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視頻標(biāo)簽：全國初中化學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué),微課視頻

所屬欄目：模擬課、微型課及試講

視頻課題：第五屆全國初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)微課視頻《中和反應(yīng)》海市

教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂實(shí)錄及教案：第五屆全國初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)微課視頻《中和反應(yīng)》海市民辦明珠中學(xué)初中化學(xué)

中和反應(yīng)
上海市民辦明珠中學(xué) 陳磊
一、             使用教材
上海教育出版社《化學(xué) 九年級(jí)第二學(xué)期》5.1節(jié)生活中的酸和堿的第二課時(shí)
備注：本教材在初中階段教學(xué)不涉及離子，故氫離子與氫氧根離子的反應(yīng)在教學(xué)中從物質(zhì)組成角度以酸中的氫與堿中的氫氧根結(jié)合的方式代替。
二、實(shí)驗(yàn)器材
維尼爾手持設(shè)備Labquest、pH傳感器、溫度傳感器、滴數(shù)傳感器、磁力攪拌站、燒杯、溫度計(jì)、玻璃棒、鐵架臺(tái)、0.1mol/L氫氧化鈉溶液、0.1mol/L氫氧化鉀溶液、0.1mol/L氫氧化鋇溶液、0.1mol/L鹽酸溶液、0.1mol/L硫酸溶液、0.1mol/L硝酸鈉溶液、0.1mol/L氯化鉀溶液、酚酞試液、紫色石蕊試液。
三、  實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)
（一）   利用數(shù)字化設(shè)備通過數(shù)據(jù)和圖象對(duì)中和反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行分析，進(jìn)行中和反應(yīng)概念的建構(gòu)。
（二）   利用數(shù)字化設(shè)備將中和反應(yīng)過程中不明顯的熱量變化通過數(shù)據(jù)和圖象可視化、過程化，并結(jié)合pH圖象認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)的本質(zhì)是氫與氫氧根結(jié)合并放熱。
四、  實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路
本課的內(nèi)容中和反應(yīng)是一節(jié)通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的概念教學(xué)課。中和反應(yīng)是指酸和堿互相交換成分，生成鹽和水的反應(yīng)，在反應(yīng)過程中會(huì)放出熱量。中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氫離子和氫氧根離子結(jié)合生成水，并在此過程中放熱。上海教育出版社的教材在初中階段并不涉及離子，所以只能通過物質(zhì)的組成角度對(duì)概念進(jìn)行教學(xué)。
教材實(shí)驗(yàn)（如圖1所示），其實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠幸韵氯�點(diǎn)：
1.感受該反應(yīng)中的熱量變化。
2.借助指示劑說明兩者反應(yīng)的客觀事實(shí)，并通過蒸發(fā)
方法驗(yàn)證生成物。
3.感受反應(yīng)過程中反應(yīng)物的量與溶液酸堿性的關(guān)系。          圖1 教材實(shí)驗(yàn)
在教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)還有一些可以進(jìn)一步完善的方面：
1.在該實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的熱量變化量非常小，且僅通過熱量的變化無法判斷是由于中和反應(yīng)放熱還是由于物理變化放熱。
2.在該實(shí)驗(yàn)中對(duì)反應(yīng)后溶液進(jìn)行蒸發(fā)可以驗(yàn)證產(chǎn)物有氯化鈉，但是另一產(chǎn)物水在教學(xué)中只能通過質(zhì)量守恒定律進(jìn)行猜測(cè)，在教學(xué)中很難通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行佐證。
3.在中和反應(yīng)概念在教學(xué)中只能達(dá)到酸與堿兩兩交換組分生成鹽和水，并放熱的初步的建構(gòu)。不能深入體驗(yàn)到酸堿中和的是由于酸中的氫與堿中的氫氧根結(jié)合并放熱的反應(yīng)本質(zhì)。
為了解決課本實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的不足，并突破概念教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用數(shù)字化設(shè)備（如圖2所示）進(jìn)行溫度、pH值、加入鹽酸體積的數(shù)據(jù)采集，其自動(dòng)化程度高，減少了實(shí)驗(yàn)的重復(fù)操作過程，在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)繪制pH值、溫度與加入鹽酸體積的函數(shù)關(guān)系圖象（如圖3所示），不僅提高觀測(cè)的數(shù)據(jù)精度，更能將一些隱性現(xiàn)象可視化，如通過pH的變化可以分析氫氧根含量的變化與pH=7附近的溶質(zhì)成分分析從而推導(dǎo)出此時(shí)消失的氫與氫氧根結(jié)合成了水，同時(shí)又可以將溫度的變化與反應(yīng)的程比對(duì)，直觀認(rèn)識(shí)到放出的熱量是和酸與堿發(fā)生反應(yīng)有關(guān)系的。幫助學(xué)生更好理解反應(yīng)的進(jìn)行過程和反應(yīng)的本質(zhì)，同時(shí)也更好地建構(gòu)出中和反應(yīng)的概念。
 
 
五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)與技能：理解中和反應(yīng)的概念。
過程與方法：通過中和反應(yīng)的研究學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的一般方法、提升分析、評(píng)價(jià)能力。
情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)感受科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)學(xué)科發(fā)展的作用。
教學(xué)重點(diǎn)：中和反應(yīng)的概念的建構(gòu)。
教學(xué)難點(diǎn)：中和反應(yīng)生成物的驗(yàn)證。
六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：感受氫氧化鈉與鹽酸的反應(yīng)
學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：驗(yàn)證氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生反應(yīng)（借助指示劑或者蒸發(fā)的方法）
演示實(shí)驗(yàn)1：利用數(shù)字化設(shè)備測(cè)定繪制氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)過程中加入鹽酸體積與溶液pH值、溫度的變化關(guān)系圖象
演示實(shí)驗(yàn)2：利用數(shù)字化設(shè)備測(cè)定繪制硝酸鈉溶液中加入氯化鉀過程中加入氯化鉀體積與溶液pH值、溫度的變化關(guān)系圖象。
七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程
本課的教學(xué)采用poe教學(xué)策略，即“預(yù)測(cè)-觀察-解釋”策略(prediet—observe--explain)。首先設(shè)計(jì)情境讓學(xué)生進(jìn)行“預(yù)測(cè)”會(huì)有何結(jié)果或現(xiàn)象發(fā)生，要求學(xué)生寫下自己的預(yù)測(cè)并說明理由，接著通過實(shí)際操作讓學(xué)生“觀察”有何結(jié)果或現(xiàn)象發(fā)生，記錄觀察結(jié)果，讓學(xué)生“解釋”原因或理由。poe教學(xué)策略可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)活動(dòng)的指向性與目的性，有助于學(xué)生在原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行概念建構(gòu)。
本課教學(xué)流程如下：
（一）情境引入：進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：感受氫氧化鈉與鹽酸的反應(yīng)
在盛有5ml氫氧化鈉溶液的燒杯中加入約5ml左右的鹽酸，觀察現(xiàn)象，同時(shí)用手觸摸燒杯外壁或用溫度計(jì)測(cè)定溫度變化。
設(shè)計(jì)意圖：1.開門見山，建立有意義學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。2.引發(fā)思維沖突，提出問題，氫氧化鈉和鹽酸混合后沒有明顯現(xiàn)象是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。
（二）情境深入：找到判斷化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的兩條線索（產(chǎn)生新物質(zhì)或原物質(zhì)消失），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生反應(yīng)。
設(shè)計(jì)意圖：1.感悟化學(xué)思想，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的一般方法。2.在此過程中初步建構(gòu)中和反應(yīng)的概念（反應(yīng)物、部分生成物、反應(yīng)現(xiàn)象的特點(diǎn)）。
進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：驗(yàn)證氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生反應(yīng)（如圖4所示）


方案1                   方案2                      方案3
                           圖4  學(xué)生實(shí)驗(yàn)2的三種方案
設(shè)計(jì)意圖：應(yīng)用設(shè)計(jì)方法，提升操作能力，感悟中和反應(yīng)過程，鞏固初步建構(gòu)的概念。
（三）情境再深入：1.提出新問題，如何驗(yàn)證生成物水？
設(shè)計(jì)意圖：再次制造思維沖突，對(duì)于學(xué)生而言目前束手無策，同時(shí)這也是教學(xué)中的難點(diǎn)所在，所以需要另辟蹊徑來解決問題。
2.調(diào)整研究方向，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)判斷溶液中氫氧根含量的變化情況。
設(shè)計(jì)意圖：1.難點(diǎn)轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生從溶液中氫氧根的含量的變化來推測(cè)水的生成。2.在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)一步感悟化學(xué)思想，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。3.在設(shè)計(jì)過程中使學(xué)生感受到廣泛pH試紙的應(yīng)用局限與不足。
3. 進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)1：用數(shù)字化體驗(yàn)氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)的過程
設(shè)計(jì)意圖：1.感受科學(xué)技術(shù)進(jìn)步對(duì)學(xué)科所起的作用。2.引導(dǎo)學(xué)生從精密數(shù)據(jù)與圖像上再認(rèn)識(shí)氫氧化鈉與鹽酸的反應(yīng)過程，用數(shù)據(jù)和圖象佐證水的生成、熱量是由于兩者反應(yīng)產(chǎn)生的。
（四）完成中和概念建構(gòu)
1.在得到演示實(shí)驗(yàn)1得到圖象（圖4所示）之
后引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)合圖象進(jìn)行以下分析與解
釋。
  （1）從pH變化趨勢(shì)判斷出溶液中氫氧根含量在
不斷減少。
    （2）從pH接近7附近的圖象判斷出溶液中既           圖4演示實(shí)驗(yàn)1所繪制圖象   
沒有氫氧化鈉，也沒有鹽酸，它們恰好完全反應(yīng)，氫氧化鈉中的鈉和鹽酸中的氯結(jié)合成了氯化鈉（之前蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證），所以氫氧根和氫結(jié)合成水。
    （3）通過溫度曲線最高點(diǎn)和pH接近7附近的體積數(shù)據(jù)一致說明恰好完全反應(yīng)時(shí)放出熱量最大，由此可以證明在學(xué)生實(shí)驗(yàn)1中觀測(cè)到的放熱的現(xiàn)象的確是由于氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)所放出的。
設(shè)計(jì)意圖：通過數(shù)據(jù)和圖象佐證了水的生成，熱量變化是由于反應(yīng)所產(chǎn)生的，為中和反應(yīng)概念的建構(gòu)提供了有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
   2.進(jìn)一步認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)本質(zhì)
演示實(shí)驗(yàn)2：利用數(shù)字化設(shè)備測(cè)定繪制硝酸鈉溶液中
加入氯化鉀過程中加入氯化鉀體積與溶液pH值、溫度的
變化關(guān)系圖象（如圖5）。
通過演示實(shí)驗(yàn)2的對(duì)比發(fā)現(xiàn)鈉和氯的結(jié)合沒有放出熱
量，說明熱量是由于氫與氫氧根結(jié)合放出的。
設(shè)計(jì)意圖：拓展視野，推進(jìn)思維，認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)的本
質(zhì)是酸中的氫和堿中的氫氧根結(jié)合生成水并放出熱量。            圖5 演示實(shí)驗(yàn)2所得繪制圖象
為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
3.完成中和反應(yīng)的概念的建構(gòu)                    
通過對(duì)課前所做氫氧化鈉和硫酸、氫氧化鋇與鹽酸的反應(yīng)的圖象（圖5，圖6）的分析，找到圖形的相似特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，建構(gòu)形成完整的中和反應(yīng)的概念，即酸和堿反應(yīng)，生成鹽和水，并放出熱量的反應(yīng)。
   圖5 氫氧化鈉與硫酸反應(yīng)的圖象           圖6 氫氧化鋇與鹽酸反應(yīng)的圖象        
八、實(shí)驗(yàn)教學(xué)反思與評(píng)價(jià) 
1.本課的教學(xué)以氫氧化鈉與鹽酸的反應(yīng)的現(xiàn)象為切入點(diǎn)，通過“預(yù)測(cè)-觀察-解釋”的策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施，在不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的過程中讓學(xué)生在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上建構(gòu)出完整的中和反應(yīng)概念，在建構(gòu)過程中使學(xué)生學(xué)會(huì)探究、學(xué)會(huì)思考、感悟思想、學(xué)會(huì)方法。
2.借助數(shù)字化設(shè)備的演示實(shí)驗(yàn)，不僅提高觀測(cè)精度，提高了實(shí)驗(yàn)效率，更給中和反應(yīng)概念的建構(gòu)提供了有力的數(shù)據(jù)和圖象的實(shí)證，能使學(xué)生更好地理解中和反應(yīng)的本質(zhì)，推進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段無法很好解決的問題，突破教學(xué)難點(diǎn)。
3.通過對(duì)數(shù)字化技術(shù)繪制的實(shí)驗(yàn)圖表進(jìn)行分析，提升學(xué)生的讀圖能力與分析判斷能力，有利于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)與思維品質(zhì)的提升。
4.在最后環(huán)節(jié)由于課堂容量關(guān)系，只給出了氫氧化鈉和硫酸，氫氧化鋇和鹽酸的反應(yīng)圖象，如條件允許，可以給出更多的不同種類的酸與堿反應(yīng)的圖象，使實(shí)驗(yàn)更體現(xiàn)普遍性，概念的建構(gòu)的證據(jù)更充實(shí)。同時(shí)對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生，可以引導(dǎo)他們從反應(yīng)物的物質(zhì)的量的角度對(duì)相似的pH圖象進(jìn)行進(jìn)一步分析，找出圖象形狀不同處的內(nèi)在原因。
 

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