自熱產(chǎn)品在化學(xué)項目式教學(xué)中的應(yīng)用

楊昊語，朱夏緋，林妍君，王宇飛，唐 平

(云南師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,云南 昆明 650000)

2014年9月國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)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(biāo)準(zhǔn)》[1]。進行高考改革，賦予了學(xué)生更多的選擇權(quán)，更好地尊重人才成長規(guī)律。但在實施高考改革的地區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)高中生選考化學(xué)的比例斷崖式下滑，這一現(xiàn)象對基于核心素養(yǎng)培育的化學(xué)課堂教學(xué)提出了更高要求，教學(xué)模式不斷更新，項目式教學(xué)模式孕育而生[2]。

1 確定項目主題

結(jié)合本項目式教學(xué)內(nèi)容，新課標(biāo)中明確要求學(xué)生要能認識物質(zhì)具有能量、吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)，了解化學(xué)反應(yīng)體系能量改變與化學(xué)鍵斷裂和形成有關(guān)[3]。所以本案例結(jié)合生活中化學(xué)能與熱能的應(yīng)用，確定項目主題為——“自熱飯盒的制作”。

2 項目教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課最終要求學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)化學(xué)能與熱能的學(xué)科知識制作出實際產(chǎn)品，根據(jù)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，制定了如下的教學(xué)目標(biāo)。

1)能辨識吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)。通過理論學(xué)習(xí)，初步建立化學(xué)能與熱能的知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從微觀層面理解化學(xué)鍵的斷裂和形成，會分析宏觀物質(zhì)的能量變化。

2)通過親身體驗自熱產(chǎn)品，說出產(chǎn)品中涉及的化學(xué)反應(yīng)，體驗化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要表現(xiàn)為熱量變化，建立能量守恒思想。

3) 通過體驗找出化學(xué)反應(yīng)能量變化證據(jù)，建立化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)化模型。

4) 通過探究自熱袋中藥品與水反應(yīng)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(shè)計制作自熱飯盒，形成產(chǎn)品說明書，進行項目過程匯報與交流，認識化學(xué)對創(chuàng)造更多物質(zhì)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(xué)設(shè)計與實施

3.1 創(chuàng)設(shè)項目教學(xué)情境

多媒體放映 “自嗨鍋”宣傳廣告，將學(xué)生定位為試吃員，引導(dǎo)學(xué)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(qū)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(biāo)問題

① 自熱包里發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)是什么？它是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)？

② 根據(jù)所提供的鍵能數(shù)據(jù)信息從化學(xué)鍵的角度解釋化學(xué)反應(yīng)能量變化的實質(zhì)。

③ 根據(jù)所提供的藥品與裝置，探究發(fā)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(chǎn)品的發(fā)熱袋生產(chǎn)商，請草擬一份自熱袋的產(chǎn)品說明書。

⑤ 構(gòu)想化學(xué)能與熱能在其他生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，思考化學(xué)反應(yīng)與能量知識的其他應(yīng)用。

3.3 確定項目任務(wù)

整個項目學(xué)習(xí)過程包括5個任務(wù)，每個任務(wù)都能幫助學(xué)生形成正確價值觀念、必備品格與關(guān)鍵能力，是具備完善的知識學(xué)習(xí)、科學(xué)探究、情感價值的教學(xué)過程。

【任務(wù)一】調(diào)查自熱產(chǎn)品中發(fā)熱包里的主要化學(xué)藥品。

學(xué)生任務(wù)：①調(diào)查市面上常見的自熱產(chǎn)品。②觀察不同發(fā)熱袋中的化學(xué)藥品。③形成調(diào)查報告。

學(xué)生活動：①從各種渠道了解市面上的自熱產(chǎn)品，包括但不限于產(chǎn)品適用對象，月產(chǎn)銷量，社會價值等。②用系統(tǒng)分析法，總結(jié)自熱產(chǎn)品中與化學(xué)有關(guān)的信息。③整理調(diào)查信息，形成調(diào)查報告。

教師支持：①提供調(diào)查報告模板。②課堂呈現(xiàn)自熱產(chǎn)品，實操產(chǎn)品試用。③組織學(xué)生分享調(diào)查結(jié)果。

【任務(wù)二】認識自熱袋發(fā)熱原理，學(xué)習(xí)學(xué)科核心知識。

學(xué)生任務(wù)：①掌握化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)化關(guān)系。②知道化學(xué)鍵的斷裂與形成是能量變化的主要原因。③掌握判斷化學(xué)反應(yīng)是吸/放熱的方法。④形成學(xué)習(xí)報告。

學(xué)生活動：①感受自熱產(chǎn)品化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程。②計算出H2與Cl2反應(yīng)化學(xué)鍵斷裂與形成過程所產(chǎn)生的總能量。③畫出H2與Cl2反應(yīng)的能量變化坐標(biāo)圖。④從能量守恒與化學(xué)鍵兩個角度解釋化學(xué)反應(yīng)的吸/放熱現(xiàn)象。⑤形成學(xué)習(xí)報告。

教師支持：①提供與本節(jié)課相關(guān)的化學(xué)能與熱能的學(xué)科知識與學(xué)習(xí)報告模板。②明確化學(xué)能與熱能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系、鍵能、能量守恒等概念。③引導(dǎo)學(xué)生解決3.2中目標(biāo)問題①、②。④對學(xué)習(xí)報告進行評價。

【任務(wù)三】利用實驗室化學(xué)藥品制作發(fā)熱包。

學(xué)生任務(wù)：①小組探究一份發(fā)熱袋所放出的熱量的具體數(shù)值。②選取合適的藥品制作發(fā)熱袋。

學(xué)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(yīng)之后所產(chǎn)生的熱量，算出整個反應(yīng)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(dǎo)實驗操作；②引導(dǎo)學(xué)生解決3.2中目標(biāo)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(wù)四】設(shè)計一份該自熱飯盒的使用說明書。

學(xué)生任務(wù)：①小組合作調(diào)查各類發(fā)熱袋的使用說明；②制作獨具特色的產(chǎn)品使用說明書③評價他組設(shè)計成果

學(xué)生活動：通過各大平臺查找總結(jié)說明書的必備內(nèi)容，分工合作設(shè)計產(chǎn)品說明書。

教師支持：①提供搜索平臺網(wǎng)址、說明書設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等；②組織各小組對他組說明書進行評價；③引導(dǎo)學(xué)生解決3.2中目標(biāo)問題④。

【任務(wù)五】進行現(xiàn)場展示與匯報。

學(xué)生任務(wù)：①小組代表展示自制的產(chǎn)品；②評價他組匯報成果

學(xué)生活動：①小組組長輪流上臺展示產(chǎn)品，講述設(shè)計理念，分享制作過程與學(xué)習(xí)感觸②聆聽其他組的匯報，給予評價。

教師支持：①提供化學(xué)能與熱能在人類社會發(fā)展中的應(yīng)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(dǎo)學(xué)生解決3.2中目標(biāo)問題⑤。

3.4 項目實施過程

項目實施過程以任務(wù)三為例，呈現(xiàn)項目活動過程中師生的關(guān)鍵行為，從行為記錄來檢驗教學(xué)實踐效果。

【教師提出項目要求】根據(jù)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(shè)計探究方案并得出結(jié)論。

【學(xué)生觀點】可以使用溫度與比熱容之間的關(guān)系來進行探究。

Q=cmΔT

【教師提供測量原理】量熱計是測定反應(yīng)熱效應(yīng)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(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，除了使反應(yīng)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(yīng)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(zhì)量m(g)水(溫度T1)的量熱計中迅速加入相同質(zhì)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(jù)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(fā)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(xué)生活動】根據(jù)提供的實驗器材，按實驗操作步驟進行探究：

1)準(zhǔn)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(zhǔn)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(shù)，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(fā)熱袋與水的反應(yīng)熱(由于發(fā)熱袋中以氧化鈣為主，則近似等于測定氧化鈣與水的反應(yīng)熱)，取足量的水倒入保溫杯，記錄此時溫度T1，記錄發(fā)熱袋的質(zhì)量m(近似為氧化鈣質(zhì)量)。

5)迅速將發(fā)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(dāng)溫度升高至最高點時，記下此時溫度T2。

【學(xué)生活動】進行實驗數(shù)據(jù)處理。

【教師提出任務(wù)】制作一個簡易發(fā)熱袋。

【學(xué)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(xué)生活動】制作簡易發(fā)熱袋。

【教師評價】提供準(zhǔn)備好的空飯盒與時蔬，現(xiàn)場使用制作的發(fā)熱袋檢驗其有效性。

【教師總結(jié)】在這一任務(wù)中，我們通過實驗探究學(xué)會了測量反應(yīng)熱的方法，相信同學(xué)們在制作發(fā)熱袋以及實際探究感受到了反應(yīng)所產(chǎn)生的具體熱量，對于熱化學(xué)的知識進行了又一次的鞏固，生活中很多現(xiàn)象都與化學(xué)有關(guān)，所以我們學(xué)習(xí)化學(xué)其實就是在認識生活。

【布置任務(wù)】為自熱袋設(shè)計一份產(chǎn)品說明。

3.5 項目評價規(guī)則

該案例根據(jù)項目任務(wù)評估學(xué)生完成的實際作品，從化學(xué)信息處理能力、實驗與探究能力、知識、產(chǎn)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(guī)則

4 項目教學(xué)反思

本節(jié)課以“自熱飯盒的制作”為項目主題進行課堂教學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)僅以生活情景進行課堂導(dǎo)入，之后仍脫離生活講述學(xué)科核心知識，而本次項目式教學(xué)設(shè)置的5個項目任務(wù)都與實際生產(chǎn)生活有密切的關(guān)系，這樣的教學(xué)過程可強化學(xué)生的化學(xué)生活化意識，提升化學(xué)學(xué)科的社會地位，本節(jié)課一大亮點是對每個任務(wù)都進行了針對性評價，完善課堂的教學(xué)評一體化。該教學(xué)模式需要教師善用生活素材，對教學(xué)過程進行精心設(shè)計，設(shè)置評價標(biāo)準(zhǔn)進行過程性評價。在較開放的課堂環(huán)境下學(xué)習(xí)更能幫助學(xué)生形成學(xué)科思維，適應(yīng)新高考背景下化學(xué)選考的實際。