“化学能与热能”教学设计

“化学能与热能”教学设计案例北京工业大学附属中学钟永辉一、指导思想与理论依据根据新课程的基本理念，教师应该帮助学生认识化学与人类生活的密切关系。因此，从生活实际引入本节课，激发学生探究欲望，让学生初步了解化学反应与能量之间的关系；然后通过三个具体实验中学生对实验现象和结论的描述，使其把握化学反应中物质守恒和能量守恒的规律。进而要求学生从多个角度认识反应的吸热和放热的原因，使思维具有全面性；最后借助能量—反应过程图，增强学生的识图能力；同时帮助学生把抽象的问题具体化。基于化学为生活服务的理念，本节课采用自热饭盒题材导入又以它结课，使学生实实在在地感受到利用化学知识解决生活中实际问题的成就。同时也让学生体会如何从感性化学逐步过渡到理性化学。通过多角度的设问等开放性措施，让学生真心实意的参与课堂。学生参与的程度越高，课堂的实效性才会更好。本节课使用手持技术测量中和反应的温度变化，让学生感受到现代技术在化学中的应用。化学不仅教会学生理解掌握一些化学知识，还应着重培养学生探究和合作学习，学以致用等能力。二、教学内容分析本节内容为人教版高中化学《必修2》第二章第一节“化学能与热能”的第1课时，该内容属于化学反应原理范畴。化学课程标准关于化学反应与能量的内容在初中化学、高中化学《必修2》和《选修4》中均有安排，体现了知识生长与学习的层次性，在具体内容上要注意前后呼应与衔接，呈现一种螺旋式上升形态。学生在初中已从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在高中《选修4》还将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地再学习。因此本节内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又是为《选修4》奠定必要的基础。化学能与热能一节课是新课程高中教材中新增加的知识，课标对这部分内容有较高要求，是化学中物质变化与能量变化两条主线之一，是建构完整的化学反应观念的一部分，也是下一节化学能与电能学习的基础。三、学生情况分析1．知识基础学生知道化学反应能够制造新物质之外，还能够提供能量。知道一些具体反应是放热反应还是吸热反应，同时能够从化学键的角度去认识化学反应的本质。但是用定量的思想去分析问题，学生相对比较薄弱，因而这种学科思想需要在日常的教学中不断的培养。学生特别渴望利用所学化学知识去解决生活中的实际问题，因此以自热饭盒来作为课的开始和结束。2．实验技能基础通过高一上学期实验课的训练，学生有一定的实验观察和动手实验能力，但是实验现象的表述能力还需要提高。本节课在化学数字实验室上课，将要用到温度传感器，虽然以前没有接触。但是在氧化还原的教学中，使用过电流传感器，因此学生对于仪器并不陌生。四、教学目标设计1．基本目标（1）知识与技能目标：了解化学能与热能的相互转化；了解温度传感器的使用和中和仪器的使用；理解化学反应中能量变化的主要原因；掌握化学反应是吸收能量还是放出能量的判断方法。（2）过程与方法目标：通过实验，体验化学反应中能量变化主要表现为热量的形式，形成吸热和放热的概念，感受化学能和热能之间相互转化；通过从微观角度的分析，学生从本质上理解化学反应中能量变化；通过温度传感器和温度计的使用，领会用定量的方法去研究化学问题。（3）情感态度与价值观目标：感知能量转化，深刻体会到化学知识与生活的密切联系，建立能量守恒观；通过实验培养学生的探究意识，提高学生的观察和思考的能力，让学生拥有自主获取知识的态度。2．开放性目标（1）知识与技能目标：从多个角度对化学反应为吸热还是放热进行认识；能运用归纳的方法对常见的反应进行整理。应用分类的思想对把反应分为吸热和放热反应。（2）过程与方法目标：在对实验操作和现象的描述过程中，如铝与盐酸反应过程中思考为什么要做一个对比实验，以及实验现象描述要从物质变化和能量变化两个方面进行，提高实验的设计能力和语言表达能力；通过使用温度计和温度传感器测量温度变化，学习使用化学技术手段来完成实验（3）情感态度与价值观目标：合理使用手持技术（温度传感器），可以发挥学生的潜能，让现代技术进入实验室，使学生更加重视自我发展。3．教学重点的分析与确定对于化学反应，依据反应是吸热还是放热，把反应分为吸热和放热反应。因此本节课的重点确定为化学反应吸热和放热的原因及判断方法。4．教学难点的分析与确定学生通过物质结构的学习，已经知道化学反应的实质为旧键的断裂和新键的形成。断键需要吸收能量，成键放出能量。一个反应到底是吸热还是放热取决于二者的相对大小。学生的定量思想比较薄弱，计算能力较弱，且容易与使用能量判断混淆。因此，本节课的难点确定为从微观角度理解化学反应中能量变化的原因。五、教学过程设计1．教学流程图教师活动学生活动2．教学资源的开放性措施本节课选用和开发的教学资源主要体现在两个方面上：一是演示实验：在铝与盐酸反应的实验中，为了得到该反应为放热的结论。设计了一个对照实验，以及使用温度计测量溶液温度的变化。这为后面得出金属与酸的反应为放热反应提供依据，同时也培养学生用定量的思想来研究化学。二是学生实验：酸碱中和反应为放热反应，但是很难通过触觉感受到。因此本节课使用了温度传感器来测定盐酸与烧碱反应的放出的热量。通过数据的分析，学生能够充分感到现代技术在化学中的应用。同时在使用中和热仪器时，从各个角度分析如何减少反应中热量的损失。3．问题情境的开放性措施：问题设计目的及作用①请同学们认真观察自热饭盒，说出它与普通餐盒的区别。引起学生的兴趣，培养学生的观察能力和表达能力。学生从不同的角度进行描述，且得出化学反应中化学能转化为热能等结论。体会化学在生活实际中的应用②如何证明反应中有能量的变化让学生建立化学能转化为热能不仅可以通过触觉来感知，还可以通过数据来说明。③可以从哪些角度判断一个反应为吸热反应还是放热反应让每个学生都能够参与该问题的讨论，引导学生学会从多个角度考虑问题④常见的吸热和放热反应有哪些利用分类的思想，对所学的反应进行归纳整理⑤利用所学知识对自热饭盒自热的原因进行解释应用所学知识，解决实际问题4．学生活动的开放性措施本节课设计的理论（多角度的认识吸热和放热反应）和实验两部分活动，都有一定的开放性，学生能从多个角度考虑和分析，能充分调动学生的积极性。在理论部分，从微观角度（化学键）分析能量的变化，学生意识到化学中的能量可以通过定量计算。但是有一部分学生容易得出相反的结论，这也是教学需要注意的问题。实验部分，如通过温度传感器测量中和反应温度的变化，少数学生只得出数据有变化，反应为放热反应。更多的学生意识到现代技术对于化学研究的重要性。5.教学过程教学阶段教学环节教师行为学生行为教学资源教学意图1情境引入创设情境【课的引入】请同学观看图片：展示图片→自热饭盒→自热饭盒原理示意图。请同学思考它与普通饭盒的不同之处仔细看图片，思考，讨论。回答外观上它有“两根线”，它还利用了化学物质发生化学反应提供热能自热饭盒的图片和结构结构示意图激发学生的学习兴趣，化学与生活息息相关。培养学生的观察能力和表达能力。让学生初步建立化学反应与能量之间有关系的思想化学反应的应用【讲解提问】利用化学反应可以制造新物质，还能有什么用途？【板书】化学反应的用途学生总结:l利用物质变化制备新物质2利用能量变化提供能源培养学生的归纳能力，进入课题2实验证明实验感知反应中能量的变化【演示实验】盐酸与铝片反应【设问】1铝片为什么需用砂纸打磨2为什么需要用两支试管3通过实验你能够得出什么结论【分组实验】酸碱中和反应讲解中和热仪器的使用和指导学生使用温度传感器。【演示实验】Ba(OH)2?8H2O晶体与NH4Cl晶体反应【设问】：两种混合物为什么需要用玻璃棒搅拌，通过实验现象，你能得出什么结论？观察，描述实验现象，书写化学方程式，得出实验结论倾听，小组合作动手实验。测数据，分析数据观察实验，用手触摸烧杯壁。思考与交流。学案相应的表格两支试管，温度计，砂纸，铝条，６mol/L盐酸学案相应的表格阅读教材P34实验2-3中和热的装置，玻璃棒，温度传感器，数据采集器，电脑，0.50mol/L盐酸，0.55mol/LNaOH，两支量筒Ba(OH)2?8H2O，NH4Cl晶体，烧杯，玻璃棒，玻璃片，蒸馏水培养学生的设计实验能力（对比实验）；希望学生得出金属与酸的反应为放热反应的结论；通过温度计的使用，培养学生从定量的角度认识反应中能量的变化。利用温度传感器，使学生体验研究的过程和掌握测定方法，同时培养学生从定量的角度认识中和反应是放热反应希望学生得出上述反应吸收能量（同时根据前面两个反应现象和结论的描述，学生掌握要从物质变化和能量变化两个角度描述一个反应得出结论【引导和设问】化学反应中除了物质变化之外，还伴随能量的变化。而能量的变化主要是以热量的形式表现出来，据此你能得出什么结论?思考，交流，倾听。回答：化学反应中物质要遵循质量守恒定律，能量要遵循能量守恒建立能量守恒的观点。学会知识的迁移，从质量守恒迁移到能量守恒3理论认知思考与交流【设问】化学反应的实质是什么？可以从哪些角度判断一个反应是吸热反应或者放热反应？思考，回答。从实验现象和微观的角度去分析P32第二段引导学生对化学反应放热和吸热原因的探讨多角度认识反应是吸热，放热【讲解与设问】各种物质都具有化学能，当物质变化时能量也发生变化，还可以从什么角度判断反应吸热还是放热？【总结及板书】判断吸热反应、放热反应的方法回答：除了从实验现象去判断；从微观（化学键）角度去判断：还可以从宏观（能量守恒）角度去判断；学案教材P32第三，四段从宏观，微观，实验现象三个角度判断反应是吸热还是放热实例【设问】氢气在氯气中燃烧的实验现象是什么？如何判断反应是吸热还是放热？学生回忆实验现象；根据数据进行计算；观看图像，描述。倾听给出H-H，Cl—Cl，H-Cl的键能，展示能量-反应过程示意图。让学生从微观的角度认识反应的能量变化，培养学生的定量思想用图表的方式形象的解释反应放热的原因4内化提升应用归纳【总结】根据所学知识，对化学反应进行新的分类，常见的吸热和放热反应有哪些思考，交流常见的放热反应活泼金属与水或酸的反应；酸碱中和反应；燃烧反应；化合反应一般是放热反应常见的吸热反应Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl的反应；分解反应一般是吸热反应；C和CO2等反应学案进行知识的梳理，让学生养成新旧知识的联系概念的辨析【追问】反应条件（加热）与反应吸热和放热的关系组织学生讨论：凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应质疑，讨论学生举出具体的例子对概念的矫正P32学与问观念的矫正，避免学生形成错误的观念知识的归纳，梳理引导学生回忆本节课所讲知识，要求学生对本节课所学内容进行归纳整理归纳整理，记笔记1、能量变化的主要原因：旧键的断裂（吸收能量）→新键的生成（释放能量）2、当E总(反应物)＞E总(生成物)3、化学反应遵守能量守恒定律。化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化对本节课的知识进行提炼，帮助学生形成知识网络。知识【总结】请用所学的学生回答1从它自热饭盒的图片应用化学的应用知识解释自热饭盒对饭加热的原因（从实验现象，宏观，微观三个角度）可以给食物加热说明发生的放热反应2通过事实，说明反应物的能量高于生成物的能量3通过事实，说明反应物断键吸收的能量小于成键放出的能量知识能够解释生活中的问题，化学服务于生活，前后呼应，同时引导学生一种学习方法六、学习效果评价设计1．解释一个反应是吸热还是放热可以从哪些方面出发？2．铝与盐酸反应的实验后，为什么要做对照实验？通过这一实验，在今后的实验设计中你能够获得哪些启发？3．通过温度计测量反应前后体系温度的变化，在实验中运用定量思想研究问题有何体会？4.反应条件为加热与反应是放热反应有何区别和联系?5．你认为用手持技术解决化学中的问题有什么有缺点？七、教学反思1．感性材料，理性分析新课程的理念就是要将知识与生活联系起来。自热饭盒图片的展示为同学提供了感性材料,接着引导学生进行深入的理性思考。从生活中的事例去研究反应放热或吸热的原因，学生能够真心实意地参与课堂活动，这使课堂教学的实效性得到了充分提高。2．充分了解学生，精心设计“理解断层