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

跨学科实践活动6 发热袋的模拟制作 教学设计 沪教版《义务教育教科书·化学》九年级下册 第7章 探索溶解现象 一、教材分析 本活动选自2024年沪教版九年级下册第7章“探索溶解现象”的跨学科实践活动6。教材以生活中常见的发热袋为真实情境，引导学生研究发热袋的发热原理及使用方法，并模拟制作简易发热袋。内容融合溶解现象、溶解时热量变化等核心知识，兼具化学与物理、材料科学等跨学科要素，是落实科学探究与实践素养的重要载体。 二、四维核心素养 化学观念：建立物质溶解时伴随能量变化的能量观，认识溶解过程的吸热与放热现象，能从物质变化的视角解释发热袋的工作原理。 科学思维：基于实验证据推理不同物质溶解热效应的差异，构建“溶解热效应—实际应用”的思维模型，能对发热袋方案进行分析与优化。 科学探究：经历提出问题、设计方案、动手制作、测试优化的完整探究过程，规范实验操作，提升收集证据与分析论证的能力。 科学态度与责任：体会化学服务生活的价值，树立安全使用化学物质的意识和绿色环保观念，养成实事求是的科学态度。 三、教学重难点 教学重点：理解发热袋的发热原理，掌握不同物质溶解时的热量变化现象，完成简易发热袋的模拟制作与测试。 教学难点：从微观角度解释溶解时热量变化的原因，结合跨学科知识优化发热袋制作方案，区分溶解热效应与化学反应放热的不同。 四、设计意图 本设计以任务式活动为主线，将教材中“研究发热袋原理”和“模拟制作发热袋”两个任务转化为学生可动手的探究项目。通过真实情境导入激发学生兴趣，以分组实验探究不同物质溶解的热效应，再以制作发热袋为核心任务，让学生在“做中学”中深化对溶解现象与能量变化的理解。设计注重跨学科融合，将化学的溶解知识与物理的热传递、材料选择相结合，引导学生在解决真实问题中发展科学探究能力和创新思维。同时融入安全教育和环保意识，培养学生的科学态度与社会责任。 五、教学过程 任务一 情境导入——生活中的“发热”秘密 任务情境：教师出示一只市售的凝胶暖手贴（掰掰热），向学生展示外包装上的产品说明，包括品名、主要成分和使用方法。教师轻轻掰动袋内的金属片，瞬间袋内透明液体逐渐变为白色固体，同时教师将发热袋传递给前排学生触摸，让全班同学依次感受温度变化。 教师活动：教师引导学生观察发热袋的变化，提出层层递进的问题：大家刚才触摸到发热袋有什么感受？袋内的液体为什么会在掰动金属片后迅速变成固体？这种变化过程中热量从哪里来？它与我们本章学习的溶解现象有什么联系？教师进一步追问：生活中还有哪些类似的发热产品？它们的发热原理都一样吗？ 学生活动：学生分组传阅发热袋，用手触摸感受温度，观察袋内物质由液态变为固态的现象。学生围绕教师提出的问题展开小组讨论，结合生活经验分享自己见过的暖宝宝、发热眼罩、暖手宝等产品，初步猜测发热袋的发热可能与物质状态变化或溶解过程有关。各组发言人记录本组的猜想和疑问。 设计意图：从学生熟悉的生活物品入手，通过真实的触摸体验激发探究兴趣。教师用问题链引导学生从现象走向本质，将生活中的发热现象与本章溶解知识建立联系，为后续的任务探究做好情境铺垫和认知准备。 任务二 研究发热袋的发热原理及使用方法 任务情境：教师发放市售发热袋的样品和产品说明书，布置教材活动任务一：研究发热袋的发热原理及使用方法。学生以小组为单位，结合教材提供的资料卡，查阅并讨论发热袋内部物质的组成、发热触发方式、发热条件以及重复使用的方法。 教师活动：教师引导学生仔细阅读产品包装上的说明文字，指导学生关注“过饱和醋酸钠溶液”“金属片”“掰曲”等关键词。教师在学生讨论过程中巡回指导，针对学生提出的疑问进行点拨：为什么液体在常温下没有结晶？为什么掰动金属片后会结晶？结晶过程为什么会释放热量？教师配合多媒体课件展示醋酸钠溶解与结晶的微观示意图，帮助学生理解过饱和溶液处于不稳定状态，受到外界扰动后溶质晶体迅速析出，结晶过程中释放出热量。教师还补充说明：市售发热袋使用后只需放入沸水中加热一段时间，晶体重新溶解，冷却后又可恢复为过饱和溶液，实现重复使用。 学生活动：学生分组观察发热袋的外观结构，阅读产品说明书和教材资料卡，记录袋内物质的名称和使用方法。学生动手尝试掰动金属片，观察结晶过程，用温度计测量发热袋的最高温度并记录。小组讨论以下问题：为什么要使用过饱和溶液而不是普通溶液？金属片起到了什么作用？结晶放热与物质溶解放热有什么异同？学生结合教材中关于溶解度与温度关系的知识，理解温度越高醋酸钠溶解越多，高温溶解后缓慢冷却形成过饱和溶液，一旦受到扰动便结晶析出并放热。各组整理讨论结果，准备在全班交流。 设计意图：本环节对应教材活动任务一，让学生通过观察、阅读、讨论和动手操作，自主探究市售发热袋的发热原理。教师以问题串为支架，将宏观现象与微观本质相联系，帮助学生建立“过饱和溶液—结晶—放热”的认识链条，同时复习巩固溶解度与温度关系的旧知，为后续模拟制作做好原理铺垫。 任务三 实验探究——哪些物质溶解时会放热 任务情境：教师引导学生回顾本章所学内容，提出核心问题：除了醋酸钠结晶放热，我们还学过哪些物质溶解时会伴随热量变化？如果让你用实验室常见的固体药品和水来模拟制作发热袋，应该选择哪些物质？教师宣布本环节任务：分组探究四种常见固体物质溶于水前后的温度变化，从中筛选出适合制作发热袋的溶质。 教师活动：教师明确实验目的：测量并比较氢氧化钠固体、硝酸铵固体、氯化钠固体、无水氯化钙四种物质溶解于水前后的温度变化，判断哪些物质溶解放热、哪些吸热、哪些无明显变化。教师强调操作规范：使用温度计测量水温时玻璃泡要完全浸入水中且不接触烧杯底部和内壁；读数时视线与液柱上表面相平；用药匙取用药品后及时擦拭干净；用玻璃棒搅拌时沿同一方向轻轻搅动，避免液体溅出。教师特别提醒：氢氧化钠固体具有腐蚀性，切勿用手直接接触，若不慎沾到皮肤上应立即用大量清水冲洗。教师分发实验记录表，指导学生设计表格记录初始温度、加入药品后的最高或最低温度以及温度变化值。 学生活动：学生以四人小组为单位进行实验，组内分工明确：操作员负责取用药品和搅拌，记录员负责填写实验记录表，观察员负责观察现象并读数，发言人负责汇报结果。各组按照实验步骤进行操作：先向四个烧杯中分别加入等量的蒸馏水，用温度计测量并记录初始温度；然后分别向四个烧杯中加入等量的氢氧化钠固体、硝酸铵固体、氯化钠固体和无水氯化钙，用玻璃棒轻轻搅拌使其充分溶解；在溶解过程中观察溶液的变化，用温度计测量并记录溶解后达到的最高温度或最低温度。实验过程中学生认真观察：加入氢氧化钠固体和无水氯化钙的烧杯外壁明显发热，温度计示数升高；加入硝酸铵固体的烧杯外壁发凉，温度计示数下降；加入氯化钠固体的烧杯温度几乎没有变化。各组将数据汇总到实验记录表中，计算温度变化值，对比分析四种物质的热效应差异。 教师引导分析：教师组织各组汇报实验数据，将各组数据板书汇总。引导学生分析：哪种物质溶解时放热最明显？哪种适合制作发热袋？哪种溶解时吸热？它又适合制作什么？学生通过数据对比得出结论：氢氧化钠固体和无水氯化钙溶于水时放热明显，其中无水氯化钙腐蚀性较小、安全性更高，更适合学生动手制作发热袋；硝酸铵固体溶于水时吸热，适合用于制作冷敷袋；氯化钠固体溶于水时温度无明显变化，不适合用于发热或冷敷产品。教师进一步从微观角度解释：物质溶解时同时发生两个过程——溶质微粒向水中扩散需要吸收热量，溶质微粒与水分子结合形成水合微粒会放出热量。最终溶液温度升高还是降低，取决于这两个过程吸收和放出热量的相对大小。如果放出的热量大于吸收的热量，溶液温度升高；反之则温度降低；如果两者相当，温度变化不明显。 设计意图：本环节是连接理论知识与实践制作的桥梁。学生通过完整的探究过程，亲手测量和对比不同物质溶解时的温度变化，用实验数据作为证据推理出适合制作发热袋的溶质。教师强调操作规范和安全事项，落实科学探究素养。微观解释环节帮助学生从宏观现象深入到微观本质，突破教学难点。 任务四 模拟制作简易发热袋 任务情境：教师宣布进入教材活动任务二——简易发热袋的模拟制作。基于前一环节的探究结论，各组选择无水氯化钙作为发热药品，利用双层自封袋设计制作一款可模拟使用的发热袋。教师展示制作样品，讲解设计思路：外层大袋装入无水氯化钙固体，内层小袋装水，两个袋子分开密封；使用时捏破内层小袋，让水与外层袋中的固体充分接触，即可产生热量。 教师活动：教师讲解制作步骤和关键要点：第一步，取一个小自封袋，加入适量蒸馏水，密封严实后挤压检查是否漏气漏水；第二步，取一个大自封袋，向其中加入称量好的无水氯化钙固体；第三步，将装水的小自封袋小心放入大自封袋中，确保小袋不破损，然后密封大自封袋；第四步，使用时用力捏破小自封袋，使水与无水氯化钙充分接触，轻轻摇动大自封袋使药品与水混合均匀。教师提醒学生：捏破小袋后不要用力挤压大袋，以免大袋破裂漏液；感受到发热后用毛巾包裹袋体防止烫伤；测量温度时将温度计通过袋口插入溶液中读数，注意不要损坏自封袋。 学生活动：各组按照制作步骤分工合作完成发热袋的组装。学生先用量筒量取蒸馏水注入小自封袋，仔细检查密封性后将小袋放入大自封袋；再用托盘天平称量无水氯化钙固体，倒入大自封袋中；最后密封大自封袋，做好组别标记。制作完成后，各组进行试操作：用力捏破小自封袋，听到水流入大袋的声音，轻轻摇晃使水与无水氯化钙充分混合。学生用手触摸袋壁感受温度变化，用温度计测量袋内溶液的最高温度并记录。学生观察到袋内固体逐渐溶解，袋子明显变热，有的组还发现袋壁上出现少量水珠。学生在实验记录表中记录本组发热袋的配料用量、最高温度和发热感受。 安全与环保提示：教师在学生操作过程中巡回指导，反复强调安全注意事项：不要用手直接接触无水氯化钙固体；发热袋温度较高时不要长时间紧握，防止低温烫伤；实验结束后将废液倒入教师指定的回收容器中，不要直接倒入下水道；剩余药品交还老师统一处理。教师结合这些提示引导学生思考：为什么实验室废液不能随意倾倒？这样做对环境有什么影响？ 设计意图：本环节是本节课的核心实践活动，对应教材任务二。学生将前一环节的探究结论应用到实际制作中，经历从设计方案到动手制作的完整过程。双层自封袋的设计巧妙地模拟了市售发热袋“用时激活”的使用方式，让学生理解化学原理在产品设计中的应用。安全与环保提示融入操作过程，培养学生的安全意识和绿色化学观念。 任务五 测试与优化 任务情境：各组发热袋制作完成后，教师提出新的挑战：怎样让发热袋的发热效果更好？怎样让发热持续时间更长？怎样让发热更均匀？教师布置任务五：测试本组发热袋的性能，分析影响发热效果的因素，提出至少两条优化方案，并尝试改进。 教师活动：教师引导学生从多个维度评价发热袋的性能：最高温度是否足够高、发热持续时间是否足够长、发热是否均匀、袋子是否安全不漏液、是否便于携带。教师启发学生思考影响因素：药品用量的多少会怎样影响发热效果？水量的多少会怎样影响？如果用毛巾或棉布把袋子包裹起来，热量散失会怎样变化？袋子的密封性好坏对保温效果有什么影响？教师鼓励各组大胆提出假设并设计改进方案。 学生活动：各组先对自己制作的发热袋进行系统测试：用温度计测量并记录从捏破小袋开始到温度降至室温过程中的温度变化；用手触摸袋体不同位置，感受发热是否均匀；观察袋子是否有渗漏现象；感受袋子的整体重量和便携性。测试完成后，小组讨论分析：本组发热袋的优点和不足分别是什么？哪些因素影响了发热效果？学生提出优化方案，例如：增加无水氯化钙的用量可以提高最高温度；减少水量可以提高溶液浓度、加快溶解速度；用毛巾包裹发热袋可以减少热量散失、延长发热时间；选择密封性更好的自封袋可以防止漏液。各组根据讨论结果选择一到两项方案进行改进，重新制作或调整发热袋，再次测试对比效果。 设计意图：本环节培养学生的工程思维和创新意识。学生不仅要“做出来”，还要“测一测”“想一想”“改一改”，经历产品测试、问题分析、方案优化的完整迭代过程。这与物理学科的热传递知识自然融合——减少热量散失可以延长发热时间，体现了跨学科实践的价值。 任务六 展示评价与总结反思 任务情境：教师组织各组展示制作完成的发热袋样品和测试数据，举办“发热袋产品发布会”。每组派代表介绍本组的设计思路、配料方案、测试结果和优化改进过程，其他小组进行提问和评价。 教师活动：教师引导学生从多个维度进行互评：发热效果（最高温度、持续时间）、安全性（是否漏液、是否防烫）、便携性（重量、体积）、创新性（设计思路是否新颖）、团队协作（分工是否合理、操作是否规范）。教师在学生展示后进行点评，肯定各组的创新尝试和严谨态度，同时指出普遍存在的问题和改进方向。教师梳理本节课的知识脉络：从生活中的发热袋出发，探究了溶解时的吸热与放热现象，理解了发热袋的发热原理，动手模拟制作了简易发热袋，并对产品进行了测试与优化。教师还补充拓展：市售暖宝宝贴的发热原理与我们今天制作的发热袋不同，暖宝宝贴利用铁粉在空气中氧化生锈放热，这是一个化学反应过程，属于化学变化；而我们今天制作的发热袋利用物质溶解时的热效应，属于物理变化。两者虽然都能放热，但变化类型不同。 学生活动：各组代表上台展示发热袋样品，演示捏破小袋激活发热的过程，展示本组的实验记录表和测试数据，介绍优化方案和改进效果。其他小组认真倾听，提出问题和建议，填写课堂互评表。学生在教师引导下回顾本节课的学习收获：知道了哪些物质溶解时放热、哪些吸热；理解了发热袋的发热原理；学会了用双层自封袋制作简易发热袋；体会到了化学知识在生活中的广泛应用。学生反思自己在实验操作中的不足之处，如温度计读数不够准确、药品称量有误差、袋口密封不够紧密等，提出今后的改进方向。 作业布置：教师布置课后任务：观察家中的发热产品（如暖宝宝贴、发热眼罩、暖手宝等），查阅产品说明书或上网查找资料，分析其发热原理属于溶解放热还是化学反应放热，整理成一份简短的探究报告。此外，完成本节课的实验报告，包括实验目的、实验步骤、实验现象、数据记录、结论与反思。 设计意图：展示评价环节为学生提供了表达交流和互相学习的平台，多元评价维度促进了学生的全面发展。教师对溶解放热与化学反应放热的区分讲解，帮助学生厘清易混淆概念。课后探究任务将课堂学习延伸到生活中，培养学生持续探究的兴趣和自主学习的能力。 六、板书设计 标题 跨学科实践活动6 发热袋的模拟制作 一、发热原理 物质溶解时伴随热量变化 放热：氢氧化钠固体、无水氯化钙 吸热：硝酸铵固体 无明显变化：氯化钠固体 微观本质：扩散吸热与水合放热的差值 二、市售发热袋 过饱和醋酸钠溶液 + 金属片 掰动金属片→触发结晶→放热 沸水加热→复原→重复使用 三、模拟制作步骤 小袋装水→大袋装无水氯化钙 放入小袋→密封大袋 捏破小袋→混合均匀→发热 四、跨学科要点 化学：溶解热效应、溶解度 物理：热传递、温度测量 材料：密封袋、保温设计 五、安全与环保 腐蚀性药品勿直接接触 防烫伤、防漏液 废液集中回收、绿色处理 六、学以致用 发热袋→取暖、热敷 硝酸铵溶解吸热→冷敷袋 化学变化放热≠物理变化放热 学科网（北京）股份有限公司 $