基于思维模型建构“化学反应与热能”的教学研究

吕玲秀

摘要：本文以“化学反应与热能”的教学为例，在教学过程中以学习模型、理解模型、应用模型、分析模型、评价模型、和创建模型六个认知过程维度来培养学生“模型认知”的化学核心素养。

关键词：模型建构;化学反应与热能;核心素养

中图分类号：A 文献标识码：A 文章编号：（2021）-24-430

一、指导思想和理论依据

《普通高中化学课程标准（2017年版）》[1]（下称“新课标”）中提出化学学科核心素养。其中模型认知是重要的核心素养，是反应事物本质属性和各关键要素关系的思维过程，能够帮助学生解释化学现象，揭示现象背后的本质与规律，为解决类似问题提供范式[2]。

化学反应与热能是新课标中必修课程主题3第4节的内容，内容要求是认识物质具有能量，认识吸热反应与放热反应，了解化学反应体系能量的改变与化学键的断裂和形成有关。知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化[3]。

二、教学实施与目的分析

环节一：学习模型

[问题1.1]我们已经在初中学习了很多物质的燃烧、以及中和反应，也知道它们是放热反应。回忆一下我们学过的哪些反应是吸热反应吗？

[学生活动1.1]小组讨论，回答：大理石分解等。

[设计意图1.1]回忆，通过教师提问，学生思考讨论，回忆初中已经学过的吸热反应，激发学生学习本节内容的兴趣。

环节二：理解模型

[讲述2.1]我們已经学过很多的化学反应，知道化学变化是伴随能量变化的。有一些反应是放热反应，有些反应是吸热反应，因此，必须理解没有能量变化的化学反应是不存在的。

[设计意图2.1]解释，通过老师解释，引导学生理解化学变化总是伴随能量变化的思维模型。

[教师活动2.1]下面请进行课堂实验，分组进行，每一组同学做一个实验。在实验的过程中，注意观察每一个反应能量的变化情况。

[学生活动2.1]各小组进行实验，具体的实验如下：

小组一：镁条燃烧实验

小组二：氢气和氯气实验

小组三：盐酸与氢氧化钠

小组四：大理石分解实验

小组五：Ba（OH）2.8H2O与NH4Cl晶体混合

小组六：碳酸氢钠和盐酸反应

[教师活动2.2]通过分组实验，对实验的现象的观察，然后按照放热反应与吸热反应对化学反应进行分类。总结与归纳，得出结论是大部分化合反应与酸碱中和为放热反应，大部分分解反应是吸热反应。

[设计意图2.2]分类，通过学生们分组进行实验，全班同学进行讨论，依据吸热还是放热对化学变化进行分类。在对化学反应按照放热与吸热分类过程中，理解化学反应总是伴随能量变化。

环节三：应用模型

[问题3.1]请同学们认真阅读练习题，运用刚才学习的化学变化中的能量变化的模型，选出正确答案。

[学生活动3.1]认真审题，根据化学变化中的生成物与反应物能量大小关系选出正确答案。

[设计意图3.1]运用，学生们在选择正确答案时，运用模型中要素的关系，做出正确的选择。通过此环节，帮助学生运用模型解决不熟悉的任务，也促进了学生对能量的理解。

环节四：分析模型

[教师活动4.1]同学们，我们已经知道了化学变化总是伴随能量变化，但是对于放热反应中能量变化放出能量的多少对产物稳定性的影响，我们还不了解。下面我们就一起来探究一下这个重要的问题。

[问题4.1]同学们，1molH2与O2、S分别发生反应，相同条件下，生成1mol的水蒸气和1mol硫化氢，放出热量是不一样的。其中1molH2与O2反应放出241.8kJ的热量，1molH2与S反应放出20.1kJ的热量.请同学们讨论一下，在发生化学变化时，产物的稳定性与反应结束时放出热量的关系。

[学生活动4.1]讨论、归纳并回答：根据1molH2与O2、S分别发生反应，生成1mol的水蒸气和1mol硫化氢，放出不同的热量，再结合水的稳定性大于硫化氢，归纳得出生成相同物质的量的产物，放出的能量越多，物质的稳定性越高的结论。

[设计意图4.1]归因，引导学生归纳得出物质稳定性与放出热量的关系。学生在分析原因后，老师给出正确的结论。有利于学生把正确的结论迁移到以后相似的情境中。同时，与有助于学生理解物质稳定性与化学反应中的热效应之间的关系。

环节五：评价模型

[教师活动5.1]请同学们仔细分析一下相同物质的量与相同质量的甲烷、乙炔、丁烷和酒精燃烧产生的热量的大小关系。

[学生活动5.1]讨论、归纳并回答：相同质量的甲烷、乙炔、丁烷和酒精燃烧产生的热量，甲烷>乙炔>丁烷>酒精;相同物质的量的甲烷、乙炔、丁烷和酒精燃烧产生的热量，甲烷<乙炔<丁烷<酒精。

[设计意图5.1]学生们评论相同物质的量与相同质量的四种物质燃烧产生的热量，理解化学变化中总是伴随能量变化。

环节六：创建模型

[讲述]我们已经知道了化学变化总是伴随能量变化的事实。如果一个方程式能表示化学反应的能量变化情况，那么这样的方程式就是热化学方程式。热化学方程式怎么书写呢？有什么书写原则吗？首先，热化学方程式是表示能量变化的方程式，那么在书写吸热的方程式时，在方程式后面减去吸收的能量;同样，对于放热的化学反应，在书写热化学方程式时，在后面要加上放出的能量。其次，热化学方程式前面的系数表示各反应物与产物的物质的量，因此物质的量不同，吸收与放出的热量是不一样的。最后，由于物质状态不同，所含的能量不同，所以在书写热化学方程式时一定得注明反应物与产物的状态。

[问题6.1]在室温条件下，1mol甲烷与氧气燃烧，产生二氧化碳与水，放出的热量是890.3kJ。请大家书写热化学方程式

[学生活动6.1]学生书写热化学方程式，然后小组讨论，在黑板上呈现小组建构的热化学方程式的模型。

[设计意图6.1]建构，教师讲解书写热化学方程式的三条原则，说明每条原则的原因。通过列举些学生熟悉的方程式，帮助学生理解。同时，呈现熟悉的方程式和对应的条件，引导学生建构热化学方程式。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2020：2-6

[2]左正权.促进高中生化学模型认知的教学设计研究[D].上海：上海师范大学，2020.

[3]张晓红，柳军法.高中化学核心素养的培养.教育实践与研究（B）[J]. 2018（09）：37-40.