——《化学反应与能量变化》探究性实验教学案例

　　案例背景
　　《化学反应与能量变化》是人教版必修二第六章“化学反应与能量”的第一节内容，以化学反应与热能变化为主要线索，内容完整，主题明确。该部分内容主要引导学生实现“物质具有能量”宏观认识到“物质能量是其体系内物质，所含各种微观粒子的动能和内能综合”微观认识的转变，了解化学反应中的能量变化，其本质就是反应物与生成物之间总能量的差，是旧化学键吸收能量与新化学键形成放出能量的差。
　　案例描述
　　在该教学案例中，教师通过设计相关教学实验，为学生创设探究性实验情境，让学生以小组为单位（3-4人），进行探究实验，参与到实验设计、实验操作、实验观察、实验记录、实验总结各个环节，就实验过程中遇到的问题或现象，大胆质疑和猜想，并在现有知识水平和探索能力基础上，进行合理推测，尝试解释化学变化中的能量变化的原因，并运用方程式以及计算表示化学反应中的能量变化，学习如何从宏观角度和微观角度阐释化学反应中的能量变化以及能量转化形式。
　　教学成果
　　（一）设计实验，动手操作
　　授课时有意对实验探究做了引导，但是学生自主进行探究实验的学习机会严重不足，大部分学生对于高中教材中实验操作的认识任然停留于表面，实验操作经验严重不足。因此在探究性实验教学中，注重让学生小组从实验操作的设计环节入手，按照操作顺序完成探究性实验学习，强调小组成员中的每个学生都能参与到实验操作的各个环节中，从自主实验中积累探究实验的经验，同时从中获得自主探究实验带来的乐趣与成就。“化学反应与能量变化”部分内容可分为“化学反应与热能”、“化学反应与电能”两部分，在第一部分内容中，教师先以生活中燃烧放热的化学反应即甲烷的燃烧放热反应，引入盐酸与镁相关实验。在设计实验的环节，教师为学生强调了化学实验设计的六要素，并要求学生结合要素参考教材6-1的实验内容，教师提出判断能量变化的依据，再集体进行实验设计，在集体讨论完善后，对照实验设计方案，动手进行操作。教师在学生小组实验方案设计完成后进行巡视，对小组实验设计方案进行评价并提出改进意见，就其中暴露出的典型问题在班级范围内强调。学生在按照实验方案进行实验操作时，教师通过巡视观察学生在实验操作中出现的问题，如学生将盐酸倒入试管的动作不规范出现安全风险，或是镁条的用量过大等，对学生的实验操作行为进行纠正。在教学活动中，学生都很积极主动地参与到实验操作中来，整个实验设计和自主操作的环节较为顺畅。
　　（二）观察现象，提出问题
　　在实验操作过程中，小组全体参与实验现象的观察，并由专门同学对组员的观察数据进行总结和记录。由于盐酸与镁反应中应用到了温度计，所以观察结果可以使用量化数据直接显示，学生可通过观察发现该反应过程放出了热量，同样在盐酸与碳酸氢钠的反应中，学生也可直接观察到反应过程吸收了热量，从而对实验反应中的热效应进行了判断。实验操作至此，教师引导学生从宏观角度对实验过程进行描述，并就实验过程邀请学生说一说自己不明白的问题，鼓励学生就实验过程提出自己的疑问，学生提出的问题大多涉及自身的知识盲区，教师在这个过程中，要注意对学生的引导，将学生的问题具体化，如盐酸与镁锭反应为什么温度升高，盐酸与碳酸氢钠的反应为什么温度降低等。在探讨化学反应中的放热和吸热原理时，教师要求学生以小组为单位尝试书写化学反应的方程式，尝试自主进行化学反应微观变化的推测和探索。
　　（三）合理推测，大胆质疑
　　“那么化学反应中放出的能量和吸收的能量来自哪里呢，来自哪个过程呢？”教师以该问题进一步细化学生在观察环节提出的疑问，引导学生关注化学变化中的微观变化，并引入化学键断裂、化学键形成的概念，并让学生通过化学方程式和实验操作前后实验物品的变化推测哪些化学键在化学反应的过程中断裂，哪些化学键在化学反应的过程中形成。学生以小组为单位就上述问题进行讨论，对实验的放热和吸热原理进行合理推测，并在组内和班级范围内，对不同的观点有理有据讨论，大胆质疑，并进行实验验证，实现做与思相结合。最后教师再以铝片与盐酸的反应、氢气与氯气的反应、氢氧化钡与氯化铵等反应为示例，让学生在不做实验的情况下，写出相关化学反应方程式；推测在上述化学反应中，是否发生了吸热或是放热的现象，其吸热、放热都来自哪些化学键的形成和断裂。之后教师为学生引入键能，带领学生列出各化学反应中共价键和相应键能，通过计算得出反应中能量变化的重要依据。最后回归对化学反应中能量变化的描述，即宏观上，是体系内能变化，与环境的能量交换；微观上，是化学反应过程中，化学键的断裂和形成。教师为学生设置小组合作性实验探究任务，从实验设计环节开始，参考教材实验6-8、6-9，尝试探究化学反应中化学能量变化与能量形式的转化，描述实验现象和原理，得出实验结果。从而说明自主探究实验更能体现化学以实验为基础的重要性。
　　评价与反思
　　1.考虑学生的自主实验经验不足，教师应从实验的设计、实验药品的准备、仪器的实验以及安全方面入手，培养学生基本的化学实验能力，从自身学习需求和验证需求出发，设计具体实验方案，提高实验的有效性。在学生对实验设计有掌握基础之后，教师可放手让学生尝试自主设计相似实验，如此次教学案例中盐酸与碳酸氢钠的反应，巩固学生设计实验的思路和能力。
　　2.结合教学实际不难发现，大部分学生通过亲自动手实验进行探究的能力不足，发现问题时无法抓住问题的本质，或是不能将问题细化、具体化，教师应注意在学生进行实验自主探究的过程中进行巡视，发现学生在实验操作中存在的不足，及时给予引导，鼓励学生提出自己的疑问，让学生的关注转移到具体问题，以及针对问题进行的操作验证上来，增强探究效果。
　　3.学生实验操作经验不足，开展实验探究的能力还有提高空间，教师应强调学生在实验探究中的安全问题，避免安全事故的发生。此外涉及危险化学品或是化学反应过程十分剧烈的实验，教师可结合实验模拟软件和动画演示来开展实验探究，又或是设计绿色实验方案，在保证实验探究学习效果的前提下，保证实验安全，提高教学效率，教师可在后期实验探究教学中，为学生提供多元化的教学方案，提高实验探究的趣味性和丰富性，激发学生参与实验探究的兴趣，并通过不同类型实验的操作发展学生透过现象看本质的能力。