融合學(xué)科邏輯和學(xué)生認(rèn)知邏輯的“熱化學(xué)”單元教學(xué)研究

摘要：?jiǎn)卧虒W(xué)邏輯的建構(gòu)既要關(guān)注學(xué)科邏輯又要兼顧學(xué)生認(rèn)知邏輯。以選擇性必修“熱化學(xué)”內(nèi)容為例，基于學(xué)科視角抽提了“熱化學(xué)”特征的思維方式、建構(gòu)了具有實(shí)質(zhì)聯(lián)系的學(xué)科內(nèi)容體系；基于學(xué)生視角分析了“熱化學(xué)”學(xué)習(xí)進(jìn)階路徑、提取了關(guān)注學(xué)生認(rèn)知的內(nèi)容組織形式。在平衡“學(xué)科”和“學(xué)生”的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了促進(jìn)學(xué)生學(xué)科理解的選擇性必修“熱化學(xué)”單元教學(xué)邏輯和核心問題，取得了較好的教學(xué)效果。關(guān)鍵詞：

熱化學(xué)；學(xué)科邏輯；學(xué)生認(rèn)知邏輯；單元教學(xué)；化學(xué)學(xué)科理解1研究概述1.1問題提出“化學(xué)反應(yīng)與能量”主題是中學(xué)化學(xué)的核心內(nèi)容，涉及化學(xué)熱力學(xué)?；瘜W(xué)熱力學(xué)專門研究能量相互轉(zhuǎn)化過程中所遵循的規(guī)律，熱力學(xué)第一定律的主要內(nèi)容即為能量守恒定律，將熱力學(xué)第一定律具體應(yīng)用到化學(xué)反應(yīng)中，用實(shí)驗(yàn)或理論方法研究化學(xué)反應(yīng)的熱量變化，進(jìn)而解釋與預(yù)測(cè)一些化學(xué)現(xiàn)象的化學(xué)分支又被稱為“熱化學(xué)”。[1]以魯科版教材為例，熱化學(xué)內(nèi)容主要編排于必修第二冊(cè)“化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化”和選擇性必修1“化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)”等章節(jié)。之所以選擇這部分內(nèi)容作為研究對(duì)象源于以下原因：課程設(shè)計(jì)方面，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“高中新課標(biāo)”）熱化學(xué)部分變化較大，引入了“體系、環(huán)境、內(nèi)能等視角，引入上述視角的原因何在？上述概念在學(xué)科體系中的學(xué)科功能如何及其在教學(xué)中如何處理等問題亟待回答；教學(xué)實(shí)踐方面，這部分內(nèi)容高考占比小，主要涉及蓋斯定律的相關(guān)計(jì)算，教學(xué)中基本是強(qiáng)化計(jì)算技巧，使得學(xué)生只會(huì)機(jī)械利用類似數(shù)學(xué)消元法對(duì)方程式進(jìn)行加減，而不能說明加減背后的學(xué)科思想；[2]教師學(xué)科理解方面，諸如“有了內(nèi)能為什么還要引入焓、化學(xué)能與內(nèi)能是何關(guān)系、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化都是化學(xué)能貢獻(xiàn)的嗎？”等問題還困擾著不少教師。1.2研究路徑為解決上述問題，一方面需從學(xué)科視角厘清熱化學(xué)相關(guān)概念的內(nèi)涵及聯(lián)系，抽提熱化學(xué)蘊(yùn)含的學(xué)科思維，從而幫助教師從學(xué)科視角駕馭所教內(nèi)容；另一方面需研究學(xué)生的認(rèn)知邏輯，把握概念在不同學(xué)段的深、廣度，明確概念與學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的關(guān)系，合理選擇教學(xué)策略進(jìn)行教學(xué)。因此課堂教學(xué)的推進(jìn)既要考慮教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在邏輯，又要符合學(xué)生接受知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律。學(xué)科邏輯偏重于“學(xué)什么”，學(xué)生認(rèn)知邏輯偏重于“如何學(xué)”，本研究試圖將二者有機(jī)融合，建構(gòu)既能外顯學(xué)科思維又能順應(yīng)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的單元教學(xué)邏輯，研究路徑如圖1。梳理熱化學(xué)發(fā)展歷程，與之相關(guān)的史實(shí)如表1。可以發(fā)現(xiàn)，熱化學(xué)研究方法凸顯定量思維、宏微結(jié)合，解決實(shí)際問題的過程注重設(shè)計(jì)思想。具體來說，熱化學(xué)研究是基于生產(chǎn)需要在測(cè)定和計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱的過程中發(fā)展起來的，通過定量計(jì)算來認(rèn)識(shí)宏觀體系的能量變化規(guī)律是熱化學(xué)研究的一大特點(diǎn)，包括實(shí)驗(yàn)精確測(cè)定反應(yīng)熱、結(jié)合鍵能數(shù)據(jù)理論計(jì)算反應(yīng)熱等，都體現(xiàn)了熱化學(xué)研究注重定量思維。在獲得大量反應(yīng)熱數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到體系的能量變化與反應(yīng)途徑無關(guān)，只與體系在一定條件下的狀態(tài)有關(guān)，形成了“狀態(tài)函數(shù)”的概念，因此可根據(jù)研究需要任意設(shè)計(jì)不同狀態(tài)所經(jīng)歷的過程，而蓋斯定律正是狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)的必然體現(xiàn)，這體現(xiàn)了熱力學(xué)研究的設(shè)計(jì)思想。隨著化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，科學(xué)家逐步認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)的能量變化與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，如用熱效應(yīng)表征物質(zhì)的穩(wěn)定性、預(yù)測(cè)物質(zhì)內(nèi)部微粒間結(jié)合力的強(qiáng)弱，體現(xiàn)了“宏微結(jié)合”的學(xué)科思想；同時(shí)在化學(xué)反應(yīng)層面，建立了熱化學(xué)與反應(yīng)方向的聯(lián)系，利用熱效應(yīng)判斷反應(yīng)方向，體現(xiàn)了熱化學(xué)理論的解釋預(yù)測(cè)功能等。2.2學(xué)科內(nèi)容體系的建構(gòu)熱化學(xué)內(nèi)容主要包括熱力學(xué)研究對(duì)象、熱力學(xué)函數(shù)與條件、反應(yīng)熱測(cè)定和計(jì)算、熱化學(xué)方程式、熱效應(yīng)的表現(xiàn)形式等。其中基于“體系”和“環(huán)境”認(rèn)識(shí)研究對(duì)象，是熱力學(xué)解決問題的出發(fā)點(diǎn)，如高中反應(yīng)熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)只有區(qū)分了體系與環(huán)境，才能理解“為什么反應(yīng)熱概念規(guī)定反應(yīng)前后始終態(tài)溫度要相同，而實(shí)驗(yàn)卻能基于反應(yīng)前后溫度差計(jì)算反應(yīng)熱？”原因就在于根據(jù)研究需要選擇了合適的體系與環(huán)境（將H+

和OH-

及生成的H2O為體系，將不參加反應(yīng)的Na+、Cl-

以及作為溶劑的水視為環(huán)境）。與熱化學(xué)有關(guān)的熱力學(xué)函數(shù)主要包括內(nèi)能（U）和焓（H），內(nèi)能是體系內(nèi)部能量的總和，包括分子動(dòng)能，分子間相互作用的勢(shì)能，以及分子內(nèi)部各種粒子（如電子、原子核及原子核內(nèi)的各種粒子等）的動(dòng)能和它們相互作用的勢(shì)能等，因此體系能量變化的實(shí)質(zhì)就是內(nèi)能的變化。但對(duì)于化學(xué)反應(yīng)體系來說，其實(shí)質(zhì)是化學(xué)鍵的變化，基于鍵能變化所引起的能量變化反映了化學(xué)反應(yīng)體系能量變化的特殊性，對(duì)這種特殊的能量變化形式，在化學(xué)上用化學(xué)能來表征。任何化學(xué)物質(zhì)都有相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，幾乎都存在由于原子間相互作用而形成的化學(xué)鍵，這種原子間的勢(shì)能（鍵能）即為儲(chǔ)存的化學(xué)能，它只有在化學(xué)反應(yīng)中才表現(xiàn)出來。[7-9]由于化學(xué)能不是物質(zhì)的基本能量屬性，不同專家對(duì)要不要給“化學(xué)能”定義、怎么下定義，看法不盡相同，但化學(xué)能作為認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中能量變化的特質(zhì)化視角，需要厘清其與內(nèi)能的關(guān)系。從微觀化學(xué)鍵視角分析化學(xué)能主要是由原子間相互作用勢(shì)能的變化而表現(xiàn)出來的，[10]為凸顯熱化學(xué)宏微結(jié)合的思想，將化學(xué)能理解為內(nèi)能中原子間相互作用的勢(shì)能，符合學(xué)生認(rèn)知水平，也有助于理解內(nèi)能與化學(xué)能的關(guān)系。當(dāng)然化學(xué)反應(yīng)的能量變化除了由化學(xué)能變化引起還可由“分子之間相互作用的勢(shì)能”變化引起，如氣態(tài)水變成液態(tài)水的相變能（汽化熱）等。為什么有了內(nèi)能還要引入焓？根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q+W，當(dāng)反應(yīng)體系處于等容條件下不做體積功時(shí)（不考慮非體積功）Q=ΔU，等容熱效應(yīng)即為內(nèi)能的變化；但很多反應(yīng)在敞口容器（等溫等壓）中進(jìn)行，此時(shí)體系與環(huán)境可能存在體積功的交換（W體=—PΔV），帶入熱力學(xué)第一定律可得Q=（U2十PV2）-（U1+PV1），為方便研究，令H=U+PV，則有Q=H2-H1=ΔH，等壓熱效應(yīng)即為焓變，可見引入內(nèi)能是厘清上述概念間關(guān)系的前提。基于設(shè)計(jì)思想，“燃燒熱、中和熱”既是焓變的具體形式，又能結(jié)合蓋斯定律設(shè)計(jì)反應(yīng)過程計(jì)算未知反應(yīng)的焓變。結(jié)合熱化學(xué)蘊(yùn)含的學(xué)科思維及學(xué)科概念間的聯(lián)系建構(gòu)如圖2的學(xué)科內(nèi)容體系，實(shí)現(xiàn)學(xué)科概念的結(jié)構(gòu)化理解。3熱化學(xué)學(xué)生認(rèn)知邏輯分析3.1學(xué)習(xí)進(jìn)階熱化學(xué)相關(guān)內(nèi)容在初、高中新課標(biāo)中的組織與呈現(xiàn)如表2?？梢钥闯?，初中段針對(duì)熱化學(xué)的認(rèn)識(shí)處于宏觀現(xiàn)象水平，能辨識(shí)一些常見的吸熱、放熱現(xiàn)象，能基于能量變化認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)即可；高中必修段更加強(qiáng)調(diào)能量視角，基于化學(xué)能及其變化定性認(rèn)識(shí)物質(zhì)具有能量和化學(xué)反應(yīng)中能量變化的根源，對(duì)能量的認(rèn)識(shí)水平發(fā)展到本質(zhì)水平，即要求從微觀化學(xué)鍵的視角認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的能量變化；選擇性必修段，基于學(xué)科本質(zhì)更加強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)的定量思維方式，能基于體系與環(huán)境認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)及其轉(zhuǎn)化，能基于內(nèi)能及內(nèi)能變化的視角定量認(rèn)識(shí)反應(yīng)熱及其描述，具體進(jìn)階水平如圖3。3.2教材組織如何“高起點(diǎn)、低落點(diǎn)”開展新增內(nèi)容的教學(xué)，需要學(xué)習(xí)課程專家的處理方式。以高中魯科版教材[13][14]為例，分析熱化學(xué)內(nèi)容的組織與呈現(xiàn)。高中必修段熱化學(xué)內(nèi)容編排在必修第二冊(cè)“化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化”一節(jié)，涉及“化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的本質(zhì)和形式”。按照“感受化學(xué)反應(yīng)中能量變化→分析化學(xué)反應(yīng)中的能量變化→應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)中的能量變化”的順序編排。首先從學(xué)生熟悉的反應(yīng)“木炭在空氣中燃燒、電解水”入手，引導(dǎo)學(xué)生思考化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化形式，探查學(xué)生已有認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)。接下來基于常見的吸、放熱反應(yīng)建立認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的能量視角，并從物質(zhì)總能量和化學(xué)鍵兩個(gè)方面，宏微結(jié)合地分析能量變化的實(shí)質(zhì)。最后通過解決“天然氣為什么替代煤作為家用燃料”的真實(shí)問題實(shí)現(xiàn)“物質(zhì)變化”和“能量變化”認(rèn)識(shí)視角的遷移應(yīng)用。選擇性必修段熱化學(xué)內(nèi)容編排在選擇性必修1“化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)”一節(jié)，主要包括“反應(yīng)熱、內(nèi)能與焓變、焓變的計(jì)算”。按照“認(rèn)識(shí)反應(yīng)熱→測(cè)量反應(yīng)熱→表征反應(yīng)熱→計(jì)算反應(yīng)熱→應(yīng)用反應(yīng)熱”的順序編排。首先教材提出統(tǒng)領(lǐng)性問題“如何定量表征、測(cè)量、求算化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)”，接著給出“反應(yīng)熱”概念，并通過“活動(dòng)探究”認(rèn)識(shí)到反應(yīng)熱可測(cè)，接下來從內(nèi)能視角認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)能量變化的根源，對(duì)能量的認(rèn)識(shí)不再是必修段籠統(tǒng)的“物質(zhì)總能量”，而是明確給出了“內(nèi)能”概念的內(nèi)涵、外延及其影響因素。對(duì)于反應(yīng)熱的表示，教材從體系與環(huán)境出發(fā)，基于內(nèi)能變化引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)反應(yīng)條件不同，反應(yīng)熱也不同，了解等容反應(yīng)熱和等壓反應(yīng)熱的區(qū)別及熱化學(xué)方程式可以表征化學(xué)反應(yīng)的熱量變化和物質(zhì)變化，更加注重概念間的邏輯關(guān)系，厘清了焓變引入的原因及價(jià)值，凸顯學(xué)科本質(zhì)。在知道反應(yīng)熱可測(cè)、可表征的基礎(chǔ)上，教材又引入“蓋斯定律”計(jì)算反應(yīng)熱，通過“登山高度與設(shè)計(jì)的登山路徑無關(guān)”和“設(shè)計(jì)碳單質(zhì)生成CO的路徑”兩個(gè)案例，指向蓋斯定律蘊(yùn)含的設(shè)計(jì)思想，凸顯化學(xué)學(xué)科特質(zhì)。最后通過“燃料的選擇和利用問題”建立起理論學(xué)習(xí)與實(shí)際問題解決的關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值。4平衡“學(xué)科”和“學(xué)生”的熱化學(xué)單元教學(xué)邏輯取向4.1關(guān)照學(xué)科邏輯的單元教學(xué)“熱化學(xué)”是在實(shí)踐中發(fā)展起來的，是人類經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，學(xué)科理論有著牢固的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和嚴(yán)密的邏輯推理。在教學(xué)中既要注意厘清概念間的實(shí)質(zhì)聯(lián)系，如內(nèi)能與化學(xué)能的區(qū)別和聯(lián)系、內(nèi)能變化與焓變的區(qū)別與聯(lián)系等，又要沿著學(xué)科發(fā)展的邏輯在認(rèn)識(shí)層面外顯熱化學(xué)特質(zhì)的學(xué)科思維，如基于“宏微結(jié)合思想”認(rèn)識(shí)反應(yīng)熱的存在、基于“定量思維”測(cè)定和計(jì)算反應(yīng)熱、基于“設(shè)計(jì)思想”認(rèn)識(shí)蓋斯定律等。4.2兼顧學(xué)生認(rèn)知邏輯的單元教學(xué)單元教學(xué)的開展除了立足學(xué)科邏輯還要兼顧學(xué)生認(rèn)知水平，在教學(xué)時(shí)：（1）注意處理好不同學(xué)段知識(shí)的銜接。不同學(xué)段的教學(xué)既要考慮學(xué)生已有知識(shí)基礎(chǔ)，又要避免內(nèi)容重復(fù)。如高中必修段熱化學(xué)教學(xué)的核心是基于化學(xué)能視角定性認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，而選擇性必修段則引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識(shí)反應(yīng)熱，包括從內(nèi)能及其變化的角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)熱、從定量角度測(cè)定反應(yīng)熱等。（2）注意處理好內(nèi)容科學(xué)性和學(xué)生可接受性之間的關(guān)系。選擇性必修段引入了大量抽象概念，實(shí)踐中需在保證內(nèi)容科學(xué)性的同時(shí)，充分考慮學(xué)生的可接受性。如在介紹內(nèi)能與焓的區(qū)別時(shí)不能淪為枯燥的熱力學(xué)公式推導(dǎo)，要注意選擇典型的反應(yīng)案例或?qū)嶒?yàn)，將抽象問題具體化、可視化，直觀認(rèn)識(shí)到體積功的存在及其對(duì)反應(yīng)熱的影響。（3）注意理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)。從教材組織可知，不論是必修還是選擇性必修段都遵循從理論走向應(yīng)用的編排模式，因此在實(shí)際教學(xué)中要選擇合適的素材凸顯熱化學(xué)理論對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)價(jià)值。如通過介紹煤、天然氣主要成分燃燒的熱化學(xué)方程式，幫助學(xué)生理解家用燃料“從煤到氣的變遷”等。5選擇性必修段熱化學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)5.1單元教學(xué)目標(biāo)結(jié)合高中新課標(biāo)，設(shè)計(jì)單元目標(biāo)如下：知道內(nèi)能是體系內(nèi)物質(zhì)各種能量的總和，受外界條件影響，并能基于內(nèi)能及其變化的視角認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化；基于體系與環(huán)境的概念，從能量守恒的角度，認(rèn)識(shí)等容反應(yīng)熱（ΔU）和等壓反應(yīng)熱（ΔH）的區(qū)別及其引入ΔH的意義；能根據(jù)研究需要選擇體系與環(huán)境，設(shè)計(jì)并實(shí)施定量測(cè)定反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)，包括測(cè)定條件、測(cè)定儀器的選擇及其誤差分析，并能通過熱化學(xué)方程式表征化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化和熱量變化；（4）認(rèn)識(shí)蓋斯定律的應(yīng)用和價(jià)值，能基于設(shè)計(jì)思想計(jì)算反應(yīng)焓變，能運(yùn)用反應(yīng)焓變合理選擇和利用化學(xué)反應(yīng)，解決實(shí)際問題。5.2單元課時(shí)組織結(jié)合單元教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)選擇性必修段熱化學(xué)單元教學(xué)，具體課時(shí)安排、驅(qū)動(dòng)性問題如圖4。5.3課時(shí)關(guān)鍵性驅(qū)動(dòng)問題解讀為降低概念的理解難度，在教學(xué)中盡可能將驅(qū)動(dòng)性問題融入真實(shí)情境，通過課堂追問，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，并輔以相關(guān)實(shí)驗(yàn)、圖示等將抽象概念具體化、可視化。由于篇幅所限，這里選擇部分關(guān)鍵性問題作簡(jiǎn)要解讀。課時(shí)1：【問題（2）】以氫氣和氧氣在不同溫度下反應(yīng)生成的不同狀態(tài)的水為例，從微觀視角進(jìn)一步認(rèn)識(shí)物質(zhì)具有哪些能量，與什么因素有關(guān)？問題解讀：這一問題是建立在學(xué)生初步討論了氫氣、氧氣混合體系總能量的基礎(chǔ)上繼續(xù)展開的，學(xué)生基于物理學(xué)視角，已經(jīng)知道了物質(zhì)的能量包括分子動(dòng)能和分子勢(shì)能，動(dòng)能和溫度有關(guān)，而針對(duì)分子勢(shì)能，學(xué)生通過氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)水對(duì)比，發(fā)現(xiàn)分子勢(shì)能包括分子內(nèi)原子間的勢(shì)能（如H-O鍵能）和分子間勢(shì)能（如水分子間作用力），教學(xué)通過將“分子”具體化，系統(tǒng)認(rèn)識(shí)內(nèi)能的概念和影響因素（圖5），體會(huì)狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)?！締栴}（4）】以恒壓條件下Na2CO3與鹽酸反應(yīng)為例，討論反應(yīng)熱是否一定等于內(nèi)能的變化？問題解讀：學(xué)生有了認(rèn)識(shí)能量的內(nèi)能視角，為什么還要引入焓的概念？為了避免教學(xué)淪為枯燥的熱力學(xué)公式推導(dǎo)，在教學(xué)中利用Na2CO3與鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，通過氣球膨脹（圖6a）引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)能變化并不一定等于熱量變化，還有氣球膨脹帶來的體積功（W體=—PΔV），而大部分化學(xué)反應(yīng)都是在敞口容器中進(jìn)行的，這時(shí)再引入焓的概念就順理成章。對(duì)于水平較好的班級(jí)此時(shí)再基于ΔU=Q+W公式進(jìn)行焓的推導(dǎo)，能進(jìn)一步加深學(xué)生的理解，對(duì)于水平一般的班級(jí)，進(jìn)行焓概念的趣味化解釋（圖6b），也能體會(huì)引入焓的價(jià)值。課時(shí)2：【問題（2）】反應(yīng)熱概念規(guī)定反應(yīng)始終態(tài)溫度要相同，那為什么測(cè)定的是鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)始終態(tài)溫度變化，卻可以表征反應(yīng)的熱效應(yīng)？是否矛盾？問題解讀：學(xué)生通過討論對(duì)反應(yīng)熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)達(dá)成共識(shí)，其核心就是減少熱量損失，這時(shí)教師再提出上述問題，一方面是為了加深學(xué)生對(duì)反應(yīng)熱概念的理解，另一方面要引導(dǎo)學(xué)生厘清體系與環(huán)境，理解熱化學(xué)對(duì)反應(yīng)熱做出始終態(tài)溫度相同的原因是為了保證將體系熱量全部傳給環(huán)境，而實(shí)際研究中可根據(jù)需要選擇合適的對(duì)象作為體系。課時(shí)3：【問題（2）】反應(yīng)熱的應(yīng)用有哪些？問題解讀：三個(gè)應(yīng)用將理論與實(shí)際問題解決相關(guān)聯(lián)，分別指向工業(yè)生產(chǎn)、日常生活和學(xué)科解釋，體現(xiàn)熱化學(xué)的設(shè)計(jì)思想、定量思想和解釋預(yù)測(cè)功能。應(yīng)用1通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)煤炭直接燃燒和轉(zhuǎn)化為水煤氣燃燒的路徑（圖7），深入理解ΔH作為狀態(tài)函數(shù)，只與始終態(tài)有關(guān)而與途徑無關(guān)，應(yīng)用熱化學(xué)理論可以實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放，且具有環(huán)保性；應(yīng)用2基于氧化鈣與水反應(yīng)的熱效應(yīng)定量計(jì)算發(fā)熱包中生石灰的用量，體會(huì)應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)熱量變化的關(guān)鍵是定量計(jì)算反應(yīng)熱；應(yīng)用3通過提供的Si-Si、Si-O鍵鍵能數(shù)據(jù)，認(rèn)識(shí)到形成硅氧鍵放出大量能量，產(chǎn)物能量低，從而初步體會(huì)大放熱反應(yīng)更易進(jìn)行，生成物更穩(wěn)定（鹵族元素氫化物的穩(wěn)定性分析方法類似），因此自然界中硅以二氧化硅或硅酸鹽形式存在，體現(xiàn)熱化學(xué)的解釋預(yù)測(cè)功能。6教學(xué)效果選擇性必修段“熱化學(xué)”單元教學(xué)，進(jìn)行了為期1年的研究，于2023年9月對(duì)我校2022級(jí)學(xué)生實(shí)施。授課完成后，聽課教師普遍反饋課堂教學(xué)邏輯清晰，引發(fā)學(xué)生深度思考，同時(shí)提升了教師自身對(duì)熱化學(xué)內(nèi)容的學(xué)科理解。通過課堂觀察和課后作業(yè)，學(xué)生對(duì)本文開頭提到的問題的理解水平也得到明顯提升，如關(guān)于ΔU的理解，所有學(xué)生都能意識(shí)到ΔU=Q或ΔU=ΔH的成立都是有條件的，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)內(nèi)能、焓變等概念的清晰認(rèn)知；課后在做到有關(guān)基于鍵能計(jì)算反應(yīng)焓變的問題時(shí)，學(xué)生提出這種計(jì)算方式的成立也是有條件的，必須是反應(yīng)物、產(chǎn)物中的微觀作用力只限于化學(xué)鍵的反應(yīng)體系，比如氫氣和氧氣化合成氣態(tài)水（分子間作用力?。舢a(chǎn)物為液態(tài)水，這種計(jì)算就會(huì)誤差很大，還要考慮液態(tài)水分子間的作用力，這不但表明學(xué)生縷清了內(nèi)能和化學(xué)能的關(guān)系，還體現(xiàn)了學(xué)生的批判思維；課后在做到基于各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算反應(yīng)焓變問題時(shí)，班級(jí)有超過70%的學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)反應(yīng)過程計(jì)算焓變，即通過題目給出的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的概念設(shè)計(jì)從穩(wěn)定單質(zhì)到生成各反應(yīng)物和生成物的路徑得出ΔrHm

θ=Σ（νi

ΔfHm

θ）生成物

-Σ（νi

ΔfHmθ）反應(yīng)物

（其中ΔfHm