自热产品在化学项目式教学中的应用

杨昊语，朱夏绯，林妍君，王宇飞，唐 平

(云南师范大学 化学化工学院,云南 昆明 650000)

2014年9月国务院发布了《关于深化考试招生制度改革的实施意见》，浙沪两地成为首批高考改革试点城市，2017年颁布了新版《普通高中课程标准》[1]。进行高考改革，赋予了学生更多的选择权，更好地尊重人才成长规律。但在实施高考改革的地区调查发现高中生选考化学的比例断崖式下滑，这一现象对基于核心素养培育的化学课堂教学提出了更高要求，教学模式不断更新，项目式教学模式孕育而生[2]。

1 确定项目主题

结合本项目式教学内容，新课标中明确要求学生要能认识物质具有能量、吸热反应与放热反应，了解化学反应体系能量改变与化学键断裂和形成有关[3]。所以本案例结合生活中化学能与热能的应用，确定项目主题为——“自热饭盒的制作”。

2 项目教学目标

本节课最终要求学生能够根据所学化学能与热能的学科知识制作出实际产品，根据化学学科核心素养，制定了如下的教学目标。

1)能辨识吸热反应与放热反应。通过理论学习，初步建立化学能与热能的知识结构网络，从微观层面理解化学键的断裂和形成，会分析宏观物质的能量变化。

2)通过亲身体验自热产品，说出产品中涉及的化学反应，体验化学反应中能量变化的主要表现为热量变化，建立能量守恒思想。

3) 通过体验找出化学反应能量变化证据，建立化学能与热能的转化模型。

4) 通过探究自热袋中药品与水反应时的温度变化，计算温度变化所提供的能量。

5) 通过小组合作，设计制作自热饭盒，形成产品说明书，进行项目过程汇报与交流，认识化学对创造更多物质财富，满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献。

3 项目教学设计与实施

3.1 创设项目教学情境

多媒体放映 “自嗨锅”宣传广告，将学生定位为试吃员，引导学生进行试吃，分类展示市面上自热包成分。

3.2 提出项目问题

1)驱动性问题

为什么在无火无电的情况下能吃上热饭菜？

2)目标问题

① 自热包里发生的主要化学反应是什么？它是放热反应还是吸热反应？

② 根据所提供的键能数据信息从化学键的角度解释化学反应能量变化的实质。

③ 根据所提供的药品与装置，探究发热袋加水后温度变化，体会自热袋释放出的总能量。

④ 如果你们是某自热产品的发热袋生产商，请草拟一份自热袋的产品说明书。

⑤ 构想化学能与热能在其他生产领域的应用，思考化学反应与能量知识的其他应用。

3.3 确定项目任务

整个项目学习过程包括5个任务，每个任务都能帮助学生形成正确价值观念、必备品格与关键能力，是具备完善的知识学习、科学探究、情感价值的教学过程。

【任务一】调查自热产品中发热包里的主要化学药品。

学生任务：①调查市面上常见的自热产品。②观察不同发热袋中的化学药品。③形成调查报告。

学生活动：①从各种渠道了解市面上的自热产品，包括但不限于产品适用对象，月产销量，社会价值等。②用系统分析法，总结自热产品中与化学有关的信息。③整理调查信息，形成调查报告。

教师支持：①提供调查报告模板。②课堂呈现自热产品，实操产品试用。③组织学生分享调查结果。

【任务二】认识自热袋发热原理，学习学科核心知识。

学生任务：①掌握化学能与热能的转化关系。②知道化学键的断裂与形成是能量变化的主要原因。③掌握判断化学反应是吸/放热的方法。④形成学习报告。

学生活动：①感受自热产品化学能转化为热能的过程。②计算出H2与Cl2反应化学键断裂与形成过程所产生的总能量。③画出H2与Cl2反应的能量变化坐标图。④从能量守恒与化学键两个角度解释化学反应的吸/放热现象。⑤形成学习报告。

教师支持：①提供与本节课相关的化学能与热能的学科知识与学习报告模板。②明确化学能与热能之间的转化关系、键能、能量守恒等概念。③引导学生解决3.2中目标问题①、②。④对学习报告进行评价。

【任务三】利用实验室化学药品制作发热包。

学生任务：①小组探究一份发热袋所放出的热量的具体数值。②选取合适的药品制作发热袋。

学生活动：①小组成员分工利用测温装置测量量热计的热容、水与氧化钙反应之后所产生的热量，算出整个反应所放出的总热量。②利用所提供药品、器材制作一份能正常使用的自热袋③完成实验探究报告。

教师支持：①提供实验器材、测量原理、计算公式与实验报告模板，指导实验操作；②引导学生解决3.2中目标问题③；③对实验报告进行评价；④对自热袋实际效果进行评价。

【任务四】设计一份该自热饭盒的使用说明书。

学生任务：①小组合作调查各类发热袋的使用说明；②制作独具特色的产品使用说明书③评价他组设计成果

学生活动：通过各大平台查找总结说明书的必备内容，分工合作设计产品说明书。

教师支持：①提供搜索平台网址、说明书设计标准等；②组织各小组对他组说明书进行评价；③引导学生解决3.2中目标问题④。

【任务五】进行现场展示与汇报。

学生任务：①小组代表展示自制的产品；②评价他组汇报成果

学生活动：①小组组长轮流上台展示产品，讲述设计理念，分享制作过程与学习感触②聆听其他组的汇报，给予评价。

教师支持：①提供化学能与热能在人类社会发展中的应用；②提供多媒体，投影仪等教具；③组织小组轮流上台汇报；④引导学生解决3.2中目标问题⑤。

3.4 项目实施过程

项目实施过程以任务三为例，呈现项目活动过程中师生的关键行为，从行为记录来检验教学实践效果。

【教师提出项目要求】根据所提供的药品与装置，想想一份能正常使用的自热袋所能释放出的总能量是多少？设计探究方案并得出结论。

【学生观点】可以使用温度与比热容之间的关系来进行探究。

Q=cmΔT

【教师提供测量原理】量热计是测定反应热效应常用的仪器，本探究所使用的是普通保温杯来代替量热计，化学反应所产生的热量，除了使反应溶液的温度升高外，还使简易量热计的温度升高，所以要测定反应热，必须先知道溶液的的比热容和量热计的热容，而量热计的热容测定方法：

往盛有一定质量m(g)水(温度T1)的量热计中迅速加入相同质量的热水(温度T2)测得混合后的水温是T3，则：

热水失热=cm(T2-T3)

冷水得热=cm(T3-T1)

量热计=(T3-T1)Cp

根据热量平衡得到：cm(T2-T3)=cm(T3-T1)+(T3-T1)Cp

由此算出量热计的比热容。

【教师提供实验药品、仪器】温度计(0～100 ℃)、保温杯、量筒、烧杯、秒表、分析天平，一个发热袋、足量的氧化钙，水，泡沫塑料塞，吸水纸，无纺布袋，强力胶。

【学生活动】根据提供的实验器材，按实验操作步骤进行探究：

1)准备好保温杯式简易量热计，量取 50 mL 水倒入干净的保温杯，盖好盖子，用双手握住保温杯进行摇动，观测温度，3 min温度不变，记下此时温度。

2)将提前准备好的 50 ℃ 的水迅速倒入保温杯，同样的方法摇动保温杯，每隔 10 s 记录一次温度示数，直到体系温度不再改变。

3)擦拭保温杯至干燥待用。

4)测定发热袋与水的反应热(由于发热袋中以氧化钙为主，则近似等于测定氧化钙与水的反应热)，取足量的水倒入保温杯，记录此时温度T1，记录发热袋的质量m(近似为氧化钙质量)。

5)迅速将发热袋加入到盛有水的保温杯，加入的同时，按动秒表，每隔10 s记录一次温度，当温度升高至最高点时，记下此时温度T2。

【学生活动】进行实验数据处理。

【教师提出任务】制作一个简易发热袋。

【学生观点】需要氧化钙，无纺布，强力胶。

【教师提供药品】足量的氧化钙，无纺布，强力胶。

【学生活动】制作简易发热袋。

【教师评价】提供准备好的空饭盒与时蔬，现场使用制作的发热袋检验其有效性。

【教师总结】在这一任务中，我们通过实验探究学会了测量反应热的方法，相信同学们在制作发热袋以及实际探究感受到了反应所产生的具体热量，对于热化学的知识进行了又一次的巩固，生活中很多现象都与化学有关，所以我们学习化学其实就是在认识生活。

【布置任务】为自热袋设计一份产品说明。

3.5 项目评价规则

该案例根据项目任务评估学生完成的实际作品，从化学信息处理能力、实验与探究能力、知识、产品几个方面进行自评、同伴互评或教师评价。如表1。

表1 评价规则

4 项目教学反思

本节课以“自热饭盒的制作”为项目主题进行课堂教学，传统教学仅以生活情景进行课堂导入，之后仍脱离生活讲述学科核心知识，而本次项目式教学设置的5个项目任务都与实际生产生活有密切的关系，这样的教学过程可强化学生的化学生活化意识，提升化学学科的社会地位，本节课一大亮点是对每个任务都进行了针对性评价，完善课堂的教学评一体化。该教学模式需要教师善用生活素材，对教学过程进行精心设计，设置评价标准进行过程性评价。在较开放的课堂环境下学习更能帮助学生形成学科思维，适应新高考背景下化学选考的实际。