楊圣群

（湖南省瀘溪縣第一中學(xué)湖南瀘溪416100）

談基于學(xué)生認(rèn)知能力的“化學(xué)能與熱能”教與學(xué)

楊圣群

（湖南省瀘溪縣第一中學(xué)湖南瀘溪416100）

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，通過對(duì)教材的比較分析和挖掘，從微觀化學(xué)鍵角度和宏觀能量角度分析化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，理清它們的相互關(guān)系，構(gòu)建知識(shí)體系，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，提高教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)目的。

認(rèn)知能力；能量；化學(xué)鍵；有效教學(xué)

在高一人教版《化學(xué)》(必修2)“化學(xué)能與熱能”的教學(xué)過程中,由于概念多,又抽象,相互關(guān)系復(fù)雜,學(xué)生整體把握不好,尤其是“化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中的能量變化”。因?yàn)閺奈⒂^角度(化學(xué)鍵)進(jìn)行分析,它包含了斷裂化學(xué)鍵吸收能量和形成鍵放出能量,當(dāng)化學(xué)反應(yīng)最終是吸收能量還是放出能量,又和這兩者的相對(duì)大小有關(guān),使學(xué)生暈頭轉(zhuǎn)向,無所適從。從宏觀角度(能量)分析,學(xué)生又分不清能量是“體系”的能量還是“環(huán)境”的能量,只能機(jī)械的記住結(jié)論,運(yùn)用時(shí)常常搞錯(cuò)。如果把微觀分析和宏觀分析相結(jié)合,學(xué)生難以將它們聯(lián)系起來,經(jīng)常得出自相矛盾的結(jié)論。另外,物質(zhì)本身具有的能量和化學(xué)鍵的鍵能及物質(zhì)的穩(wěn)定性之間的關(guān)系,化學(xué)反應(yīng)能量變化與反應(yīng)條件之間的關(guān)系,也是學(xué)生難以區(qū)別和理解。在教學(xué)中只有明晰概念,理清關(guān)系,才能解決教學(xué)中的難點(diǎn),使學(xué)生很好地掌握本節(jié)課知識(shí),提高教學(xué)效率,實(shí)現(xiàn)有效教學(xué),筆者就這些疑難問題進(jìn)行深入探究。

一、通過教材分析，明確教學(xué)目標(biāo)

能源與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān),化學(xué)反應(yīng)在人類利用能源的歷史過程中充當(dāng)了關(guān)鍵角色,化學(xué)能在人類的生命活動(dòng)、日常生活、生產(chǎn)和科研等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。新課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于化學(xué)反應(yīng)和能量的內(nèi)容在初中化學(xué)、高中必修模塊和選修模塊中均有安排,下面就相關(guān)內(nèi)容在三種教材中的呈現(xiàn)方式進(jìn)行比較。

表1 相關(guān)知識(shí)在不同教材的比較

一堯焓變反應(yīng)熱：提主要內(nèi)容一堯化石燃料：介紹了煤堯石油和天然氣的形成堯成分及用途二堯化學(xué)反應(yīng)中的能量變化：介紹了放熱和吸熱現(xiàn)象，了解化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量的應(yīng)用。一堯化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系：從化學(xué)鍵知識(shí)入手，定性地分析化學(xué)鍵與能量之間的密切聯(lián)系，揭示了化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。從宏觀角度用示意圖的形式表示化學(xué)反應(yīng)的能量變化。二堯化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化：讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中認(rèn)識(shí)和感受化學(xué)能與熱能之間相互轉(zhuǎn)化及其研究過程，引出吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的術(shù)語（涵義）。出了焓變（△H）和反應(yīng)熱，從微觀角度（化學(xué)鍵）定量地分析化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化。從宏觀角度用圖示的方法表示化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化。二堯熱化學(xué)方程式：通過熱化學(xué)方程式來定量描述和計(jì)算反應(yīng)熱。實(shí)踐活動(dòng)：中和反應(yīng)反，應(yīng)熱的測(cè)定。

從表中分析發(fā)現(xiàn),初中化學(xué)從燃料的角度初步學(xué)習(xí)了“化學(xué)與能源”的一些知識(shí),見識(shí)放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)現(xiàn)象。必修模塊側(cè)重定性分析和描述,引出吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的術(shù)語(涵義)。在選修模塊則從科學(xué)概念的層面和定量的角度深入地學(xué)習(xí),得出吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的概念。這樣的編排在具體內(nèi)容上前后還有交叉和重疊,既體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的階段性,又體現(xiàn)了知識(shí)層次性,使學(xué)生概念的形成和發(fā)展呈現(xiàn)一種螺旋式上升的形態(tài),符合辯證法的認(rèn)識(shí)規(guī)律,通過認(rèn)識(shí)教材編排意圖,把握教學(xué)目標(biāo)。

二、從微觀角度分析，掌握能量變化的實(shí)質(zhì)

我們知道物質(zhì)中的原子之間是通過化學(xué)鍵結(jié)合而形成的,物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),不但有新物質(zhì)的生成,同時(shí)有化學(xué)鍵的斷裂和形成。斷裂反應(yīng)物的化學(xué)鍵要吸收能量〔稱作Ε(反應(yīng)物鍵能)〕,形成生成物的化學(xué)鍵要放出能量〔稱作Ε(生成物鍵能)〕,化學(xué)鍵的斷裂和形成是物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。在反應(yīng)中,既有反應(yīng)物中化學(xué)鍵的斷裂,又有生成物中化學(xué)鍵的形成,那么,化學(xué)反應(yīng)究竟是吸收能量還是放出能量則由斷鍵吸收能量和成鍵放出能量?jī)烧叩南鄬?duì)大小決定。由于這樣的分析比較抽象,學(xué)生難以理解和掌握,在教學(xué)中我們可以將“兩者的相對(duì)大小”轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)語言“兩者差”,借助焓變(△H)來學(xué)習(xí),可以將上述分析表示成為一個(gè)公式：△H=Ε(反應(yīng)物鍵能)-Ε(生成物鍵能)。

當(dāng)△H為“-”或△H＜0時(shí)〔即Ε(反應(yīng)物鍵能)＜Ε(生成物鍵能)〕,為放出能量(放熱反應(yīng));

當(dāng)△H為“+”或△H＞0時(shí)〔即Ε(反應(yīng)物鍵能)＞Ε(生成物鍵能)〕,為吸收能量(吸熱反應(yīng))。

雖然這種定量分析的方法要在高二選修模塊學(xué)習(xí),但是,通過必修教材對(duì)化學(xué)鍵的分析,提前引入該方法已是水到渠成的事。實(shí)踐證明,這種借助于數(shù)學(xué)邏輯思維的方法,既能進(jìn)行定性分析,又能進(jìn)行定量計(jì)算,學(xué)生能夠很好的掌握。

三、從宏觀角度分析，把握能量守恒定律

任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)物所具有的總能量(或總化學(xué)能)與生成物所具有的總能量(或總化學(xué)能)均不相等,因此,在化學(xué)反應(yīng)中總是伴隨著能量變化。一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)結(jié)果是吸收熱量還是放出熱量,取決于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量相對(duì)大小。

由于教材編排是在分析微觀化學(xué)鍵后突然得出這樣一個(gè)宏觀的結(jié)論,對(duì)學(xué)生而言是難以理解的,雖然用水能、化學(xué)能變化對(duì)比示意圖形象地進(jìn)行表示,學(xué)生也只是知其然,不知其所以然,只是機(jī)械的記住結(jié)論,在應(yīng)用時(shí)經(jīng)常出錯(cuò)。究其原因,首先,要弄清“體系”和“環(huán)境”的關(guān)系,我們把“被研究的物質(zhì)系統(tǒng)稱為體系,體系以外的其他部分稱為環(huán)境?！逼浯?這里的“反應(yīng)物的總能量”和“生成物的總能量”是指“體系”即物質(zhì)的總能量;“放出能量”和“吸收能量”是指“環(huán)境”接受的能量和提供的能量;就整個(gè)過程而言,能量是守恒的。在這些知識(shí)的鋪墊之下,我們可以換用一種數(shù)學(xué)方程的形式表示,學(xué)生就一目了然,加深對(duì)結(jié)論的理解和掌握：

當(dāng)放出能量時(shí),反應(yīng)物的總能量=生成物的總能量+放出能量,有Ε(反應(yīng)物總能量)＞Ε(生成物總能量),即反應(yīng)物所儲(chǔ)存的能量一部分轉(zhuǎn)移到生成物中,另一部分釋放到環(huán)境中。

當(dāng)吸收能量時(shí),反應(yīng)物的總能量+吸收能量=生成物的總能量,有Ε(反應(yīng)物總能量)＜Ε(生成物總能量),即反應(yīng)過程中需要從環(huán)境吸收能量,這部分能量和反應(yīng)物的能量都儲(chǔ)存在生成物中。

四、進(jìn)行綜合分析，理清相互關(guān)系

首先要理清物質(zhì)本身的能量與化學(xué)鍵能量及熱穩(wěn)定性的辯證關(guān)系。這只是同一事物的不同方面,物質(zhì)本身具有的能量越低時(shí),化學(xué)鍵的鍵能越大,說明其結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定,熱穩(wěn)定性就越強(qiáng),斷裂其化學(xué)鍵所吸收的能量就越高,而形成該化學(xué)鍵所釋放的能量就越多。

其次要理清化學(xué)反應(yīng)能量變化和反應(yīng)條件的關(guān)系?；瘜W(xué)反應(yīng)的能量變化取決于吸收能量和放出能量的相對(duì)大小,與發(fā)生反應(yīng)的條件沒有必然的聯(lián)系。有些放熱反應(yīng)需要先加熱再反應(yīng)放熱,例如煤炭的燃燒;有些吸熱反應(yīng)在常溫下就發(fā)生,例如氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體反應(yīng)。

最后還要理清能量變化和物質(zhì)變化的關(guān)系?；瘜W(xué)變化一定伴有能量變化,但是伴有能量變化的物質(zhì)變化不一定都是化學(xué)變化,也可能是物理變化,如冰、水、水蒸氣的轉(zhuǎn)化就有能量變化。

五、進(jìn)行歸納總結(jié)，構(gòu)建知識(shí)體系

將知識(shí)總結(jié)歸納,按知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行系統(tǒng)的整理,運(yùn)用對(duì)比的方法可以使學(xué)生全面了解各種事物之間的區(qū)別和聯(lián)系,形成準(zhǔn)確的概念,有利于儲(chǔ)存更多的信息。建構(gòu)主義認(rèn)為,學(xué)生主動(dòng)參與知識(shí)的建構(gòu)過程中,可以大大提高學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可利用性,順利的升華為能力。

表2 化學(xué)反應(yīng)與能量變化相互關(guān)系

六、精選習(xí)題，反饋教學(xué)效果

精選習(xí)題不但有訓(xùn)練、鞏固、復(fù)習(xí)的功能,而且能發(fā)揮激勵(lì)、反饋、和調(diào)控作用,還是對(duì)課堂教學(xué)的延伸和拓展,同時(shí)也是溝通知識(shí)與創(chuàng)新的橋梁。下面通過兩道習(xí)題來檢測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。

練習(xí)1.已知反應(yīng)X+Y=M+n為吸熱反應(yīng),對(duì)這個(gè)反應(yīng)的下列說法中正確的是()

A.X的能量一定低于M的能量,Y的能量一定低于n的能量

B.X和Y的總能量一定低于M和n的總能量

C.破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵所吸收的能量小于形成生成物中化學(xué)鍵所放出的能量

D.因?yàn)樵摲磻?yīng)為吸熱反應(yīng),故反應(yīng)一定要加熱才能進(jìn)行

該題主要檢測(cè)了學(xué)生對(duì)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)概念的掌握,同時(shí)從宏觀物質(zhì)能量角度和微觀化學(xué)鍵角度考查了對(duì)化學(xué)反應(yīng)與能量變化的判斷方法,讓學(xué)生進(jìn)一步明確化學(xué)反應(yīng)的能量變化與反應(yīng)條件無必然聯(lián)系。

練習(xí)2.下列表中的數(shù)據(jù)是破壞1mol物質(zhì)中的化學(xué)鍵所消耗的能量(kJ)。

物質(zhì)Cl2Br2I2HCl HBr HI H2能量（kJ) 243 193 151 432 366 298 436

根據(jù)上述數(shù)據(jù)回答下列問題：

(1)下列物質(zhì)本身具有的能量最低的是()

A.H2B.Cl2C.Br2D.I2

(2)下列氫化物中最穩(wěn)定的是()

A.HCl B.HBr C.HI

(3)X2+H2=2HX(X代表Cl、Br、I)的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)？----。

(4)相同條件下,等物質(zhì)的量的氫氣和X2(X代表Cl、Br、I)反應(yīng)時(shí),放出或吸收的熱量最多的是-----。

(5)若無表中的數(shù)據(jù),你能正確回答出問題(4)嗎？-----,你的根據(jù)是----。

該題主要通過微觀角度考查了化學(xué)鍵與物質(zhì)的能量及性質(zhì)之間的關(guān)系,通過定量計(jì)算得出化學(xué)反應(yīng)能量變化的定性結(jié)論,同時(shí)和以前學(xué)過元素化合物性質(zhì)及元素周期律知識(shí)結(jié)合在一起,使學(xué)生知道不但可以由實(shí)驗(yàn)方法得出結(jié)論,而且還可以由物理數(shù)據(jù)計(jì)算出結(jié)果,體現(xiàn)了理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用和實(shí)踐對(duì)理論的檢驗(yàn),給學(xué)生指出思考和解決問題的不同方法。

七、進(jìn)行教學(xué)反思，提高對(duì)新課程的認(rèn)識(shí)

新課程提出了有效教學(xué),簡(jiǎn)單的說就是有效果、有效率、有效益的教學(xué),在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi),實(shí)現(xiàn)新課程教學(xué)目標(biāo)。在本節(jié)課的教學(xué)中,通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容的合理處理,教學(xué)方法的改進(jìn),對(duì)教學(xué)中存在的疑難問題抽絲剝繭、層層深入,突破了本節(jié)知識(shí)的難點(diǎn),其他知識(shí)就能迎刃而解,由練習(xí)反饋和課后調(diào)查了解得知,學(xué)生都掌握得很好,能很好的實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

新課程改革,新教材的改變很大,與舊教材相比最大的區(qū)別就是不再講究知識(shí)的系統(tǒng)性和邏輯性,有的相關(guān)知識(shí)多次出現(xiàn),逐漸加深,體現(xiàn)和遵循學(xué)生的心理特征和認(rèn)知規(guī)律。由于學(xué)科知識(shí)有其自身規(guī)律和系統(tǒng)性,這種知識(shí)階段性學(xué)習(xí)的要求往往會(huì)使學(xué)生一知半解,在理解和掌握上產(chǎn)生一定的困難,這也是處在新課程改革最前沿的師生常常困惑的地方。當(dāng)然,有壓力才有動(dòng)力,有挑戰(zhàn)才有機(jī)遇,教師只有轉(zhuǎn)變新課程理念,深入研究教材和學(xué)生,把握不同階段的教學(xué)目標(biāo),想方設(shè)法提高教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果,才能實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。

［1]王必翔主編.高中新課標(biāo)同步攻略.化學(xué)2：必修［M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2009：27-31

［2]鄺賢毅.提高化學(xué)習(xí)題教學(xué)效果的實(shí)施策略［J].化學(xué)教育，2008，（3）：30-32

［3]劉永紅.新課程下化學(xué)習(xí)題教學(xué)的思考與嘗試［J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2008，（4）：10-11

［4]肖成全等編著.有效教學(xué)［M].大連：遼寧師范大學(xué)出版社，2006：15-17

1008-0546（2011）03-0020-03

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10.3969/j.issn.1008-0546.2011.03.010