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)

楊俊峰

（江蘇省如皋市白蒲初級中學(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”指的是通過實(shí)驗(yàn)來進(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、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（人民教育出版社）九年級化學(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。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)的思路

1.教師首先通過知識回顧什么是溶液？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，因而木塊掉下來了。

［設(shè)問］為什么會有溫度的變化？

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)際問題，認(rèn)識溶解時(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)?？傮w設(shè)計(jì)思路：

二、教學(xué)過程的設(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）］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)行測定。如果沒有溫度計(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，從而引起集氣瓶內(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)就是可以通過觸摸容器的外壁的發(fā)燙來感受的。

方案3：

然而學(xué)生在通過觸摸的方法來感知物質(zhì)在溶于水的吸熱和放熱現(xiàn)象時(shí)，還是覺得不夠直觀，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，圖6中玻璃導(dǎo)管冒出氣泡現(xiàn)象也從側(cè)面說明了氫氧化鈉等固體溶于水放出熱量。

圖4

圖5

圖6

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

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

［思考］同樣都是溶解過程，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，并向水中擴(kuò)散，在擴(kuò)散的過程中需要吸收熱量；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，在這一過程中則放出熱量。對于不同的物質(zhì)而言，這兩種過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)在溶解的過程中，擴(kuò)散過程所要吸收的熱量小于水合過程所能放出的熱量，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)們通過實(shí)驗(yàn)探究法，從定量和定性兩個(gè)不同的角度認(rèn)識了物質(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，提高了探究新知識的合作精神。

三、教學(xué)的幾點(diǎn)體會

1.對于溶解時(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。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)情況來看學(xué)生對于這些內(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，感覺到自己智慧的力量，體驗(yàn)快樂，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)表自己見解的機(jī)會。

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)研究過程。實(shí)驗(yàn)探究法有利于培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)。通過這種教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生不僅初步了解實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究過程和科學(xué)家的工作方法，而且培養(yǎng)了對科學(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的合作精神。

［1］ 鄭長龍等.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