基于深度学习的高中化学教学

一、案例背景

“化学反应与能量变化”的内容是建立化学知识体系的关键，能够帮助学生将各部分知识融会贯通，形成完整的知识网络。在学习本节内容的过程中，学生将有机会参与多元化的教学活动，亲身体验能量转化，更深入地理解转化原理。新课标强调了从生活实际出发，通过观察、比较、分析的方法，使学生更好地掌握和应用本节知识。教师作为教学活动的组织者、引导者，应以新课标为导向，立足深度学习视域，衔接多样化的教学手段，组织学生在实践中掌握知识，体验从理论到实践、再从实践到理论的认知过程，以此引导学生多维度、多层面理解化学原理，将理论知识与实际应用相结合，走进更广阔、绚丽、多彩的化学世界，达成深度学习的目标。

二、案例描述

（一）趣味导入

师：同学们，请大家观看一段火灾的视频。发生火灾的原因是什么呢？

（教师播放火灾视频）

生：发生火灾的原因之一是可燃物与氧气接触，发生了剧烈的氧化还原反应，释放出大量热能。

师：很好，那燃烧过程中发生了什么变化呢？

生：燃烧过程中会释放出能量，表现为热量释放。

师：你说得对。那么，所有的化学反应都会释放热量吗？

生：不是，有些反应会吸收热量。

师：很好，今天我们将深入探讨化学反应中的能量变化，特别是吸热反应和放热反应的本质。

（二）实验探索

师：同學们，今天我们要进行两个有趣的实验。首先，我们进行的实验是教材中图6-1提到的盐酸与镁反应前后溶液的温度变化。接下来，请同学们以小组为单位展开实验。具体见表1。

（教师科学划分小组，学生进行实验）

（学生实验，教师巡视）

师：大家注意观察实验现象，并记录溶液温度的变化。同学们有观察到哪些现象吗？

生A：老师，我看到镁条放入试管后，有大量气泡产生，溶液温度也升高了。

师：非常好。接下来，我们进行教材中图6-2提到的化学反应吸热使烧杯与木片间的水凝结成冰的实验。具体见表2。

师：根据上述实验，请大家回顾一下这两个实验，并思考以下问题：（1）实验6-1和实验6-2中，反应前后的温度变化说明了什么？（2）化学反应中通常会伴随能量的变化，那么，如何判断一个化学反应是吸热反应还是放热反应呢？

生：实验6-1中，镁条与盐酸反应的过程中，有大量气泡产生，溶液温度升高，所以这个反应是放热反应。

生：实验6-2中，氢氧化钡与氯化铵反应的过程中，有大量水蒸气产生，烧杯与木片之间的水凝结成冰，所以这个反应是吸热反应。

师：非常好，同学们已经抓住了实验现象的关键点。那么我们该如何判断一个化学反应是吸热反应还是放热反应呢？

生：化学反应中通常会伴随能量的变化，有的反应会释放热量，有的反应会吸收热量。我们是不是可以通过测量反应过程中的温度变化来判断化学反应是吸热反应还是放热反应呢？

师：是的，我们可以根据反应过程中的温度变化来判断化学反应是吸热反应还是放热反应。如果温度升高，那么反应就是放热反应;如果温度降低，那么反应就是吸热反应。

生：老师，那我们能不能说化学反应都伴随能量的变化呢？

师：是的。化学反应中通常会伴随能量的变化。接下来，请大家思考一个问题：为什么有的化学反应释放热量，有的化学反应吸收热量？

生：老师，是不是因为化学反应中化学键的断裂和形成所导致的？

师：这个问题问得很好。判断化学反应中化学键断裂和形成所导致的能量变化，可以通过键能来进行分析。键能是指破坏1 mol化学键所需的能量，通常是指气体分子中的键能。在化学反应中，化学键断裂时需要吸收能量，而化学键形成时则会释放能量。因此，我们可以通过比较反应物和生成物中化学键的键能大小，来判断化学反应过程中释放的能量和吸收的能量之间的关系。

例如，在镁条与盐酸反应的过程中，镁原子与氯原子之间形成化学键（氯化镁分子中的化学键），会释放出能量;而氢原子与氧原子之间形成化学键（水分子中的化学键），也会释放出能量。因此，在这个反应中，释放的能量多于吸收的能量，所以镁条与盐酸反应是一个放热反应。又如，在氢氧化钡与氯化铵的反应过程中，钡原子与氧原子之间形成化学键（氧化钡分子中的化学键），会吸收能量;而氮原子与氢原子之间形成化学键（氨分子中的化学键），也会吸收能量。因此，在这个反应中，吸收的能量多于释放的能量，所以氢氧化钡与氯化铵反应是一个吸热反应。

教师小结：通过以上分析，我们可以得出结论：化学反应的吸热和放热性质取决于化学反应过程中化学键断裂和形成所导致的能量变化。如果释放的能量多于吸收的能量，那么反应就是放热反应;如果吸收的能量多于释放的能量，那么反应就是吸热反应。

（三）化学反应与能源利用

师：同学们知道人类利用化学反应始于什么吗？

生：始于火的发现。

师：没错。早期以树枝、杂草为主要能源，那么现代社会的能源有哪些呢？

生：煤、石油和天然气……

师：回答得很对。化石燃料的燃烧过程中会释放出大量的能量，包括热能和光能。以煤炭为例，煤炭燃烧时，其中的碳元素与氧气发生反应，生成二氧化碳并释放出热量。这个过程可以给我们提供生活和生产所需的能量。同学们觉得这会对我们的环境造成影响吗？

生：化石燃料的燃烧会对环境有很大影响。比如，煤炭燃烧会产生烟尘、硫氧化物和氮氧化物等污染物，对大气造成严重污染。另外，化石燃料的燃烧还会排放大量的二氧化碳，导致温室效应加剧，对全球气候产生不良影响。

师：那我们该怎么办呢？如何解决这些问题？

生：解决这个问题的关键在于能源结构的调整和污染物排放的控制。我们可以发展清洁能源来替代化石燃料，如太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。

生：我们还可以通过技术手段减少化石燃料燃烧产生的污染物，如采用脱硫脱硝技术来去除烟气中的硫氧化物和氮氧化物。

师：那大家还知道哪些新能源呢？

（学生分组讨论）

生：太阳能是太阳内部核聚变反应释放出的巨大能量，我们可以通过太阳能电池板将太阳能转化为电能。

生：风能是空气流动所产生的动能，通过风力发电机可以将风能转化为电能。

师：没错，新能源是未来能源发展的新方向。我们要加强新能源的开发，有效地利用能源，实现可持续发展。

（四）总结和作业布置

师：同学们，现在我们来回顾一下本节课的内容。首先，我们通过实验了解了化学反应和能量的变化，了解了放热反应和吸热反应，接着，探讨了不同时期人类利用化学反应中的能源变化，继而探讨了化石燃料燃烧对环境的影响，以及如何通过发展新能源和减少污染物排放来解决这些问题。最后，我们讨论了如何有效地利用能源，實现可持续发展。希望同学们通过学习，能对化学反应与能源利用有更深入的了解，在今后的生活中，能珍惜能源，保护环境，为我们的美好家园贡献自己的力量。

师：今天的作业如下：（1）查阅资料，了解一种新能源的特点和利用方式。（2）选做：设计一则关于节能减排的公益广告。希望大家通过完成作业，加深对能源问题的理解和认识。

三、案例反思

本节课的主要内容是化学反应中的能量变化，特别是吸热反应和放热反应的本质。通过实验探索和案例分析，让学生了解化学反应中能量的变化规律，以及如何判断一个化学反应是吸热反应还是放热反应。同时，引导学生思考化学反应与能源利用的关系，以及如何有效利用能源实现可持续发展。

本节课采用了多种教学方法，包括实验探索、案例分析、小组讨论等，使学生在多种教学活动中积极参与，提高了学生的学习兴趣和主动性，达到了深度学习的目标。在实验探索环节，学生通过观察实验现象，了解了镁条与盐酸反应是放热反应，氢氧化钡与氯化铵反应是吸热反应。实验过程中，学生积极参与，观察到了实验现象，达到了预期的教学效果。在案例分析环节，学生通过分析实验现象和温度变化，掌握了判断一个化学反应是吸热反应还是放热反应的方法。在小组讨论环节，学生积极参与讨论，分享了自己的观点和想法，了解到了化学反应与能源利用的关系，提高了对能源问题的认识。

总体来说，本节课的教学效果较好，学生在学习过程中积极参与，达到了预期的教学目标。但在教学过程中还存在一些不足，需要在今后的教学中加以改进：（1）在实验探索环节中，部分学生因为对实验操作不够熟练，导致实验结果的准确性受到影响。为了解决这个问题，我会在以后的教学中增加实验操作的指导和演示，以帮助学生提高实验操作能力。通过详细的演示和指导，学生可以更好地掌握实验技巧，从而提高实验结果的可靠性。（2）在案例分析环节，部分学生对化学反应中能量变化的原理理解不够深入。基于此，我会在课堂上详细阐述能量变化的原理，并通过具体的例子帮助学生理解。这样，学生就能更好地掌握化学反应中的能量变化规律，从而提高他们分析案例的能力。（3）在小组讨论环节，部分学生参与度不高，发言较少。为了解决这个问题，我可以适当引导和鼓励学生发言，提高他们的参与度。比如，通过提出有挑战性的问题来激发学生的思考，鼓励他们表达自己的观点。又或者对小组讨论的过程进行有效的掌控，确保每个学生都有机会发表自己的看法。

总之，通过本节课的教学，学生对化学反应中能量变化规律有了更深入的了解，对能源问题有了更多元的认识，实现了深度学习。在今后的教学中，我还应该不断总结教学经验，改进教学方法，提高教学质量，为学生的成长和发展提供更好的教育环境，引导学生走进更深入、绚丽、广阔的化学世界。

（作者单位：陕西省安康市汉滨区汉滨高级中学）

编辑：赵文静

作者简介：杜小杰（1980—），男，陕西安康人，本科，一级教师，研究方向：高中化学教学。