利用实验探究法的“物质溶解时的吸热和放热现象”的教学设计

杨俊峰

（江苏省如皋市白蒲初级中学 江苏 如皋 226511）

作为科学探究中的最常用方法之一 “实验探究法”已成为当前课程改革的一个重要内容。所谓“实验探究法”指的是通过实验来进行的一种探究活动，它是科学探究在化学实验教学中的具体化。它是化学教学中最常见、最主要的探究活动。［1］实验探究是化学实验教学中落实科学素养目标的重要途径，也是以实验为基础的化学教学观的具体体现。这种方法要求教师以培养学生探索性思维为目标，以教材实验为主，精心创设问题情境，激发学生的求知欲，引导学生在模拟科学的研究中潜移默化地受到科学方法的熏陶。

溶解时的吸热和放热现象这一课题选自义务教育课程标准教科书（人民教育出版社）九年级化学第九单元课题1溶液的形成的第2课时内容。笔者采用“实验探究法”进行教学，效果较好。下面结合自己的教学实践，谈一谈具体的做法和体会。

一、教学设计的思路

1.教师首先通过知识回顾什么是溶液？溶质、溶剂、溶液三者有什么样的关系？引入溶液方面的内容。然后教师演示趣味实验：向烧杯（底部用石蜡粘有一小木块）中注入半杯水，加入三匙NaOH并不断搅拌（如图1所示），设置悬念，引出课题，激发学生的探究的欲望。

图1

现象：当拿起烧杯时烧杯底部黏着的木块掉下来了。

［思考］烧杯底部的小木块脱落，猜想可能的原因是？

［回答］可能是NaOH加入水中溶解时，水溶液的温度升高，使烧杯底部的石蜡熔化，因而木块掉下来了。

［设问］为什么会有温度的变化？

从而将学生的思绪引入本节课的内容溶解时的吸热和放热现象。

2.在教师的引导下，学生探究了四个实验。学生通过自主设计实验，做实验，观察并分析实验现象和解决实际问题，认识溶解时的吸热和放热现象的本质，体验溶解时的吸热和放热现象的本质研究过程。这样既增加了学生的实验设计能力，动手操作能力，又培养了学生的科学探究的素质。总体设计思路：

二、教学过程的设计

1.定量判断物质溶解时的热量变化

［实验探究1］ 仪器：烧杯、玻璃棒、温度计

药品：固态 NaCl、NH4NO3、NaOH

实验步骤：（1）取三只烧杯，各注入100mL水，用温度计测量水的温度。（2）将温度计插入盛水的烧杯中，观察温度计记录。（3）将等质量的 NaCl、NH4NO3、NaOH 分别加入上述三只烧杯中，用玻璃棒迅速搅拌，读出温度计的刻度并记录。（4）把实验后的溶液，倒入指定的容器内。（5）计算溶解前后液体温度的变化。该方案所用的水都是100mL，三次所加的溶质的质量也相同（如图2所示）。

图2

实验结论：NaCl在溶解时溶液温度基本没有变化；NH4NO3在溶解时溶液温度明显下降，溶解时需要吸收热量；NaOH在溶解时溶液的温度明显升高，溶解时放出大量的热。

2.溶解时的吸热或放热现象的实验再探究

［思考（追问）］在第一个实验中我们用到了温度计，温度计适合于精确测量任一物质溶解于水时吸热还是放热，也就是定量进行测定。如果没有温度计，同学们如何设计出其他的实验方案来探究溶解时的吸热、放热现象，大家能设计出多少种其他的方案呢？

［投影］需要用到的药品有 NaCl、NH4NO3、NaOH，其余的所需实验仪器同学们自己选择使用。

［实验探究2］

方案1：

很多同学在受到温度计测定方法的基础上想出以下一个改进方法，该方案将U形管与小试管和集气瓶很好地结合在一起。当氢氧化钠与水接触后出现放热现象，从而引起集气瓶内的空气受热膨胀，进而导致U形管中两边中的液柱出现高度差，这一现象在本质上与温度计测定方法是一样的，U形管相当于一只粗略的温度计（如图3所示）。

图3

方案2：

在三个盛水的烧杯中，分别加入 NaCl、NH4NO3、NaOH固体，用玻璃棒搅拌，然后用手触摸烧杯外壁来判断溶液温度的变化。现象：用手触摸各烧杯外壁，NaCl溶液的烧杯无明显变化，盛NH4NO3溶液的烧杯较冷，盛NaOH溶液的烧杯壁较热。这种方法应该是学生们最容易想到的。在学习红磷、木炭等可燃物在氧气中燃烧实验时，我们都曾感受到这一实验现象——放热现象，而这种现象的发现就是可以通过触摸容器的外壁的发烫来感受的。

方案3：

然而学生在通过触摸的方法来感知物质在溶于水的吸热和放热现象时，还是觉得不够直观，在学生们的心中，更多的实验现象是通过眼睛的观察得出的，因此学生在方案2的基础上又进行了如图4所示的改进。图4的实验过程中，我们能看到当分液漏斗中的水滴到NaOH固体后，烧杯中的玻璃导管冒出气泡（气泡的冒出是由于NaOH固体与水溶解过程中放热引起的）。但是图4中从分液漏斗中滴加入的水后占有一定的空间，所以当分液漏斗中的水滴入的过程中，烧杯中一定也有气泡冒出。所以还需要改进，进而就有了图5和图6两种设计。图5设计中氢氧化钠加入水中由于放热使得气球鼓起来，图6中玻璃导管冒出气泡现象也从侧面说明了氢氧化钠等固体溶于水放出热量。

图4

图5

图6

［提问］比较用温度计测定和上述几种方案，它们的优点和缺点分别是什么？

［回答］利用温度计——可以定量测出温度的变化，测定比较精确，但是方法单一。而利用另几种方法可以粗略判断，但是无法对温度变化较小的溶解现象进行测定。

［思考］同样都是溶解过程，为什么有的吸收热量，有的放出热量？

［分析］物质在溶解于水时温度变化的本质：在溶解过程中发生了两种变化。一种变化是在水分子的作用下，构成物质的分子（或离子）被水分子拆开，并向水中扩散，在扩散的过程中需要吸收热量；另一种是物质的分子（或离子）与水分子相互作用，并结合成了水合分子，在这一过程中则放出热量。对于不同的物质而言，这两种过程中吸收的热量和放出的热量是不一样的，因此溶液的温度会因物质溶解不同，温度发生不同的变化。有的物质在溶解的过程中，扩散过程所要吸收的热量小于水合过程所能放出的热量，最终使得溶液的温度升高，反之溶液的温度则降低。

3.溶解时的吸热或放热现象的本质

扩散——吸热 水合——放热

当Q吸＞Q放：水溶液的温度降低

当Q吸＜Q放：水溶液的温度升高

当Q吸＝Q放：水溶液的温度不变

［课堂小结］本节课同学们通过实验探究法，从定量和定性两个不同的角度认识了物质在水中溶解时的温度变化情况，认知了溶液温度变化的本质。通过再探究再设计再改进，使大家了解了实验探究法在化学学习中重要性，提高了探究新知识的合作精神。

三、教学的几点体会

1.对于溶解时的吸热和放热现象，可以从很多角度进行判断。不论是定量还是定性的判断，都是可以从不同的角度展开。如果给学生的空间更宽一些，学生可以想到更多的方法进行验证和体验。从教学情况来看学生对于这些内容都很容易理解。

2.实验探究教学法有利于激发学生的求知欲和学习兴趣。用实验探究法组织“溶液溶解时吸热和放热现象”的教学，学生始终置身于亲自动手实验和积极思考的学习情境中，感觉到自己智慧的力量，体验快乐，从而激发探究新事物的求知欲和浓厚的学习兴趣。例如，在引导学生分析实验现象之前，让部分学生汇报自己的实验现象及结果，学生表现的都很积极；学生都渴望得到发表自己见解的机会。

3.实验探究法有利于培养学生的观察能力、实验能力和思维能力。用实验探究法组织“溶液溶解时的吸热和放热现象教学活动，是以学生实验为核心的，让学生在系列实验中观察实验现象”，体验溶液溶于水时的热量变化本质，体验研究过程。实验探究法有利于培养科学素质。通过这种教学活动，学生不仅初步了解实验科学探究过程和科学家的工作方法，而且培养了对科学的兴趣，逐步养成实事求是的科学态度，并提高了探究新知识的合作精神。

［1］ 郑长龙等.化学实验教学新视野［M］.北京：高等教育出版社，2003.6