王新文

摘? ? 要：依照《普通高中化學課程標準（2017年版）》要求，分析“化學能與熱能”教材應有特點可知，“化學能與熱能”是化學反應規(guī)律主題中相對獨立完整的內容，要符合培育化學核心素養(yǎng)須有“整體觀”的教學要求，須以課程標準相關教學實施建議為指導，以學生的化學宏微結合、三重表征、證據推理及模型認知等深度思維能力和反應觀念的落實為核心，以能量為大概念，以鎂和稀鹽酸反應放熱實驗為案例，以“教學評”為教學實踐，對反應從內因與外因、質變與量變方面構建起結構化認識，深化對物質性質與反應的關聯(lián)。

關鍵詞：化學核心素養(yǎng);一體化;深度學習

一、認識課程內容

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“《課標（2017版）》”）中必修課程內容[1]18表明“化學反應規(guī)律”主題包括“化學反應的限度和快慢”與“化學反應與能量轉化”兩部分內容，“化學能與熱能”和“原電池”依舊是化學反應與能量轉化的核心內容。但“化學能與熱能”部分相比《課標（實驗）》的表述已有很大不同，見表1所示。

《課標（2017版）》緊扣中學化學的研究核心——物質及其變化，采取了基于物質能量屬性認知反應規(guī)律的表述方式，使得層級清晰且知識結構良好，并強調反應的觀念知識是教學的核心，如“中和熱的測定”知識就被必修教材舍棄。結合現(xiàn)有教學可看出，本節(jié)是“化學能與電能”的學習基礎，“化學能與電能”是基于本節(jié)建立的反應中能量轉化觀念和規(guī)律，實驗探究了化學能直接轉化為電能的裝置。本主題在高中課程的學習進階為，[進階1]化學反應與能量變化→[進階2]化學能與電能相互轉化的途徑與方法（含鹽橋電池、電解等）→[進階3]體系平衡狀態(tài)的能量特征→[進階4]利用蓋斯定律計算反應熱及反應熱的實驗測定。為學生落實變化觀念，課標建議使用豐富的學習活動/素材，凸現(xiàn)了對知識基于學生問題解決與體驗的自主建構過程。其提及的素材并非“全新”的，情境素材中的“生物質能”，現(xiàn)行教材是以“情境型習題”介紹的;能源的選擇是通過“計算型習題”感悟的;化學變化中的能量守恒是借以“計算型習題”深化的。課標內容預示著本節(jié)內容應為一課時，為此，可以將課上課下和線上線下相結合以落實《課標（2017版）》的意圖。

落實“教學策略”的關鍵在于確定“重要知識是什么”“重要知識的價值體現(xiàn)在哪里”等問題。依照美國科學框架提出的科學主題和《課標（2017版）》前言[1]4提出的“大概念”來看，“能量”這一跨學科界限的、共通的科學主題是本節(jié)核心，圍繞能量的來源、轉化等發(fā)展學生化學認知。也正因其跨學科特征，學生在化學之前已有對能量的體驗，也就無需嚴格界定“能量”，只需基于能量發(fā)展學生分析化學變化的思維與觀念。從知識隸屬關系來看，本節(jié)內容屬于化學熱力學的范疇，所以發(fā)展學生從能量視角認識化學變化的現(xiàn)象和規(guī)律是必修教學的核心，教學應幫助學生發(fā)展從能量認識化學反應的基本角度，形成對反應及物質的基本觀念。依據熱力學，反應物和生成物的宏觀的總能量是反應熱效應的根本，化學鍵的斷裂與生成是熱效應產生的微觀主因。依學科實際而言，反應熱通常是實驗測定為主，因而必修根本不必教授從理論上（鍵能）計算反應熱?？傮w看來，必修和選擇性必修內容界限是分明的，而厘清它們之間的界限，是以防出現(xiàn)跨越內容“邊界”的現(xiàn)象。

二、教學難點分析

難點1，“能量”既抽象且使用場域多變，學生容易產生“迷思認識”。如“生物學科說‘ATP斷裂化學鍵要放出熱量”，這不是與“化學鍵斷裂吸收能量”相悖嗎。其實，生物學科中所謂“斷裂高能磷酸鍵放熱”實際上指的是“ATP→ADP+能量”這一完整反應放熱，與化學學科“化學鍵斷裂”所指并不一致。各學科對能量的基本理解不盡相同，生物學科能量和生命現(xiàn)象、營養(yǎng)物質相聯(lián)系，物理學科重在研究能量和功的轉化，化學學科是將能量與能源相呼應。建立物質具有化學能的觀念是化學能量觀的基礎認知，而理解抽象的“化學能”需基于“化學鍵”核心概念的認知功能。

難點2，學生如何自主建構化學反應過程“能量守恒”的學科觀念。物理學科通過證明建立了機械能守恒理論，化學學科是難以證明化學反應中的能量守恒的，就需以考究的“證據”推動學生建構。本節(jié)教學中以“高處的水流釋放能量流向低處”過渡到放熱反應，有兩處易引起學生的“錯覺”，一是水從高處流向低處具有自發(fā)性，學生會認為放熱反應就可以自發(fā)進行;二是“釋放”是因為低處水流的能量低，實際上“高處的水的重力勢能轉化為了低處的水的動能”，它們的能量守恒。

難點3，本節(jié)教學需要著重培育哪些化學核心素養(yǎng)。反應既是化學的研究對象，也是探究物質性質實現(xiàn)物質轉化的方法，從“能量”角度認識反應是化學用于解釋解決社會問題的核心之一，變化觀念與平衡思想、實驗探究化學反應的熱效應、“能量-反應過程”圖式、“熱效應”現(xiàn)象的“微觀”解釋、“能量守恒”原理的推理論證等都是本節(jié)需要著重考慮的素養(yǎng)。

三、教學主要環(huán)節(jié)

[引入]“火”的出現(xiàn)是人類文明發(fā)展的里程碑。請舉例陳述其出現(xiàn)的劃時代意義。

小結：

[活動1]探索：化學反應會引起熱量變化嗎？

1.除了燃燒，還有化學反應引起熱量變化的其他案例嗎？熱能與熱量有何不同？

2.實驗探究：鎂和稀鹽酸、氯化銨和氫氧化鋇晶體反應中的熱量變化。

主要小結：⑴ 如表2所示。

⑵ 化學反應中熱量變化的有兩種表現(xiàn)：吸熱和放熱。

⑶ 熱量變化分析：

[活動2]討論：化學反應的基本特征是什么？

1.能量有哪些常見形式？2.化學反應中能量變化最普遍的形式是什么？3.化學反應中的物質變化和能量變化的關系是什么？4.吸熱反應一定需要加熱嗎？放熱反應一定不需要加熱或點燃嗎？

[活動3]知識建構：以“鎂和稀鹽酸”為例，解決：⑴反應為何會放熱？⑵反應中熱量變化的微觀主因是什么？⑶放出的熱量來自“誰”？

對于⑴，鎂和稀鹽酸反應能對環(huán)境“釋放”能量，如果能夠釋放足夠的能量就能夠“煮熟”一個雞蛋，這是不是類似于水流發(fā)電呢。請陳述水流發(fā)電的原理，并畫圖指出該反應放熱的原因。

小結：

注意：曲線②③在解決問題⑶時補畫出。

⑴反應過程指從? ? ? ? 到? ? ? ?的過程;

⑵在圖中標出該反應放出的熱量;

⑶曲線①能概括“這類”反應發(fā)生的路徑嗎？

⑷結合圖式指出討論Σ（反）、Σ（生）、ΔH之間的關系。

對于⑵，采取以下圖所示問題引導方式進行解決。

小結：化學反應中熱量變化的微觀主因是化學鍵的斷裂和生成。

對于⑶，鎂和稀鹽酸以“熱能”的形式向環(huán)境釋放了能量，該過程中能量守恒（即能量不可能憑空產生或憑空消失，只會從一種形式轉化成另一種形式），熱能是哪種能量形式轉化而來呢？

小結：我們把化學反應產生的轉向其他能量形式的能量叫做“化學能”。反應與能量轉化的關系如圖所示。

[學習評價1]以教材習題為依托，以實際問題解決為目標，提高運用“能量-反應”模型解決相關問題的水平，并初步掌握從能量視角表征化學反應的基本符號，能夠初步根據化學方程式的意義建立能量和質量的等介關系并進行簡單計算。同時也為選修化學同學完成知識的鋪墊。

[活動4]回顧整理認識化學反應的角度，建立放熱反應和其他反應間的關系（P37習題4）。

[活動5]討論：閱讀能源利用的三個階段，談談化學反應在實現(xiàn)能量轉化中應秉持的常識。

小結：

[學習評價2] 建立從能量角度認識物質性質的思維方式，發(fā)展從不同層次認識物質的多樣性。也將元素性質、物質穩(wěn)定性及能量進行有效概括關聯(lián)，形成基于能量的初步認知能力。

[學習評價3]1.利用網絡，做出關于“生物質能”的卡片并對其發(fā)展現(xiàn)狀及前景進行論述。2.利用網絡，結合化學反應在科技、生產中提供能量的案例，闡述選擇該反應背景、現(xiàn)狀及前景。作業(yè)以展板的形式擇優(yōu)在班級間展出。

《課標（2017年版）》在“教學與評價建議”中提倡課堂教學應積極實踐以“教學評”一體化促進學生化學核心素養(yǎng)發(fā)展 [1]74，應注意發(fā)揮課堂練習和課后作業(yè)對于學生化學核心素養(yǎng)的診斷與發(fā)展功能[1]75。本教學在從能量視角研究化學反應的意義，反應中能量轉化的微觀原因及規(guī)律，反應中熱量轉化的探究與利用，以及如何從能量角度看待物質及其變化等過程中，采取以問題導向以練習深化的課堂活動，促使學生以鎂和稀鹽酸反應放熱為案例，從宏觀與微觀相結合的視角運用探究與推理、抽象與概括、假設與建模的思維方式，對反應從內因與外因、質變與量變進行全面分析并構建起結構化認識，形成了依據方程式、鍵能及能量-反應模型計算反應熱的思維框架，達成對物質及變化的規(guī)律性認識，并不斷將新的知識通過學習評價進行檢驗，通過教學評為板塊向前推進。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）.北京：人民教育出版社，2018：74.