資源簡介

基于大概念統領下促進核心素養提升的項目式教學設計
——以“化學反應能量轉化及應用”復習課為例
一、教學分析
1．教學內容分析
本節教材利用火箭推進劑這一主要情境素材，以神舟十四號航天員太空之旅為題，圍繞著化學反應中能量轉化的具體形式—化學能與熱能等其他形式能量的轉化為核心概念，在宏觀和微觀兩個層面上，分析化學反應中能量變化的實質—舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成存在的能量差異，反應物總焓和生成物總焓之差。通過具體化學反應的熱效應，介紹定量表示化學反應熱量變化的具體形式—熱化學方程式的書寫。其次，從“化學反應為何會伴隨能量的變化”這一問題引出內能變化和焓變、熱和功的相關概念，使學生能夠了解反應熱效應的根源是內能的變化，并且能量是守恒的，只是轉化成了不同的能量形式，并深入了解熱力學第一定律、熱力學第二定律的基本觀點和具體應用，初步形成熱化學的基本知識和能力框架，強化“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據推理與模型認知”、“科學態度與社會責任”等化學學科核心素養的發展，豐富對化學反應能量轉化的認識，能分析和評價生活生產實際中的能量轉化現象，并能從能源利用率、環境保護、可持續發展等角度綜合考慮和優化選擇。
2. 學生情況分析
通過高中化學必修第一冊和選擇性必修1有關化學反應熱效應的學習，學生理解了化學反應熱效應的有關概念，掌握了熱化學方程式的書寫和有關燃燒熱和蓋斯定律的計算。具備了有關化學反應熱效應的計算、分析和歸納等能力。但缺少從真實情境中如何選擇物質、評價化學反應的思路；缺少從能量視角研究化學反應的思路。在所學知識的基礎上，從化學反應規律出發，引導學生用化學反應熱效應原理探秘火箭推進劑，根據熱化學方程式，以及與蓋斯定律相結合的反應熱計算，分析化學反應，形成合理選擇和利用化學反應的思路。幫助學生在化學層面上找到分析問題和解決問題的方法，建立認識化學反應的能量視角，完善物質變化觀念，培養學生從生活中學習化學的意識，提高學生的探究能力、動手能力以及合作能力。
二、教學設計
1. 教學目標
（1）能辨識化學反應中的能量轉化形式，能解釋化學反應中能量變化的本質。
（2）能明確化學反應能量變化的根源是內能的變化，能指出焓變與等壓反應熱的關系。
（3）能明確熱化學方程式的含義，能用熱化學方程式表示反應中的能量變化。
（4）能設計簡單路徑，利用蓋斯定律計算化學反應的焓變。
（5）能綜合運用能量守恒與轉化、物質變化等角度合理選擇和利用化學反應解決實際問題。
2. 教學流程
本節課圍繞“化學反應能量轉化與應用”的核心概念，整體設計遵循學生認知發展規律。秉承“知識問題化、問題情境化”的設計理念，設計多維度的教學線索關系網。從“情境線”到“問題線”，從“視頻資料線”到“知識能力線”，最后再歸結到“學科素養線”，既考慮到知識的整體性，又注重核心素養的落實，以增強學生的實踐感和參與感，讓學生體會化學反應在實際生活中的應用價值和自主學習的獲得感。
教學環節 任務線 情境線 問題線 知識線 活動線 設計意圖 (學生能力發展)
教師活動 學生活動
辨識化學反應中的能量轉化 任務一： 化學反應能量的轉化形式與本質 [復習回顧] 問題1．化學反應中的能量轉化形式有哪些？ 問題2．化學反應中能量變化的本質是什么？ 化學反應能量轉化形式多樣 舊鍵斷新鍵成是化學反應能量變化的本質原因 2022年，中國航天 事業取得了很大成 就，中國天宮空間 站基本構型建立。 神舟十四號宇航員 在軌生活長達6個 月，引起了人們的 廣泛關注。 思考討論，回 答問題1：化學能、熱能、機械能、電能、光能等。 回答問題2：舊鍵斷吸收的能量和新鍵成釋放的能量存在差異。 化學反應能量 變化的實際應 用。 科學精神與社 會責任的學科 素養。
視頻1： “萬戶 飛天” 視頻2： “火箭升空” 觀看兩段視頻，分 小組討論并完成下 列表格。 火箭升空的原理是氣體反作用力。 播放視頻1和2。 活動Ⅰ： 分組討論，得 出結論： 起飛原理是高 溫氣體的反作 用力。 化學能轉化為 熱能和做功。 分析問題和團 隊協作能力。 證據推理和模 型認知的學科 素養。
液氫液氧是最高效的液體火箭推進劑。 例題1． 有關化學鍵的鍵能數值如下：寫出H2(g)和O2(g)燃燒生成H2O(g)的熱化學方程式。 利用鍵能計算焓變。 投屏例題1. 思考：請借助相關數據說明上述反應是放熱反應的本質原因。 完成例題1，思考反應放熱和鍵能的關系。 宏觀辨識與微觀探析學科素養。
無 【復習回顧】 問題 1. 書寫熱化學方程式的注意事項有哪些？ 問題 2. 可以利用哪些物理量計算化學反應的焓變？ 規范書寫熱化學方程式的注意事項及焓變計算方法。 投屏復習回顧，引導學生回顧思考。 思考討論，概括回答： 1.物質的聚集狀態、△H 的正負、單位、△H 的數值與計量數對應等 2.焓、反應熱、鍵能、相對能量等 明確熱化學方 程式書寫的注 意事項和判斷 正誤方法。 了解焓變計算 的一般方法。 變化觀念與平 衡思想的學科 素養。
熱化學方程式，焓變的簡單計算 任務二：熱化學方程式的書寫及焓變的計算 偏二甲肼和四氧化二氮是常用的液體火箭推進劑組合 例題2． （1）已知C2H8N2(l)的熱值為4.25×107 J·kg－1，寫出表示偏二甲肼摩爾燃燒焓的熱化學方程式。 摩爾燃燒焓的熱化學方程式書寫。 投屏例題2. 引導學生提取并分析陌生信息。 引導學生形成蓋斯定律答題模板。 完成例題2. 明確摩爾燃燒焓的定義，反應熱和焓變的關系。 提取分析信息的能力。證據推理與模型認知的學科素養。
神舟十四號發射視頻 感受火箭發射時的能量變化和現象。 播放視頻 感受火箭升空的激動和自豪，體會推進劑點火時的能量變化。 愛國情懷、熱愛科學的思想培養。 科學態度與社會責任的學科素養。
肼常用作載人飛船姿態發動機的燃料。 例題3.已知200℃時，肼可能發生以下反應： 反應②的能量變化過程如圖1所示。 （1）根據題意，計算反應②的焓變ΔH2＝____ kJ·mol-1 （2）200℃時，寫出肼分解生成氮氣和氫氣的熱化學方程式。 利用相對能量圖判斷焓變。 投屏例題3.引導學生學會看圖并獲取有用的信息。 完成例題3. 分析圖表、獲取并分析信息的能力。 變化觀念與平 衡思想的學科 素養。
合理選擇和利用化學反應 任務三： 合理選擇和利用化學反應的能量 問題 1： 已知200℃時，肼可能發生以下反應： ① 3N2H4(g)＝N2(g)+4NH3(g) ΔH1=－32.9 kJ·mol-1 ② N2H4(g)= N2(g)+2H2(g)　 ΔH2=＋50.7 kJ·mol-1 請根據能量變化，選擇更合適的姿態發動機推進劑原理并說明理由。 從能量變化的角度分析化學反應。 投屏問題1 思考討論回答問題1. 選擇反應①。 因ΔH1＜0，反應放熱，產生的氣體能量更高，推力更大。 能運用能量守恒思想解決實際問題。 分析和解決問題的能力。 變化觀念與平 衡思想的學科 素養。
觀看視頻，了解中國空間站的環控生保系統。 問題2．電解制氧過程中涉及哪些形式能量的轉化？ 能量轉化形式的分析判斷。 投屏問題2 思考回答問題2. 光能（太陽能）、電能、化學能 明確電解過程能量的轉化形式，了解空間站中能量的轉化情況。 宏觀辨識與微觀探析的學科素養。
中國空間站的環控生保系統功能之一是將人體代謝廢物CO2中的氧元素轉化為O2，實現氧循環。 例題4. （1）已知下列反應：①CO2(g)＋2H2O(g)＝CH4(g)＋2O2(g) ΔH1=＋802.3 kJ·mol-1 ②2H2O(g)＝2H2(g)＋O2(g) ΔH2=＋483.6 kJ·mol-1 ③ CO2(g)＋4H2(g)＝CH4(g)＋2H2O(g) ΔH3 反應③的焓變ΔH3=____kJ·mol-1。 蓋斯定律計算反應焓變 投屏例題4 思考完成例題4. 1.－164.9 建立蓋斯定律計算焓變的基本模型和方法。 證據推理與模型認知的學科素養。
（2）可以實現CO2轉化為O2的過程有：① CO2(g)＝C(g)＋O2(g) ΔH1=＋393.5 kJ·mol-1 ②2CO2(g)＋2Na2O2(s)＝2Na2CO3(s)＋O2(g) ΔH2=－452.8 kJ·mol-1 ③ CO2(g)＋2H2O(g)＝CH4(g)＋2O2(g) ΔH3=＋802.3 kJ·mol-1 ④ CO2(g)＋4H2(g)＝CH4(g)＋2H2O(g) ΔH4=－164.9 kJ·mol-1 2H2O(g)＝2H2(g)＋O2(g) ΔH5=＋483.6 kJ·mol-1 請從能量和物質的角度分析，上述四個過程更適合在空間站中應用的________， 理由是____ 分析化學反應能量變化情況 物質守恒和能量守恒思想的應用 投屏例題4（2） 小組討論，選擇最佳方案。 分析實際問題，正確選擇化學反應的能力。 科學態度與社會責任學科素養。
拓展活動 自制火箭體驗推進劑的反應原理 視頻7： 模擬固 體火箭 推進器 視頻8： 模擬液 體火箭 推進器 用錫紙、火柴、 一次性筷子、打火 機自制固體火箭推 進器。 用注射針管、點 火器、熱熔槍、酒 精等自制液體火箭 推進器。 運用火 箭推進 器的基 本原理， 選取生 活中常 見的廢 舊材料 進行實 驗。 播放視頻7。 播放視頻8。 小組討論， 設計實驗步 驟，進行實驗 方案實施。 幫助學生在化 學層面上找到 分析問題和解 決問題的方法， 建立認識化學 反應的能量視 角，完善物質變 化觀念，提高學 生的探究能力、 動手能力以及 合作能力。
三、教學反思
本項目以“神舟十四號航天員太空之旅”為總任務驅動，通過完成三個基于真實情境的項目任務，理解和鞏固了化學反應熱效應的原理，將文獻查閱與學生實驗相結合，讓學生多角度地展示自己，旨在培養學生的文獻檢索能力、實驗探究能力以及高階思維能力。
本項目式學習研究中也暴露了學生在實際動手研究中存在的一些問題。首先，學生在實驗方案的設計上存在不全面、不嚴謹的問題，變量控制意識不夠，需要提高科學探究性的意識。此外，學生的思考比較淺顯，不夠深入，需要教師提出呈梯度遞進的問題，多方面、多角度地引導學生深入思考并探究，使學生對實際問題的研究成為常態，養成思考和質疑的習慣。

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