2020：2-6

[2]左正權(quán).促進(jìn)高中生化學(xué)模型認(rèn)知的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2020.

[3]張曉紅，柳軍法.高中化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng).教育實(shí)踐與研究（B）[J]. 2018（09）：37-40.