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視頻課題：第五屆全國初中化學實驗教學微課視頻《中和反應》海市

教學設計、課堂實錄及教案：第五屆全國初中化學實驗教學微課視頻《中和反應》海市民辦明珠中學初中化學

中和反應
上海市民辦明珠中學 陳磊
一、             使用教材
上海教育出版社《化學 九年級第二學期》5.1節(jié)生活中的酸和堿的第二課時
備注：本教材在初中階段教學不涉及離子，故氫離子與氫氧根離子的反應在教學中從物質組成角度以酸中的氫與堿中的氫氧根結合的方式代替。
二、實驗器材
維尼爾手持設備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、玻璃棒、鐵架臺、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、  實驗創(chuàng)新點
（一）   利用數(shù)字化設備通過數(shù)據(jù)和圖象對中和反應的產(chǎn)物進行分析，進行中和反應概念的建構。
（二）   利用數(shù)字化設備將中和反應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，并結合pH圖象認識中和反應的本質是氫與氫氧根結合并放熱。
四、  實驗設計思路
本課的內容中和反應是一節(jié)通過實驗進行的概念教學課。中和反應是指酸和堿互相交換成分，生成鹽和水的反應，在反應過程中會放出熱量。中和反應的實質是氫離子和氫氧根離子結合生成水，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，所以只能通過物質的組成角度對概念進行教學。
教材實驗（如圖1所示），其實驗目的有以下三點：
1.感受該反應中的熱量變化。
2.借助指示劑說明兩者反應的客觀事實，并通過蒸發(fā)
方法驗證生成物。
3.感受反應過程中反應物的量與溶液酸堿性的關系。          圖1 教材實驗
在教學過程中，實驗還有一些可以進一步完善的方面：
1.在該實驗中觀測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放熱還是由于物理變化放熱。
2.在該實驗中對反應后溶液進行蒸發(fā)可以驗證產(chǎn)物有氯化鈉，但是另一產(chǎn)物水在教學中只能通過質量守恒定律進行猜測，在教學中很難通過實驗進行佐證。
3.在中和反應概念在教學中只能達到酸與堿兩兩交換組分生成鹽和水，并放熱的初步的建構。不能深入體驗到酸堿中和的是由于酸中的氫與堿中的氫氧根結合并放熱的反應本質。
為了解決課本實驗在教學中的不足，并突破概念教學中的重點和難點，本設計采用數(shù)字化設備（如圖2所示）進行溫度、pH值、加入鹽酸體積的數(shù)據(jù)采集，其自動化程度高，減少了實驗的重復操作過程，在實驗過程中實時繪制pH值、溫度與加入鹽酸體積的函數(shù)關系圖象（如圖3所示），不僅提高觀測的數(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附近的溶質成分分析從而推導出此時消失的氫與氫氧根結合成了水，同時又可以將溫度的變化與反應的程比對，直觀認識到放出的熱量是和酸與堿發(fā)生反應有關系的。幫助學生更好理解反應的進行過程和反應的本質，同時也更好地建構出中和反應的概念。
 
 
五、實驗教學目標
知識與技能：理解中和反應的概念。
過程與方法：通過中和反應的研究學會實驗方案設計的一般方法、提升分析、評價能力。
情感、態(tài)度與價值觀：通過數(shù)字化實驗感受科學技術的進步對學科發(fā)展的作用。
教學重點：中和反應的概念的建構。
教學難點：中和反應生成物的驗證。
六、實驗教學內容
學生實驗1：感受氫氧化鈉與鹽酸的反應
學生實驗2：驗證氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生反應（借助指示劑或者蒸發(fā)的方法）
演示實驗1：利用數(shù)字化設備測定繪制氫氧化鈉與鹽酸反應過程中加入鹽酸體積與溶液pH值、溫度的變化關系圖象
演示實驗2：利用數(shù)字化設備測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、溫度的變化關系圖象。
七、實驗教學過程
本課的教學采用poe教學策略，即“預測-觀察-解釋”策略(prediet—observe--explain)。首先設計情境讓學生進行“預測”會有何結果或現(xiàn)象發(fā)生，要求學生寫下自己的預測并說明理由，接著通過實際操作讓學生“觀察”有何結果或現(xiàn)象發(fā)生，記錄觀察結果，讓學生“解釋”原因或理由。poe教學策略可以增強學習活動的指向性與目的性，有助于學生在原有的知識結構上進行概念建構。
本課教學流程如下：
（一）情境引入：進行學生實驗1：感受氫氧化鈉與鹽酸的反應
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，同時用手觸摸燒杯外壁或用溫度計測定溫度變化。
設計意圖：1.開門見山，建立有意義學習情境，激發(fā)學習興趣。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)生了化學反應。
（二）情境深入：找到判斷化學反應發(fā)生的兩條線索（產(chǎn)生新物質或原物質消失），設計實驗驗證氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生反應。
設計意圖：1.感悟化學思想，學會設計實驗的一般方法。2.在此過程中初步建構中和反應的概念（反應物、部分生成物、反應現(xiàn)象的特點）。
進行學生實驗2：驗證氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生反應（如圖4所示）


方案1                   方案2                      方案3
                           圖4  學生實驗2的三種方案
設計意圖：應用設計方法，提升操作能力，感悟中和反應過程，鞏固初步建構的概念。
（三）情境再深入：1.提出新問題，如何驗證生成物水？
設計意圖：再次制造思維沖突，對于學生而言目前束手無策，同時這也是教學中的難點所在，所以需要另辟蹊徑來解決問題。
2.調整研究方向，設計實驗判斷溶液中氫氧根含量的變化情況。
設計意圖：1.難點轉化，引導學生從溶液中氫氧根的含量的變化來推測水的生成。2.在設計過程中進一步感悟化學思想，學習實驗設計方法。3.在設計過程中使學生感受到廣泛pH試紙的應用局限與不足。
3. 進行演示實驗1：用數(shù)字化體驗氫氧化鈉與鹽酸反應的過程
設計意圖：1.感受科學技術進步對學科所起的作用。2.引導學生從精密數(shù)據(jù)與圖像上再認識氫氧化鈉與鹽酸的反應過程，用數(shù)據(jù)和圖象佐證水的生成、熱量是由于兩者反應產(chǎn)生的。
（四）完成中和概念建構
1.在得到演示實驗1得到圖象（圖4所示）之
后引導學生將實驗現(xiàn)象結合圖象進行以下分析與解
釋。
  （1）從pH變化趨勢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演示實驗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，氫氧化鈉中的鈉和鹽酸中的氯結合成了氯化鈉（之前蒸發(fā)實驗已經(jīng)驗證），所以氫氧根和氫結合成水。
    （3）通過溫度曲線最高點和pH接近7附近的體積數(shù)據(jù)一致說明恰好完全反應時放出熱量最大，由此可以證明在學生實驗1中觀測到的放熱的現(xiàn)象的確是由于氫氧化鈉與鹽酸反應所放出的。
設計意圖：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所產(chǎn)生的，為中和反應概念的建構提供了有力的實驗證據(jù)。
   2.進一步認識中和反應本質
演示實驗2：利用數(shù)字化設備測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
變化關系圖象（如圖5）。
通過演示實驗2的對比發(fā)現(xiàn)鈉和氯的結合沒有放出熱
量，說明熱量是由于氫與氫氧根結合放出的。
設計意圖：拓展視野，推進思維，認識中和反應的本
質是酸中的氫和堿中的氫氧根結合生成水并放出熱量。            圖5 演示實驗2所得繪制圖象
為今后進一步學習奠定基礎。
3.完成中和反應的概念的建構                    
通過對課前所做氫氧化鈉和硫酸、氫氧化鋇與鹽酸的反應的圖象（圖5，圖6）的分析，找到圖形的相似特點，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，建構形成完整的中和反應的概念，即酸和堿反應，生成鹽和水，并放出熱量的反應。
   圖5 氫氧化鈉與硫酸反應的圖象           圖6 氫氧化鋇與鹽酸反應的圖象        
八、實驗教學反思與評價 
1.本課的教學以氫氧化鈉與鹽酸的反應的現(xiàn)象為切入點，通過“預測-觀察-解釋”的策略進行實驗設計與實施，在不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的過程中讓學生在原有知識的基礎上建構出完整的中和反應概念，在建構過程中使學生學會探究、學會思考、感悟思想、學會方法。
2.借助數(shù)字化設備的演示實驗，不僅提高觀測精度，提高了實驗效率，更給中和反應概念的建構提供了有力的數(shù)據(jù)和圖象的實證，能使學生更好地理解中和反應的本質，推進學生思維的發(fā)展，解決傳統(tǒng)實驗手段無法很好解決的問題，突破教學難點。
3.通過對數(shù)字化技術繪制的實驗圖表進行分析，提升學生的讀圖能力與分析判斷能力，有利于學生學科素養(yǎng)的培養(yǎng)與思維品質的提升。
4.在最后環(huán)節(jié)由于課堂容量關系，只給出了氫氧化鈉和硫酸，氫氧化鋇和鹽酸的反應圖象，如條件允許，可以給出更多的不同種類的酸與堿反應的圖象，使實驗更體現(xiàn)普遍性，概念的建構的證據(jù)更充實。同時對于能力較強的學生，可以引導他們從反應物的物質的量的角度對相似的pH圖象進行進一步分析，找出圖象形狀不同處的內在原因。
 

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