第7章跨学科实践活动6发热袋的模拟制作教学设计--2025-2026学年九年级化学沪教版下册

该初中化学教学设计聚焦过饱和溶液结晶放热原理，通过演示“掰掰热”弯折金属片发热现象导入，结合天宫课堂“太空冰雪”实验视频，引导学生分析资料、溶解度数据及微观动画，构建从现象到原理的认知支架。 此设计以跨学科实践为特色，学生经历“调查-设计-制作-测试-改进”完整工程过程，通过定量计算配比、测温计时等培养科学思维与探究能力，落实化学观念与科学态度，助力学生提升实践创新能力，为教师提供可操作的核心素养培养方案。

跨学科实践活动6 发热袋的模拟制作 教学设计 一、教学目标 化学观念 认识物质溶解与结晶过程中伴随着能量的变化，理解结晶放热是发热袋工作的核心原理。 理解“过饱和溶液”的概念，建立物质状态（溶解与结晶）与温度、外界触发条件之间的联系。 认识化学能可以转化为热能，并能应用于改善生活质量，体会“物质变化伴随能量转化”的学科观念。 科学思维 能通过分析发热袋的使用说明和现象，运用归纳与推理的方法，推导出其内部物质变化的逻辑（液态变固态放热）。 在制作过程中，能基于溶解度数据（如醋酸钠在不同温度下的溶解能力），运用定量思维计算溶质与溶剂的比例，发展模型认知与数据分析能力。 能通过对比不同配方或触发方式的发热效果，进行批判性思考，优化产品设计方案。 科学探究与实践 能综合运用化学、物理及工程设计的知识，经历“调查原理—设计方案—制作产品—测试性能—改进优化”的完整工程实践过程。 掌握配制过饱和溶液的关键操作（如加热溶解、缓慢冷却、防止提前结晶），提升实验操作技能。 能利用温度计等工具定量测量发热温度与持续时间，并撰写产品说明书。 科学态度与责任 在制作与测试中养成严谨细致的科学态度，如实记录温度变化数据，不随意篡改结果。 增强安全意识，规范使用加热设备，注意防烫伤，并关注密封袋材料的耐热性与安全性。 感受化学在解决冬季取暖、医疗热敷等实际问题中的应用价值，树立利用科学知识服务社会的责任感。 二、教学重难点 重点 探究发热袋（“掰掰热”）的发热原理（过饱和溶液结晶放热）。 成功制作出能重复使用的简易发热袋。 难点 醋酸钠过饱和溶液的配制技巧（防止在冷却过程中提前结晶）。 理解“触发”结晶的微观机制及发热袋重复使用的原理。 三、教学准备 实验仪器与材料 烧杯、玻璃棒、酒精灯（或恒温水浴锅）、石棉网、铁架台、温度计、电子天平、药匙。 自封袋（耐高温、密封性好）、金属片（或不锈钢垫片，作为触发器）。 实验药品 醋酸钠晶体、蒸馏水。 教学资源 多媒体课件（含暖手宝实物、天宫课堂“太空冰雪”实验视频）、学习任务单、不同温度下醋酸钠溶解度数据表。 安全用品 护目镜、实验服、隔热手套。 四、教学过程 环节一：情境导入，引发好奇 展示实物：展示市面上常见的“掰掰热”暖手宝。 演示实验：教师现场弯折暖手宝内的金属片，液体迅速变成“冰球”并释放热量。 提问引导： 为什么轻轻一“掰”，液体就会瞬间变成固体并发热？ 用完后放入热水中煮一煮，它为什么又能变回液体重复使用？ 引出课题：今天我们将化身“产品工程师”，跨学科探究并模拟制作这种神奇的发热袋。 环节二：原理探究，解密“过饱和” 资料分析 学生阅读资料：了解“过饱和溶液”的定义（在一定温度下，溶质含量超过该温度下溶解度的溶液）。 展示数据：提供醋酸钠在不同温度下的溶解度数据（如20℃时溶解度较小，80℃时溶解度很大）。 逻辑推理 引导思考： 如果我们在高温下配制饱和溶液，然后小心地冷却到室温，溶质会析出吗？（理想状态下不析出，形成过饱和溶液）。 这种状态稳定吗？（不稳定，处于亚稳态）。 金属片的作用是什么？（弯折产生微小震动或提供晶核，触发结晶）。 微观解释 播放动画：展示过饱和溶液中，溶质粒子处于“拥挤”状态，一旦受到扰动（触发），粒子便迅速有序排列形成晶体，同时释放出之前溶解时吸收的能量（放热）。 环节三：方案设计，定量计算 任务发布 小组合作，设计制作一个能在50℃左右发热、持续时间适中的发热袋。 计算指导 依据溶解度数据，确定配比。 例如：查阅数据可知，80℃时醋酸钠溶解度约为153g/100g水。若取20mL水，需称取约30g醋酸钠（过量一点以确保高温饱和）。 关键点：必须保证高温下完全溶解，且溶质比例要足够高，以保证结晶时有足够的热量释放。 环节四：动手实践，模拟制作 制作步骤 配制溶液： 在烧杯中加入适量水和过量醋酸钠晶体。 加热并不断搅拌，直至晶体完全溶解，形成澄清透明的饱和溶液（注意不要过度蒸发水分）。 灌装： 趁热将溶液小心倒入自封袋中（约2/3满）。 放入清洗干净的金属片。 排气密封： 排出袋内空气，确保密封严密（防止水分蒸发影响重复使用）。 冷却： 将密封好的袋子平放在桌面上，自然冷却至室温。 观察：此时袋内应为液态，若出现晶体则制作失败（需重新加热溶解）。 安全提示 加热时注意防烫伤。 灌装热溶液时要小心，避免烫坏塑料袋导致漏液。 环节五：性能测试，产品评价 触发测试 学生弯折袋内金属片，观察现象。 现象：液体迅速浑浊、固化，触摸感觉发热。 定量测评 测温：用温度计（或温度传感器）测量发热最高温度。 计时：记录从触发到温度降至室温的时间。 评价：根据发热温度（是否烫手或不够热）和持续时间评价产品性能。 重复性测试 将发热后的固体袋子放入热水中加热。 观察：固体逐渐消失，重新变为液态。 再次冷却后尝试触发，验证是否可重复使用。 环节六：总结拓展，观念升华 问题研讨 如果制作过程中水蒸发过多，会有什么后果？（冷却后容易析出晶体，导致失败）。 为什么有的袋子发热温度高，有的低？（与溶液浓度、过饱和度有关）。 跨学科视野 化学：溶解平衡、结晶放热。 物理：热传递、物态变化。 工程：材料选择（袋体耐热性）、密封技术。 责任延伸 这种发热袋无明火、无污染、可循环，是绿色化学产品的典范。 鼓励学生思考如何改进包装（如增加保温层）或调节配方（加入其他盐类调节温度），设计更人性化的暖手产品。 五、板书设计 主题：发热袋的模拟制作 1、核心原理 物质：醋酸钠过饱和溶液 变化：液态 → 固态（结晶） 能量：化学能 → 热能（放热） 触发：弯折金属片（提供晶核/震动） 2、制作流程 计算配比 → 加热溶解 → 趁热灌装 → 密封冷却 3、关键操作 溶质过量（确保饱和） 防止杂质（避免提前结晶） 密封良好（保证重复使用） 4、复原方法 放入热水中加热（固态 → 液态，吸热） 六、教学评价 过程评价：小组合作是否默契，计算是否准确，操作是否规范（特别是加热与密封）。 成果评价：发热袋能否成功触发，发热效果是否明显，是否能重复使用。 素养评价：能否用科学原理解释现象，是否具备产品优化意识。 七、教学反思 本课是典型的跨学科实践活动，将抽象的“溶解度”与“结晶”知识转化为具象的产品制作。教学中应重点关注学生对“过饱和”这一反直觉概念的理解，通过对比“普通饱和溶液”与“过饱和溶液”的稳定性来突破难点。在制作环节，学生容易因水分蒸发过多或混入杂质导致实验失败，教师需加强巡视指导，并引导学生将“失败”转化为探究“影响结晶因素”的宝贵资源，培养其抗挫折能力和科学探究精神。 学科网（北京）股份有限公司 $