張金偉 毛楊林

摘? ? 要：“反應(yīng)熱的測(cè)量”教學(xué)可以用中和反應(yīng)熱成像視頻創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生自主測(cè)定中和反應(yīng)前后溶液的溫度變化，計(jì)算反應(yīng)熱，寫熱化學(xué)方程式，初步建構(gòu)中和熱的概念。然后滲透中和熱測(cè)定的化學(xué)史，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)測(cè)定誤差，通過(guò)分析誤差產(chǎn)生的原因，提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法，并用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置重新測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱，成功減小實(shí)驗(yàn)誤差。最后學(xué)生自主提出酸、堿溶液的濃度與強(qiáng)弱對(duì)中和反應(yīng)的反應(yīng)熱大小的影響，并用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證實(shí)與證偽，深度理解和完善中和熱的概念，建構(gòu)定量實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的思維模型。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)熱測(cè)量;中和反應(yīng);定量實(shí)驗(yàn)

“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”是化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，要求學(xué)生“認(rèn)識(shí)科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng);能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題;能從問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究;勤于實(shí)踐，善于合作，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新”[1]?！胺磻?yīng)熱的測(cè)量”是培養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)的重要內(nèi)容，但長(zhǎng)期以來(lái)，很多教師都覺(jué)得這節(jié)內(nèi)容很難上，因害怕反應(yīng)熱測(cè)不準(zhǔn)而出現(xiàn)尷尬局面，因此常用視頻實(shí)驗(yàn)一放了事。2019年9月20日，毛楊林名師網(wǎng)絡(luò)工作室在衢州市菁才中學(xué)開(kāi)展了主題為“化學(xué)課堂教學(xué)研究成果的展示與推廣”的送教活動(dòng)，我們欣喜地看到浙江師范大學(xué)附屬中學(xué)吳文清老師展示的“反應(yīng)熱的測(cè)量”一課，頗具素養(yǎng)特質(zhì)，讓人眼前一亮，與會(huì)教師無(wú)不拍手叫好?，F(xiàn)將這節(jié)課的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及觀摩賞析整理出來(lái)，以饗讀者。

一、教學(xué)實(shí)錄

【環(huán)節(jié)一】以熱成像視頻激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)定中和反應(yīng)熱，初步形成中和熱概念

師：從壯觀的熱成像視頻中我們清晰看到酸與堿反應(yīng)會(huì)放出熱量，請(qǐng)問(wèn)：如果將50.0 mL 0.50 mol·L-1鹽酸與50.0 mL 0.50 mol·L-1NaOH溶液混合，溶液的溫度會(huì)升高多少度？如何測(cè)量呢？請(qǐng)大家思考。

生：用溫度計(jì)先分別測(cè)鹽酸、NaOH溶液的初始溫度，再測(cè)反應(yīng)后溶液的最高溫度。

師：予以肯定。追問(wèn)：在測(cè)量最高溫度時(shí)應(yīng)注意些什么呢？

生：測(cè)定過(guò)程要盡量避免熱量散失，同時(shí)應(yīng)多次測(cè)量取其平均值，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。

師：很好，為了保證測(cè)量時(shí)溫度升高到最高，要用到量熱計(jì)。（在幻燈片中展示簡(jiǎn)易量熱計(jì)）

師：請(qǐng)同學(xué)們觀察簡(jiǎn)易量熱計(jì)的結(jié)構(gòu)，推測(cè)相關(guān)組成部分的功能與作用。

生：容器筒用蓋子蓋起來(lái)，防止熱量損失;內(nèi)膽與外殼間填充泡沫塑料，起到保溫作用，防止熱量散失;溫度計(jì)用于測(cè)量反應(yīng)獲得的最高溫度;環(huán)形玻璃攪拌棒用玻璃制成，玻璃是熱的不良導(dǎo)體，及時(shí)攪拌，促進(jìn)溶液充分反應(yīng)。

師：玻璃攪拌棒能不能改為銅棒？攪拌怎樣操作呢？

生：不能用銅棒，因銅傳熱速度快，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差大。應(yīng)上下攪動(dòng)。

師：同學(xué)們推測(cè)得很好，所有的設(shè)計(jì)及操作都是為了一個(gè)最終目的，即測(cè)量的精確性。

現(xiàn)在我給大家演示下簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)步驟。熟悉實(shí)驗(yàn)步驟后，請(qǐng)前后4位同學(xué)分為一組，1人負(fù)責(zé)量酸和堿溫度，1人負(fù)責(zé)混合攪拌，1人負(fù)責(zé)讀數(shù)記錄，1人負(fù)責(zé)溫度計(jì)清洗。請(qǐng)同學(xué)們嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行操作，現(xiàn)在大家開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。（在幻燈片上展示實(shí)驗(yàn)步驟）

生：分組合作，測(cè)定中和反應(yīng)前后的溫度。

師：巡視，并不時(shí)與學(xué)生互動(dòng)，或提問(wèn)、或指導(dǎo)、或糾正。大約7min后，抽選3組同學(xué)匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

生：學(xué)生小組匯報(bào)數(shù)據(jù)記錄。

師：定量實(shí)驗(yàn)一般至少需要測(cè)得3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以減少誤差。請(qǐng)分析表中3組數(shù)據(jù)是否都可以采用？

生：第三組的數(shù)據(jù)不可靠，應(yīng)舍去。

師：第三組同學(xué)的中和反應(yīng)，溫度為什么幾乎不升高呢？請(qǐng)分析原因。

生：我們小組離教室的立式空調(diào)最近，溫度自然很難升高，也可能有其他影響溫度升高的因素沒(méi)控制好。

師：分析正確。請(qǐng)根據(jù)表中前兩個(gè)小組的數(shù)據(jù)計(jì)算該反應(yīng)放出的熱量。

生：提問(wèn)：根據(jù)Q = cmΔt，還需要知道溶液的比熱容和密度，怎么計(jì)算？

師：因?yàn)樗?、堿都是稀溶液，我們可以做近似處理，c（混）= c（水）= 4.18J·g-1·℃-1。

稀鹽酸和稀NaOH溶液的密度也近似為1? g·mL-1。現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們繼續(xù)計(jì)算該反應(yīng)放出的熱量。

生：匯報(bào)結(jié)果：1.254×103 J。

師：從有效數(shù)字角度觀察，這個(gè)結(jié)果是否合理？

生：根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的條件和數(shù)據(jù)最多得到兩位有效數(shù)字，結(jié)果應(yīng)為1.3×103 J。

師：完全正確，為他鼓掌。

師：那么同學(xué)們能否根據(jù)該反應(yīng)放出的熱量寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式呢？

生：板演：

師：同學(xué)們對(duì)這位同學(xué)寫的熱化學(xué)方程式有不同意見(jiàn)嗎？

生1：除了H2O之外，其余物質(zhì)的聚集狀態(tài)應(yīng)改為（aq）。

生2：中和反應(yīng)為放熱反應(yīng)，應(yīng)寫成[Δ]H = -1.3 kJ·mol-1。

生3：應(yīng)寫成生成1mol水時(shí)的熱化學(xué)方程式：

師：很好。在實(shí)際應(yīng)用中，為了方便，通常用生成1mol H2O時(shí)的反應(yīng)熱來(lái)表示該中和反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。（趁熱打鐵）我們把稀溶液中，強(qiáng)酸與強(qiáng)堿反應(yīng)生成1mol H2O時(shí)放出的熱量稱為中和熱。

【環(huán)節(jié)二】在化學(xué)史話中發(fā)現(xiàn)誤差，激發(fā)學(xué)生分析成因改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，修正中和熱概念

師：同學(xué)們測(cè)得的中和熱為[Δ]H = -52 .0 kJ·mol-1，你覺(jué)得這個(gè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確嗎？下面，我們看看科學(xué)家測(cè)出的數(shù)據(jù)是多少？

1881年，法國(guó)化學(xué)家貝特羅（Pieltte Engene Marceiin Berthelot），在法蘭西學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里，發(fā)明彈式量熱計(jì)，精確測(cè)出中和熱為-57.3 kJ·mol-1，即

H+ （aq）+ OH-（aq） =H2O（l）? [Δ]H = -57.3 kJ·mol-1。

可見(jiàn)，兩組實(shí)驗(yàn)小組得出的中和熱數(shù)值偏低。其他實(shí)驗(yàn)小組有偏高的數(shù)據(jù)嗎？

生：沒(méi)有。

師：請(qǐng)同學(xué)們分析在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的中和熱偏低的原因有哪些？

生：反應(yīng)放出的熱量有損失的原因：隔熱效果不好;蓋子蓋得不夠嚴(yán)實(shí);攪拌棒與蓋子間有孔隙且在上下攪拌時(shí)易掀開(kāi)蓋子;教室有空調(diào)。

師：誤差有系統(tǒng)誤差和人為誤差，固定的系統(tǒng)則系統(tǒng)誤差無(wú)法降低，除非改變系統(tǒng)組成;人為誤差通過(guò)規(guī)范的操作會(huì)減少但是仍然存在。這里提供了一些信息（見(jiàn)表1及圖1）。

根據(jù)上述信息，你打算選擇什么樣的材料和攪拌方式進(jìn)行改進(jìn)呢？

生：選泡沫塑料、磁力攪拌（有利于密封，熱量不損失）。

師：根據(jù)學(xué)生的改進(jìn)意見(jiàn)，展示創(chuàng)新設(shè)計(jì)的“中和熱的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)裝置：用泡沫盒直接做容器，并選用磁力攪拌方式。播放課前錄制的微課：“中和熱的測(cè)定”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)視頻。從視頻中可清楚地看到反應(yīng)前后的溫度變化及最終測(cè)定值，通過(guò)計(jì)算得到的中和熱為[Δ]H = -55.2 kJ·mol-1，數(shù)值接近-57.3，系統(tǒng)誤差減小了，這得益于我們系統(tǒng)的改進(jìn)。還可能會(huì)有什么原因？

生：老師的操作更加規(guī)范。

師：精確定量實(shí)驗(yàn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)和規(guī)范操作都有較高的要求，同學(xué)們以后的實(shí)驗(yàn)操作盡可能規(guī)范到位。

【環(huán)節(jié)三】探究酸堿的濃度與強(qiáng)弱對(duì)中和反應(yīng)熱效應(yīng)的影響，完善中和熱概念

師：如果把本實(shí)驗(yàn)中的鹽酸改為同體積同濃度的醋酸，反應(yīng)熱是否相同？

生：會(huì)變小，因醋酸是弱電解質(zhì)，電離過(guò)程會(huì)吸收熱量。

師：如果氫氧化鈉溶液改為濃溶液，反應(yīng)熱是否相同？

生：會(huì)變大。濃度大的氫氧化鈉溶液與鹽酸混和稀釋時(shí)，可能會(huì)放出熱量。

師：如果用同體積同濃度的氫氧化鉀溶液與硝酸反應(yīng)，反應(yīng)熱是否相同？

生：相同。因氫氧化鉀與硝酸都是強(qiáng)電解質(zhì)，在稀溶液中已完全電離。

師：同學(xué)們的猜想是否正確呢？下面通過(guò)老師改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行驗(yàn)證。

（1）50.0 mL 0.50 mol·L-1醋酸與50.0 mL 0.50 mol·L-1氫氧化鈉溶液反應(yīng)。

（2）50.0 mL 0.50 mol·L-1鹽酸與50.0 mL 5.00 mol·L-1氫氧化鈉溶液反應(yīng)。

（3）50.0 mL 0.50 mol·L-1硝酸與50.0 mL 0.50 mol·L-1氫氧化鉀溶液反應(yīng)。

生：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)中顯示的溫度變化，計(jì)算生成1mol H2O的反應(yīng)熱，分別是：

（1）ΔH = - 46.8 kJ·mol-1 ;（2）ΔH = - 61.8 kJ·mol-1;（3）ΔH = -55.2 kJ·mol-1。

師：實(shí)測(cè)結(jié)果，證明同學(xué)們的猜想完全正確。請(qǐng)同學(xué)們給中和熱的概念下一個(gè)準(zhǔn)確的定義。

生：稀的強(qiáng)酸溶液與稀的強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成1mol H2O時(shí)放出的熱量稱為中和熱。

【環(huán)節(jié)四】設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)方案思維建模，探究其他反應(yīng)熱的測(cè)定方法

師：通過(guò)本堂課的學(xué)習(xí)，你認(rèn)為設(shè)計(jì)一個(gè)定量實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)遵循什么樣的思維模型？

生：討論、匯報(bào)，師生互評(píng)，建構(gòu)設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)方案的思維模型：

明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹伎加?jì)算方法→確定要測(cè)量的數(shù)據(jù)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置和操作步驟→實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)→分析、處理數(shù)據(jù)→計(jì)算出結(jié)果→誤差分析→發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)→探尋最佳方案。

師：是不是所有的反應(yīng)熱均可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量呢？

2C（s）+O2（g）=2CO（g）? ΔH = -221 kJ·mol-1，該反應(yīng)的ΔH能否通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定？請(qǐng)?jiān)谡n后通過(guò)預(yù)習(xí)課本或查閱資料提出解決該問(wèn)題的方案。

二、亮點(diǎn)賞析

（一）教師的微表情活化了課堂氛圍

教師的微表情在課堂教學(xué)中對(duì)學(xué)生具有引導(dǎo)效能、激勵(lì)作用和評(píng)價(jià)功能。馬卡連柯說(shuō)：教師在教學(xué)中要善于使用各種微表情，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[2]。吳老師在教學(xué)過(guò)程中始終面帶微笑，用飽含激情的眼光關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒，有意識(shí)地跟學(xué)生開(kāi)玩笑活躍氣氛。在重要關(guān)注點(diǎn)，使用重音，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)、提醒注意，吸引學(xué)生的注意力。在學(xué)生答錯(cuò)問(wèn)題時(shí)，能微笑以對(duì)，態(tài)度和藹，以疑問(wèn)的眼神啟發(fā)學(xué)生思考，以贊許的眼神、親切的拍肩等肢體語(yǔ)言讓學(xué)生獲得探究學(xué)習(xí)的動(dòng)力，表現(xiàn)出一位優(yōu)秀教師的良好素質(zhì)。尤其難能可貴的是，菁才中學(xué)實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有簡(jiǎn)易量熱計(jì)，吳老師竟然自費(fèi)購(gòu)買了10套帶到教室，微笑著分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生開(kāi)展分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)吳老師的這種敬業(yè)、愛(ài)生精神肅然起敬，大大激發(fā)了實(shí)驗(yàn)探究的熱情。

（二）重構(gòu)教學(xué)過(guò)程活化了教材內(nèi)容

葉圣陶先生說(shuō)過(guò)：“教材無(wú)非是例子”“教材只能作為教課的依據(jù)，要教得好，使學(xué)生受益，還要靠教師善于運(yùn)用?！北菊n教材的內(nèi)容很少，只有一個(gè)“活動(dòng)與探究”：測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。沒(méi)有提出“中和熱”的概念，沒(méi)有誤差分析，更沒(méi)有探究影響中和熱的因素。吳老師并沒(méi)有用教材教教材，而是獨(dú)具匠心的處理教材，基于菁才中學(xué)學(xué)生掌握知識(shí)的邏輯起點(diǎn)和思維習(xí)慣，依據(jù)維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論和“素養(yǎng)為本”的教學(xué)理念，對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行必要的調(diào)整和補(bǔ)充，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了一條拾級(jí)而上的學(xué)習(xí)通道：定性觀察熱成像→定量測(cè)定反應(yīng)熱→分析誤差成因→改進(jìn)實(shí)驗(yàn)→探究影響中和熱因素→建構(gòu)認(rèn)知模型。讓學(xué)生經(jīng)歷了“山窮水盡疑無(wú)路，柳暗花明又一村”的思維磨練，活化了教材，活化了學(xué)生知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，掃除了理解實(shí)驗(yàn)思路和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案思維上的障礙，成功地實(shí)現(xiàn)從低級(jí)思維向高階思維進(jìn)階，使學(xué)生對(duì)“中和熱”概念加深理解，各個(gè)維度的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)也相應(yīng)發(fā)展。

（三）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)活化了創(chuàng)新思維

培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神是本堂課的重要教學(xué)目標(biāo)。研究表明，任何一個(gè)有智力的人都有創(chuàng)造力，但并非任何一個(gè)有智力的人都能發(fā)揮出創(chuàng)造力[3] 。創(chuàng)造力猶如人的智力中的寶藏，需要我們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)和采掘，學(xué)生創(chuàng)造力的提高需要我們通過(guò)課堂教學(xué)去訓(xùn)練和培養(yǎng)。本課教學(xué)過(guò)程經(jīng)歷3次實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動(dòng)，學(xué)生參與積極，靈動(dòng)地迸發(fā)出創(chuàng)新思維的火花：（1）從中和反應(yīng)熱成像視頻中提出問(wèn)題，設(shè)計(jì)測(cè)定中和反應(yīng)前后溫度變化的實(shí)驗(yàn)方案，并通過(guò)親自實(shí)驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，初步生成“中和熱”概念，形成創(chuàng)新設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、分析歸納的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神。（2）從化學(xué)史中自主發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)定誤差，開(kāi)展了誤差分析與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的活動(dòng)。通過(guò)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果，修正了“中和熱”概念，發(fā)展了科學(xué)精神和創(chuàng)新精神等素養(yǎng)。（3）從討論影響中和反應(yīng)反應(yīng)熱的因素入手，自主提出假設(shè)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)假設(shè)，深度理解并完善了“中和熱”的概念，形成宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等素養(yǎng)。三次實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的成功體驗(yàn)激勵(lì)著學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，在課后繼續(xù)研究其他反應(yīng)的反應(yīng)熱測(cè)量問(wèn)題，形成可持續(xù)發(fā)展的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

三、兩點(diǎn)商榷

1.在環(huán)節(jié)一，教師將實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單演示后，將實(shí)驗(yàn)步驟展示在白板上，讓學(xué)生按部就班去做。此處，如果教師先做個(gè)簡(jiǎn)單提示，然后讓學(xué)生自主去實(shí)施實(shí)驗(yàn)，自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析誤差、找到解決問(wèn)題的辦法，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)上會(huì)更主動(dòng)、更真實(shí)。

2.法國(guó)科學(xué)家貝特羅1881年利用自己發(fā)明的彈式量熱計(jì)測(cè)出了中和熱?！鞍l(fā)明千千萬(wàn)，起點(diǎn)是一問(wèn)”，此時(shí)此刻，如果引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此提出質(zhì)疑與挑戰(zhàn)：他測(cè)得的數(shù)據(jù)一定是最準(zhǔn)確的嗎？鼓勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，創(chuàng)造出更精確的量熱計(jì)，去測(cè)得更準(zhǔn)確的中和熱，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的批判精神、科學(xué)態(tài)度與創(chuàng)新意識(shí)是有大有裨益的。

每一堂課都是師生人生中美好的記憶，都是不可重復(fù)的生命體驗(yàn)。吳老師這堂課具有有較強(qiáng)的示范性，讓人回味無(wú)窮，難以忘懷，為我們工作室成員轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、實(shí)施新課程、研究新教法提供了生動(dòng)、具體、可借鑒的寶貴資源。

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