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        利用實(shí)驗(yàn)探究法的“物質(zhì)溶解時(shí)的吸熱和放熱現(xiàn)象”的教學(xué)設(shè)計(jì)

        2012-10-09 08:49:20楊俊峰
        化學(xué)教與學(xué) 2012年5期
        關(guān)鍵詞:溫度計(jì)燒杯熱量

        楊俊峰

        (江蘇省如皋市白蒲初級(jí)中學(xué) 江蘇 如皋 226511)

        作為科學(xué)探究中的最常用方法之一 “實(shí)驗(yàn)探究法”已成為當(dāng)前課程改革的一個(gè)重要內(nèi)容。所謂“實(shí)驗(yàn)探究法”指的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行的一種探究活動(dòng),它是科學(xué)探究在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體化。它是化學(xué)教學(xué)中最常見(jiàn)、最主要的探究活動(dòng)。[1]實(shí)驗(yàn)探究是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中落實(shí)科學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑,也是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的化學(xué)教學(xué)觀的具體體現(xiàn)。這種方法要求教師以培養(yǎng)學(xué)生探索性思維為目標(biāo),以教材實(shí)驗(yàn)為主,精心創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,激發(fā)學(xué)生的求知欲,引導(dǎo)學(xué)生在模擬科學(xué)的研究中潛移默化地受到科學(xué)方法的熏陶。

        溶解時(shí)的吸熱和放熱現(xiàn)象這一課題選自義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)(人民教育出版社)九年級(jí)化學(xué)第九單元課題1溶液的形成的第2課時(shí)內(nèi)容。筆者采用“實(shí)驗(yàn)探究法”進(jìn)行教學(xué),效果較好。下面結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐,談一談具體的做法和體會(huì)。

        一、教學(xué)設(shè)計(jì)的思路

        1.教師首先通過(guò)知識(shí)回顧什么是溶液?溶質(zhì)、溶劑、溶液三者有什么樣的關(guān)系?引入溶液方面的內(nèi)容。然后教師演示趣味實(shí)驗(yàn):向燒杯(底部用石蠟粘有一小木塊)中注入半杯水,加入三匙NaOH并不斷攪拌(如圖1所示),設(shè)置懸念,引出課題,激發(fā)學(xué)生的探究的欲望。

        圖1

        現(xiàn)象:當(dāng)拿起燒杯時(shí)燒杯底部黏著的木塊掉下來(lái)了。

        [思考]燒杯底部的小木塊脫落,猜想可能的原因是?

        [回答]可能是NaOH加入水中溶解時(shí),水溶液的溫度升高,使燒杯底部的石蠟熔化,因而木塊掉下來(lái)了。

        [設(shè)問(wèn)]為什么會(huì)有溫度的變化?

        從而將學(xué)生的思緒引入本節(jié)課的內(nèi)容溶解時(shí)的吸熱和放熱現(xiàn)象。

        2.在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生探究了四個(gè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),做實(shí)驗(yàn),觀察并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題,認(rèn)識(shí)溶解時(shí)的吸熱和放熱現(xiàn)象的本質(zhì),體驗(yàn)溶解時(shí)的吸熱和放熱現(xiàn)象的本質(zhì)研究過(guò)程。這樣既增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力,動(dòng)手操作能力,又培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究的素質(zhì)。總體設(shè)計(jì)思路:

        二、教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)

        1.定量判斷物質(zhì)溶解時(shí)的熱量變化

        [實(shí)驗(yàn)探究1] 儀器:燒杯、玻璃棒、溫度計(jì)

        藥品:固態(tài) NaCl、NH4NO3、NaOH

        實(shí)驗(yàn)步驟:(1)取三只燒杯,各注入100mL水,用溫度計(jì)測(cè)量水的溫度。(2)將溫度計(jì)插入盛水的燒杯中,觀察溫度計(jì)記錄。(3)將等質(zhì)量的 NaCl、NH4NO3、NaOH 分別加入上述三只燒杯中,用玻璃棒迅速攪拌,讀出溫度計(jì)的刻度并記錄。(4)把實(shí)驗(yàn)后的溶液,倒入指定的容器內(nèi)。(5)計(jì)算溶解前后液體溫度的變化。該方案所用的水都是100mL,三次所加的溶質(zhì)的質(zhì)量也相同(如圖2所示)。

        圖2

        實(shí)驗(yàn)結(jié)論:NaCl在溶解時(shí)溶液溫度基本沒(méi)有變化;NH4NO3在溶解時(shí)溶液溫度明顯下降,溶解時(shí)需要吸收熱量;NaOH在溶解時(shí)溶液的溫度明顯升高,溶解時(shí)放出大量的熱。

        2.溶解時(shí)的吸熱或放熱現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)再探究

        [思考(追問(wèn))]在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們用到了溫度計(jì),溫度計(jì)適合于精確測(cè)量任一物質(zhì)溶解于水時(shí)吸熱還是放熱,也就是定量進(jìn)行測(cè)定。如果沒(méi)有溫度計(jì),同學(xué)們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)出其他的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)探究溶解時(shí)的吸熱、放熱現(xiàn)象,大家能設(shè)計(jì)出多少種其他的方案呢?

        [投影]需要用到的藥品有 NaCl、NH4NO3、NaOH,其余的所需實(shí)驗(yàn)儀器同學(xué)們自己選擇使用。

        [實(shí)驗(yàn)探究2]

        方案1:

        很多同學(xué)在受到溫度計(jì)測(cè)定方法的基礎(chǔ)上想出以下一個(gè)改進(jìn)方法,該方案將U形管與小試管和集氣瓶很好地結(jié)合在一起。當(dāng)氫氧化鈉與水接觸后出現(xiàn)放熱現(xiàn)象,從而引起集氣瓶?jī)?nèi)的空氣受熱膨脹,進(jìn)而導(dǎo)致U形管中兩邊中的液柱出現(xiàn)高度差,這一現(xiàn)象在本質(zhì)上與溫度計(jì)測(cè)定方法是一樣的,U形管相當(dāng)于一只粗略的溫度計(jì)(如圖3所示)。

        圖3

        方案2:

        在三個(gè)盛水的燒杯中,分別加入 NaCl、NH4NO3、NaOH固體,用玻璃棒攪拌,然后用手觸摸燒杯外壁來(lái)判斷溶液溫度的變化?,F(xiàn)象:用手觸摸各燒杯外壁,NaCl溶液的燒杯無(wú)明顯變化,盛NH4NO3溶液的燒杯較冷,盛NaOH溶液的燒杯壁較熱。這種方法應(yīng)該是學(xué)生們最容易想到的。在學(xué)習(xí)紅磷、木炭等可燃物在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí),我們都曾感受到這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——放熱現(xiàn)象,而這種現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)就是可以通過(guò)觸摸容器的外壁的發(fā)燙來(lái)感受的。

        方案3:

        然而學(xué)生在通過(guò)觸摸的方法來(lái)感知物質(zhì)在溶于水的吸熱和放熱現(xiàn)象時(shí),還是覺(jué)得不夠直觀,在學(xué)生們的心中,更多的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是通過(guò)眼睛的觀察得出的,因此學(xué)生在方案2的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了如圖4所示的改進(jìn)。圖4的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,我們能看到當(dāng)分液漏斗中的水滴到NaOH固體后,燒杯中的玻璃導(dǎo)管冒出氣泡(氣泡的冒出是由于NaOH固體與水溶解過(guò)程中放熱引起的)。但是圖4中從分液漏斗中滴加入的水后占有一定的空間,所以當(dāng)分液漏斗中的水滴入的過(guò)程中,燒杯中一定也有氣泡冒出。所以還需要改進(jìn),進(jìn)而就有了圖5和圖6兩種設(shè)計(jì)。圖5設(shè)計(jì)中氫氧化鈉加入水中由于放熱使得氣球鼓起來(lái),圖6中玻璃導(dǎo)管冒出氣泡現(xiàn)象也從側(cè)面說(shuō)明了氫氧化鈉等固體溶于水放出熱量。

        圖4

        圖5

        圖6

        [提問(wèn)]比較用溫度計(jì)測(cè)定和上述幾種方案,它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分別是什么?

        [回答]利用溫度計(jì)——可以定量測(cè)出溫度的變化,測(cè)定比較精確,但是方法單一。而利用另幾種方法可以粗略判斷,但是無(wú)法對(duì)溫度變化較小的溶解現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)定。

        [思考]同樣都是溶解過(guò)程,為什么有的吸收熱量,有的放出熱量?

        [分析]物質(zhì)在溶解于水時(shí)溫度變化的本質(zhì):在溶解過(guò)程中發(fā)生了兩種變化。一種變化是在水分子的作用下,構(gòu)成物質(zhì)的分子(或離子)被水分子拆開(kāi),并向水中擴(kuò)散,在擴(kuò)散的過(guò)程中需要吸收熱量;另一種是物質(zhì)的分子(或離子)與水分子相互作用,并結(jié)合成了水合分子,在這一過(guò)程中則放出熱量。對(duì)于不同的物質(zhì)而言,這兩種過(guò)程中吸收的熱量和放出的熱量是不一樣的,因此溶液的溫度會(huì)因物質(zhì)溶解不同,溫度發(fā)生不同的變化。有的物質(zhì)在溶解的過(guò)程中,擴(kuò)散過(guò)程所要吸收的熱量小于水合過(guò)程所能放出的熱量,最終使得溶液的溫度升高,反之溶液的溫度則降低。

        3.溶解時(shí)的吸熱或放熱現(xiàn)象的本質(zhì)

        擴(kuò)散——吸熱 水合——放熱

        當(dāng)Q吸>Q放:水溶液的溫度降低

        當(dāng)Q吸<Q放:水溶液的溫度升高

        當(dāng)Q吸=Q放:水溶液的溫度不變

        [課堂小結(jié)]本節(jié)課同學(xué)們通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究法,從定量和定性兩個(gè)不同的角度認(rèn)識(shí)了物質(zhì)在水中溶解時(shí)的溫度變化情況,認(rèn)知了溶液溫度變化的本質(zhì)。通過(guò)再探究再設(shè)計(jì)再改進(jìn),使大家了解了實(shí)驗(yàn)探究法在化學(xué)學(xué)習(xí)中重要性,提高了探究新知識(shí)的合作精神。

        三、教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)

        1.對(duì)于溶解時(shí)的吸熱和放熱現(xiàn)象,可以從很多角度進(jìn)行判斷。不論是定量還是定性的判斷,都是可以從不同的角度展開(kāi)。如果給學(xué)生的空間更寬一些,學(xué)生可以想到更多的方法進(jìn)行驗(yàn)證和體驗(yàn)。從教學(xué)情況來(lái)看學(xué)生對(duì)于這些內(nèi)容都很容易理解。

        2.實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。用實(shí)驗(yàn)探究法組織“溶液溶解時(shí)吸熱和放熱現(xiàn)象”的教學(xué),學(xué)生始終置身于親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和積極思考的學(xué)習(xí)情境中,感覺(jué)到自己智慧的力量,體驗(yàn)快樂(lè),從而激發(fā)探究新事物的求知欲和濃厚的學(xué)習(xí)興趣。例如,在引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之前,讓部分學(xué)生匯報(bào)自己的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果,學(xué)生表現(xiàn)的都很積極;學(xué)生都渴望得到發(fā)表自己見(jiàn)解的機(jī)會(huì)。

        3.實(shí)驗(yàn)探究法有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退季S能力。用實(shí)驗(yàn)探究法組織“溶液溶解時(shí)的吸熱和放熱現(xiàn)象教學(xué)活動(dòng),是以學(xué)生實(shí)驗(yàn)為核心的,讓學(xué)生在系列實(shí)驗(yàn)中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”,體驗(yàn)溶液溶于水時(shí)的熱量變化本質(zhì),體驗(yàn)研究過(guò)程。實(shí)驗(yàn)探究法有利于培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)。通過(guò)這種教學(xué)活動(dòng),學(xué)生不僅初步了解實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程和科學(xué)家的工作方法,而且培養(yǎng)了對(duì)科學(xué)的興趣,逐步養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,并提高了探究新知識(shí)的合作精神。

        [1] 鄭長(zhǎng)龍等.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新視野[M].北京:高等教育出版社,2003.6

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