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摘要：在暖宝宝发热原理探析的校本实践中，通过推测猜想→方案设计→实验探究→数据分析→结果讨论，得出暖宝宝发生铁的吸氧腐蚀而放热的结论，加强了所学知识的理解与应用，有效突破了教学难点，培养了学生“实验探究、创新意识及模型建构”的化学核心素养。
关键词：校本课程；暖宝宝；实验探究；核心素养
文章编号：1008-0546（2018）11-0086-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.028
一、问题提出
“实验探究与创新意识”是高中化学核心素养的重要方面 [1]，新形势下基础教育尤其要加强学生核心素养的培养。目前高中化学实验的方法与步骤大多是事先设置好的，学生只要按部就班地进行实验验证即可，缺少探究、创新的过程，不利于学生核心素养的培养。如吸氧腐蚀是高中化学教学的难点 [2]，按课本上的设计进行实验，不仅现象不明显、占用课堂时间长，且缺少思考探究的过程。类似问题长期困扰着我们的教学，而常规课堂又没有充足时间去解决，为此，我们利用“生活中的化学”校本课程，对课堂教学中的重难点问题进行拓展探究，突破教学难点、培养核心素养。
我校“生活中的化学”校本课程对常规课堂教学进行了有益拓展，为学生提供了自主合作探究的平台，从贴近生活的身边物质入手，易产生亲切感、激发探究欲。本文以生活中的暖宝宝为例探析其发热原理，灵活应用所学知识思考探究、创新设计，真正培养了学生探究与创新的能力，并对实验探究进行了模型建构，具体阐述如下。
二、认识暖宝宝
暖宝宝最早由日本人发明，现国内也大量生产，如：保暖贴、发热贴、取暖片、一贴热、热敷贴等，叫法不同但产品大同小异。暖宝宝是一次性取暖用品，撕开外袋即可发热，可保持8-18小时左右，安全舒适，是冬季户外活动的必备用品。随着生活水平的提高，暖宝宝已广泛应用到人们的日常生活中，可防止肌肉过冷紧张、手部冻伤，缓解腰痛、腿痛、肩痛和其他生理病痛，预防感冒等。
从图1产品说明可知暖宝宝的主要成分是：铁粉、水、活性碳、蛭石、吸水性树脂、食盐等。其中蛭石是一种铁镁质铝硅酸盐矿物，成分为Mg0.5（H2O）4Mg3（OH）2，因加热时能迅速膨胀，弯曲呈水蛭状而得名，是首屈一指的超级保温材料，它还将活性炭、铁粉分散开来，避免暖宝宝中的填充物发热太快而灼伤皮肤。
三、发热原理探究
阵阵寒潮袭来，暖宝宝一贴即热，方便易带，成为不少爱美人士的生活必备，那么大家有没有想过暖宝宝的发热原理是什么呢？下面对其发热原理进行探究。
1.原理推测
剪开暖宝宝的无纺布袋，发现使用前内容物是灰黑色固体，而使用后变成红棕色的铁锈，前后对比如图2所示。那么铁锈是如何形成的？铁、活性炭、盐和水又有什么作用呢？根据原料组成及原电池原理的知识，经分析初步推测暖宝宝工作时发生了铁的吸氧腐蚀，Fe是负极，C是正极，NaCl与水形成电解质溶液，在氧气参与下发生了原电池反应而放热。有了初步的推测猜想，接下来就要通过实验探究来判断猜测是否正确。
2.探究方案设计
首先开动脑筋、思考分析，应用所学知识设计探究方案，并充分论证方案的科学性、可行性，确保探究结果可靠、有说服力。综合考虑校本课程的实验条件，最后探究方案設计如下：实验装置如图3所示，右端玻璃管插入品红溶液，根据导管内液柱的变化来判断体系压强的变化；用温度计测量暖宝宝工作时的温度变化；一段时间后用水淋洗袋内物质，再用pH试纸检测淋洗液的酸碱性；根据密闭体系中暖宝宝工作时温度、压强及pH的变化分析其工作原理。实验仪器与药品有吸滤瓶、温度计、单孔橡皮塞、玻璃导管、止水夹、乳胶管、暖宝宝、pH试纸等，都是实验室的常见用品，简单易得，就地取材，便于探究实验的开展。
3.步骤与现象
按设计好的实验方案，开始探究暖宝宝发热原理，具体步骤及现象如下：
（1）按图3组装仪器，检查装置的气密性，观察温度计，记录实验时室温为16℃。
（2）拆开暖宝宝的包装袋，撕下外面的一层贴膜，再把它包裹在温度计周围，让其粘贴在温度计上，然后把包裹有暖宝宝的温度计插入吸滤瓶，仔细观察现象。
（3）可以看到玻璃管中的品红液面不断上升，当液柱快接近顶端时，用止水夹夹紧乳胶管，防止液体倒流入吸滤瓶。
（4）同时观察温度计的变化，发现酒精温度计的红色液柱也在不断上升，几分钟后温度即达到40多度，比室温高出许多。
（5）一段时间后取出暖宝宝，用装有蒸馏水的针筒向反应后的暖宝宝内部注水，淋洗反应后的物质，并用pH试纸检测淋洗液的酸碱性，测得pH约为9。
4.结论
上述玻璃导管内品红液面不断上升表明体系压强不断减小，温度计测得暖宝宝温度在不断升高，说明暖宝宝工作时消耗了氧气并放出热量，淋洗液的pH约为9则表明反应生成了碱性物质。综合分析上述探究结果，可得出暖宝宝发生了铁的吸氧腐蚀而放热，Fe、C、NaCl溶液构成无数微小的原电池，加快耗氧速率而相对较快放热，反应原理如下：
四、问题与讨论
1.气压减小一定是氧气参与了反应吗？
液柱上升表明瓶内气压变小，但不能证明一定是氧气参与了反应，也可能是空气中氮气、二氧化碳、水蒸气参与了反应。为此，我们采用纯氧代替空气做了对比实验，排除了空气中其他气体的干扰，数据对比如表1。
结果表明，用纯氧代替空气，液柱上升更快，短时间内产生明显现象，即铁的腐蚀速率加快。因排除了其他气体的干扰，对比实验证明氧气确实参与了电极反应，且氧气浓度越大耗氧放热速率越快。
2.暖宝宝为何能可控持久地发热？ 暖宝宝发热一般能持续10小时左右，它是如何做到恒定持久发热的？原来暖宝宝在制作时，为了使温度持续更长，使用了矿物材料蛭石来保温，且产品内袋由原料层、无纺布袋和明胶层组成，其中无纺布袋是用微孔透气膜制作的。产品在使用前真空包装，去掉外袋后氧气通过透气膜进入，利用原电池反应加快氧化速度而明显放热，放热的时间和温度就是由透气膜的透氧速率进行控制的。如果透氧速率太快，热量很快就放掉了，可能烫伤皮肤，如果透氧速率太慢，就没有什么温度了，达不到保暖的目的，故产品质量与透气膜的透氧速率密切相关。
3.暖宝宝贮存与使用注意事项
理论来自于实践，反过来又指导实践，懂得了暖宝宝的发热原理，就知道如何正确贮存和使用。铁的吸氧腐蚀需要氧气、氯化钠水溶液的参与，故暖宝宝要在密封、干燥、阴凉的环境中贮存，防止氧气、水及环境温度的影响而加快反应速率。通过发热原理的探析，我们也懂得了使用的注意事项：①避免真空塑料包装袋损伤或破坏，否则产品会失效；②不宜在较潮湿的环境中使用，否则加速氧化放热而造成烫伤；③贴于内衣的外侧，不要直接贴于人体皮肤上，晚上睡觉时不宜使用，防止低温烫伤；④孕妇、婴儿、糖尿病和血液循环障碍者、皮肤热敏感度低者慎用等。可见，只有真正懂得了科学原理，才能做到学以致用，避免使用不当而影响安全与健康。
五、实践反思
高中教材中的实验大多是事先设计好的验证性实验，学生思考探究的成分不多，不能真正培养学生探究与创新的能力，“生活中的化学”校本课程能有效弥补这一不足。暖宝宝发热原理探析的校本实践，思路清晰、科学严谨、层层推进、说服力强，符合学生的认知规律和思维发展过程，是真正意义的实验探究。从问题提出到实验方案的设计，充分调动了学生的思维潜能和创造力，提高了分析问题、解决问题的能力，有利于学生学科素养、探究能力、创新意识的养成，符合当前新课改倡導的核心素养的培养。同时在实践中建构了实验探究模型：问题提出→推测猜想→方案设计→实验探究→数据分析→结果讨论，对学生今后实验探究的开展具有一定的指导意义。
在注重“实验探究与创新意识”培养的同时，也不失时机地渗透辩证思想。生活中铁的吸氧腐蚀给人类带来巨大的经济损失，但我们要辩证地看待这一问题，利用人类的知识和智慧探究事物本质，转化矛盾、趋利避害，暖宝宝就是利用铁吸氧腐蚀、变害为利的典型生活案例。
“生活中的化学”校本实践，是从身边熟悉的事物入手，利用校本时间和实验室资源，对课堂中的重难点问题进行探究，是常规课堂的有益拓展。校本课程有它独特的优势，可直接在实验室进行，方便实验器材的获取和灵活机动的探究，为自主探究、自由创新提供了更多的时间与空间，更有利于学生创新潜能的发挥。新课改背景下校本课程的开展为学生提供了合作探究的平台，有利于实现学生个性化特长发展，在核心素养培养方面必将发挥重要的作用。
参考文献
[1] 王云生.基础教育阶段学科核心素养及其确定——以化学学科核心素养为例[J].福建基础教育研究，2016（2）：7-9
[2] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书：化学反应原理（选修4）（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：85
关键词：校本课程；暖宝宝；实验探究；核心素养
文章编号：1008-0546（2018）11-0086-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.028
一、问题提出
“实验探究与创新意识”是高中化学核心素养的重要方面 [1]，新形势下基础教育尤其要加强学生核心素养的培养。目前高中化学实验的方法与步骤大多是事先设置好的，学生只要按部就班地进行实验验证即可，缺少探究、创新的过程，不利于学生核心素养的培养。如吸氧腐蚀是高中化学教学的难点 [2]，按课本上的设计进行实验，不仅现象不明显、占用课堂时间长，且缺少思考探究的过程。类似问题长期困扰着我们的教学，而常规课堂又没有充足时间去解决，为此，我们利用“生活中的化学”校本课程，对课堂教学中的重难点问题进行拓展探究，突破教学难点、培养核心素养。
我校“生活中的化学”校本课程对常规课堂教学进行了有益拓展，为学生提供了自主合作探究的平台，从贴近生活的身边物质入手，易产生亲切感、激发探究欲。本文以生活中的暖宝宝为例探析其发热原理，灵活应用所学知识思考探究、创新设计，真正培养了学生探究与创新的能力，并对实验探究进行了模型建构，具体阐述如下。
二、认识暖宝宝
暖宝宝最早由日本人发明，现国内也大量生产，如：保暖贴、发热贴、取暖片、一贴热、热敷贴等，叫法不同但产品大同小异。暖宝宝是一次性取暖用品，撕开外袋即可发热，可保持8-18小时左右，安全舒适，是冬季户外活动的必备用品。随着生活水平的提高，暖宝宝已广泛应用到人们的日常生活中，可防止肌肉过冷紧张、手部冻伤，缓解腰痛、腿痛、肩痛和其他生理病痛，预防感冒等。
从图1产品说明可知暖宝宝的主要成分是：铁粉、水、活性碳、蛭石、吸水性树脂、食盐等。其中蛭石是一种铁镁质铝硅酸盐矿物，成分为Mg0.5（H2O）4Mg3（OH）2，因加热时能迅速膨胀，弯曲呈水蛭状而得名，是首屈一指的超级保温材料，它还将活性炭、铁粉分散开来，避免暖宝宝中的填充物发热太快而灼伤皮肤。
三、发热原理探究
阵阵寒潮袭来，暖宝宝一贴即热，方便易带，成为不少爱美人士的生活必备，那么大家有没有想过暖宝宝的发热原理是什么呢？下面对其发热原理进行探究。
1.原理推测
剪开暖宝宝的无纺布袋，发现使用前内容物是灰黑色固体，而使用后变成红棕色的铁锈，前后对比如图2所示。那么铁锈是如何形成的？铁、活性炭、盐和水又有什么作用呢？根据原料组成及原电池原理的知识，经分析初步推测暖宝宝工作时发生了铁的吸氧腐蚀，Fe是负极，C是正极，NaCl与水形成电解质溶液，在氧气参与下发生了原电池反应而放热。有了初步的推测猜想，接下来就要通过实验探究来判断猜测是否正确。
2.探究方案设计
首先开动脑筋、思考分析，应用所学知识设计探究方案，并充分论证方案的科学性、可行性，确保探究结果可靠、有说服力。综合考虑校本课程的实验条件，最后探究方案設计如下：实验装置如图3所示，右端玻璃管插入品红溶液，根据导管内液柱的变化来判断体系压强的变化；用温度计测量暖宝宝工作时的温度变化；一段时间后用水淋洗袋内物质，再用pH试纸检测淋洗液的酸碱性；根据密闭体系中暖宝宝工作时温度、压强及pH的变化分析其工作原理。实验仪器与药品有吸滤瓶、温度计、单孔橡皮塞、玻璃导管、止水夹、乳胶管、暖宝宝、pH试纸等，都是实验室的常见用品，简单易得，就地取材，便于探究实验的开展。
3.步骤与现象
按设计好的实验方案，开始探究暖宝宝发热原理，具体步骤及现象如下：
（1）按图3组装仪器，检查装置的气密性，观察温度计，记录实验时室温为16℃。
（2）拆开暖宝宝的包装袋，撕下外面的一层贴膜，再把它包裹在温度计周围，让其粘贴在温度计上，然后把包裹有暖宝宝的温度计插入吸滤瓶，仔细观察现象。
（3）可以看到玻璃管中的品红液面不断上升，当液柱快接近顶端时，用止水夹夹紧乳胶管，防止液体倒流入吸滤瓶。
（4）同时观察温度计的变化，发现酒精温度计的红色液柱也在不断上升，几分钟后温度即达到40多度，比室温高出许多。
（5）一段时间后取出暖宝宝，用装有蒸馏水的针筒向反应后的暖宝宝内部注水，淋洗反应后的物质，并用pH试纸检测淋洗液的酸碱性，测得pH约为9。
4.结论
上述玻璃导管内品红液面不断上升表明体系压强不断减小，温度计测得暖宝宝温度在不断升高，说明暖宝宝工作时消耗了氧气并放出热量，淋洗液的pH约为9则表明反应生成了碱性物质。综合分析上述探究结果，可得出暖宝宝发生了铁的吸氧腐蚀而放热，Fe、C、NaCl溶液构成无数微小的原电池，加快耗氧速率而相对较快放热，反应原理如下：
四、问题与讨论
1.气压减小一定是氧气参与了反应吗？
液柱上升表明瓶内气压变小，但不能证明一定是氧气参与了反应，也可能是空气中氮气、二氧化碳、水蒸气参与了反应。为此，我们采用纯氧代替空气做了对比实验，排除了空气中其他气体的干扰，数据对比如表1。
结果表明，用纯氧代替空气，液柱上升更快，短时间内产生明显现象，即铁的腐蚀速率加快。因排除了其他气体的干扰，对比实验证明氧气确实参与了电极反应，且氧气浓度越大耗氧放热速率越快。
2.暖宝宝为何能可控持久地发热？ 暖宝宝发热一般能持续10小时左右，它是如何做到恒定持久发热的？原来暖宝宝在制作时，为了使温度持续更长，使用了矿物材料蛭石来保温，且产品内袋由原料层、无纺布袋和明胶层组成，其中无纺布袋是用微孔透气膜制作的。产品在使用前真空包装，去掉外袋后氧气通过透气膜进入，利用原电池反应加快氧化速度而明显放热，放热的时间和温度就是由透气膜的透氧速率进行控制的。如果透氧速率太快，热量很快就放掉了，可能烫伤皮肤，如果透氧速率太慢，就没有什么温度了，达不到保暖的目的，故产品质量与透气膜的透氧速率密切相关。
3.暖宝宝贮存与使用注意事项
理论来自于实践，反过来又指导实践，懂得了暖宝宝的发热原理，就知道如何正确贮存和使用。铁的吸氧腐蚀需要氧气、氯化钠水溶液的参与，故暖宝宝要在密封、干燥、阴凉的环境中贮存，防止氧气、水及环境温度的影响而加快反应速率。通过发热原理的探析，我们也懂得了使用的注意事项：①避免真空塑料包装袋损伤或破坏，否则产品会失效；②不宜在较潮湿的环境中使用，否则加速氧化放热而造成烫伤；③贴于内衣的外侧，不要直接贴于人体皮肤上，晚上睡觉时不宜使用，防止低温烫伤；④孕妇、婴儿、糖尿病和血液循环障碍者、皮肤热敏感度低者慎用等。可见，只有真正懂得了科学原理，才能做到学以致用，避免使用不当而影响安全与健康。
五、实践反思
高中教材中的实验大多是事先设计好的验证性实验，学生思考探究的成分不多，不能真正培养学生探究与创新的能力，“生活中的化学”校本课程能有效弥补这一不足。暖宝宝发热原理探析的校本实践，思路清晰、科学严谨、层层推进、说服力强，符合学生的认知规律和思维发展过程，是真正意义的实验探究。从问题提出到实验方案的设计，充分调动了学生的思维潜能和创造力，提高了分析问题、解决问题的能力，有利于学生学科素养、探究能力、创新意识的养成，符合当前新课改倡導的核心素养的培养。同时在实践中建构了实验探究模型：问题提出→推测猜想→方案设计→实验探究→数据分析→结果讨论，对学生今后实验探究的开展具有一定的指导意义。
在注重“实验探究与创新意识”培养的同时，也不失时机地渗透辩证思想。生活中铁的吸氧腐蚀给人类带来巨大的经济损失，但我们要辩证地看待这一问题，利用人类的知识和智慧探究事物本质，转化矛盾、趋利避害，暖宝宝就是利用铁吸氧腐蚀、变害为利的典型生活案例。
“生活中的化学”校本实践，是从身边熟悉的事物入手，利用校本时间和实验室资源，对课堂中的重难点问题进行探究，是常规课堂的有益拓展。校本课程有它独特的优势，可直接在实验室进行，方便实验器材的获取和灵活机动的探究，为自主探究、自由创新提供了更多的时间与空间，更有利于学生创新潜能的发挥。新课改背景下校本课程的开展为学生提供了合作探究的平台，有利于实现学生个性化特长发展，在核心素养培养方面必将发挥重要的作用。
参考文献
[1] 王云生.基础教育阶段学科核心素养及其确定——以化学学科核心素养为例[J].福建基础教育研究，2016（2）：7-9
[2] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书：化学反应原理（选修4）（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：85