追溯歷史 拓展實驗 凸顯探究

洪燕芬

摘要：圍繞“原電池原理及應用”學科主線和“電池發展”科學史輔線，通過一系列微型實驗、拓展實驗設計與探究，幫助學生認識學科知識發展邏輯，體驗科學探究的過程，提升科學探究能力。

關鍵詞：學科邏輯；拓展實驗；科學探究；原電池；教學設計

文章編號：1005–6629（2014）6–0041–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 “原電池”教學設計思路

本課選自上海科學技術出版社高一《化學》第四章第二節“化學變化中的能量變化”，從教學內容層面分析，該節課涉及電解質溶液、氧化還原反應和物理學知識及實驗，知識的認知難度較大；從教學實踐層面分析，該節課內容屬“化學變化中的能量變化”單元，教學中較為關注原電池反應中的物質變化與能量變化，注重宏觀變化，而忽視了對“電子轉移”這一微觀本質的探討，從而可能造成部分學生對原電池的工作原理理解不足。

此外，考慮到高一學生處于化學學科觀念與方法培養的關鍵期，思維活躍，但在實驗觀察、探究、設計等方面的能力還有待提高。筆者嘗試結合化學史和系列的實驗探究，逐步深入開展原電池教學。

具體設計思路如圖1所示。

2 教學目標

2.1 知識與技能

（1）掌握構成原電池的條件；

（2）理解并掌握原電池的工作原理，能夠正確書寫電極反應式和電池反應方程式。

2.2 過程與方法

（1）通過實驗設計、操作和評價，提高觀察和分析能力，透過現象看本質的推理能力，初步掌握科學探究的一般思路和方法；

（2）通過拓展問題的深入討論，實際問題的分析預測，了解化學電池的設計理念，提升問題解決的思維品質。

2.3 情感態度價值觀

（1）感悟以實驗方法探索化學原理的樂趣，樹立以設計與應用相結合的化學學科思想；

（2）通過化學電池發展史的簡介，體會科學精神，感悟科學與技術完美結合帶給社會的進步與發展；

（3）通過介紹廢電池的污染和回收問題，提高環境保護意識和社會責任感。

3 教學過程

3.1 講述故事，引入課題（什么是原電池？）

介紹伏打電池的發現史，引出教學主題——原電池，并指出生活中形形色色的化學電池就是原電池原理和科學技術綜合應用的結果。

運用講故事的方式跟學生一起分享“電池”發明的歷史，啟發學生對科學發明和本課題的學習興趣。故事講述簡短，但十分引人入勝，為課堂順利開展奠定良好基礎。

3.2 開展系列實驗，建構新概念

化學變化伴隨著能量的變化，有熱能、光能，也能產生電能，把化學能轉化成電能的裝置就是原電池。通過一系列演示實驗，請學生仔細觀察實驗現象并思考有什么不同？最后歸納出原電池的構成條件。

系列實驗設計：將鋅片、銅片分別插入稀硫酸，觀察實驗現象（見圖2）。將鋅片和銅片用導線、靈敏電流計（G）連接后插入稀硫酸中（見圖3）。將彎曲的銅片直接放在浸入稀硫酸的鋅片上（見圖4）。

運用自行設計的創新實驗，讓學生通過實物投影，清晰觀察到實驗現象（圖3、圖4紅色的銅片上有大量的氣泡產生，猶如項鏈上一串串透亮的珍珠，消失又很快出現，鋅片上也有氣泡但基本不溢出）。學生在掌握原電池基本構成條件的同時，也開拓了思路：兩種金屬直接接觸也能構成原電池），同時也自然產生了一個新問題：銅為什么會在稀硫酸中產生氣泡？這跟鋅與稀硫酸接觸反應有什么不同？實驗活動過程層層推進，現象逼真，引發學生一陣陣驚喜。

3.3 思維引領，揭示科學本質（原電池是如何工作的？）

充分利用上述的系列實驗，設計問題鏈：“外電路電子是如何流動的？電解質溶液中陰陽離子的作用是什么？”，“如何從氧化還原反應角度解釋其中的原理？”，逐步引導學生透過實驗現象，揭示銅鋅原電池（Zn|H2SO4|Cu）的工作原理。

（鋅片）負極：Zn-2e→Zn2+（氧化反應）

（銅片）正極：2H++2e→H2↑（還原反應）

電池總反應式：Zn+2H+→Zn2++H2↑

基于上述原理分析，進一步追問：溶液中SO4 2-的總濃度有否變化？溶液pH有否變化？促使學生運用已學的氧化還原反應原理和簡單離子反應，對原電池的實質進行深刻思考，從而理解原電池原理的本質是電子轉移，并掌握原電池設計的理論基礎。

教師緊扣宏觀實驗現象，不斷引導學生透過現象看本質，層層提示微觀反應機理。師生互動愉快，教學進程流暢，學生的主動性思維得到了充分的調動。

3.4 微型實驗，提升智慧

微型實驗設計：在裝有稀硫酸的水槽中放入兩粒相同的鋅粒（見圖5a），觀察到鋅粒表面有氣泡產生；然后將一根銅絲直接接觸其中一顆鋅粒表面（見圖5b），觀察到浸入液體的銅絲表面有氣泡產生，速率更快；取出銅絲，然后用膠頭滴管在鋅粒上方垂直滴加硫酸銅溶液（見圖5c），觀察到該鋅粒表面變暗，產生氣泡的速率比另一顆鋅粒快。

結合“原電池構成條件”和“原電池工作原理”的學習，設計并演示了上述微型實驗，進一步開拓了學生的視野，形成了更多有關原電池原理和構成的深層次的思考和分析，學科知識的認識得到升華，理性思維品質得到了提升。

3.5 設計實驗，應用拓展

請學生利用桌上儀器和藥品，依據Cu2++Zn→Zn2++ Cu設計一個原電池。實驗儀器與藥品：銅片、鋅片、CuSO4溶液、H2SO4溶液、燒杯、靈敏電流計

通過設計實驗，完善并鞏固原電池的構成條件和反應原理，并對發現的新問題“鋅片變暗，有銅析出”現象進行及時引導與解決，并由此引出丹尼爾電池（見圖6）。

依據原理設計原電池的實驗活動，初步培養了學生的實驗設計意識和能力，同時進一步鞏固了學生對原電池原理的理解；此外，本環節引入歷史上的丹尼爾電池，通過分析該電池的設計思想，實現了原電池原理及應用的深化。

3.6 聯系生活中的化學電池，把握設計的技術問題（如何使原電池成為具有持續穩定電流的化學電池？）

引導學生思考“自發的氧化還原反應有很多，是否都能設計成實用的化學電池呢？”，“在設計過程中還需要考慮哪些技術問題？”，“還可能延伸出什么學科問題呢？”接著向學生說明：從科學原理到實際應用其實是一個不斷創新的系統工程，生活中隨處可見的化學電池就是化學學科原理與科學技術完美結合的成功案例。繼而選取干電池和燃料電池以及最新“嫦娥奔月”及“玉兔”月球車中攜帶電池，帶領學生通過資料收集和分析，了解上述電池的設計和發展。

從生活中熟知的電池入手，通過問題設置，由淺入深，讓學生體驗學科基礎知識的重要性、科學技術的復雜性，側重培養學生緊密結合學科知識，多角度綜合分析和解決問題的能力。

3.7 課堂總結，突出核心理論

原電池的構成最重要的內部條件是自發氧化還原反應。電池供電能力首先取決于組成原電池的反應物的氧化還原能力，同時裝置設計的合理性（例如電極表面積）以及影響電極反應條件（如電解質溶液）等有著重要的影響作用。

3.8 作業布置，重在探究

設計三個不同要求、不同性質的作業，其來源于教材，高于教材，具體如下：

（1）書寫完成高一化學教材P91上的作業。（2）我國首創以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標志燈已經研制成功。運用所學的化學知識，推測并討論該電池兩極上可能發生的電極反應。（3）利用家庭中常用的食品：植物油、咖啡、牛奶、蘋果汁、醋、檸檬汁、鹽水等，生活中不同的金屬材料或其他導電材料，制作各種電極不同形式的化學電池，通過設計表格，制定個性化的實驗報告。

作業設計充分挖掘教材資源，既有雙基訓練，又有鋁電池相關知識討論與拓展。另外，通過課外家庭水果電池實驗，進一步加強學生學習化學的興趣和探究方法的實踐應用。

4 教學反思

本課設計依據課程標準和教材，密切結合學生已有經驗，讓學生在化學史和熟悉的對象或現象中發現新問題，建立新認識，解決新問題。同時利用系列實驗、微型實驗開展有序而深入的實驗探究，幫助學生理解概念、完善理論，提高學生的科學素養和思維能力。總而言之，本課設計緊扣原電池主線，層層遞進，思路嚴密，凸顯了化學史和實驗教學的認知功能，為學生思維品質的提升和問題解決能力發展奠定了基礎。

參考文獻：

[1]姚子鵬主編.高中化學一年級第一學期（試用本）[M].上海：上海科學技術出版社，2011：88～90.

依據原理設計原電池的實驗活動，初步培養了學生的實驗設計意識和能力，同時進一步鞏固了學生對原電池原理的理解；此外，本環節引入歷史上的丹尼爾電池，通過分析該電池的設計思想，實現了原電池原理及應用的深化。

3.6 聯系生活中的化學電池，把握設計的技術問題（如何使原電池成為具有持續穩定電流的化學電池？）

引導學生思考“自發的氧化還原反應有很多，是否都能設計成實用的化學電池呢？”，“在設計過程中還需要考慮哪些技術問題？”，“還可能延伸出什么學科問題呢？”接著向學生說明：從科學原理到實際應用其實是一個不斷創新的系統工程，生活中隨處可見的化學電池就是化學學科原理與科學技術完美結合的成功案例。繼而選取干電池和燃料電池以及最新“嫦娥奔月”及“玉兔”月球車中攜帶電池，帶領學生通過資料收集和分析，了解上述電池的設計和發展。

從生活中熟知的電池入手，通過問題設置，由淺入深，讓學生體驗學科基礎知識的重要性、科學技術的復雜性，側重培養學生緊密結合學科知識，多角度綜合分析和解決問題的能力。

3.7 課堂總結，突出核心理論

原電池的構成最重要的內部條件是自發氧化還原反應。電池供電能力首先取決于組成原電池的反應物的氧化還原能力，同時裝置設計的合理性（例如電極表面積）以及影響電極反應條件（如電解質溶液）等有著重要的影響作用。

3.8 作業布置，重在探究

設計三個不同要求、不同性質的作業，其來源于教材，高于教材，具體如下：

（1）書寫完成高一化學教材P91上的作業。（2）我國首創以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標志燈已經研制成功。運用所學的化學知識，推測并討論該電池兩極上可能發生的電極反應。（3）利用家庭中常用的食品：植物油、咖啡、牛奶、蘋果汁、醋、檸檬汁、鹽水等，生活中不同的金屬材料或其他導電材料，制作各種電極不同形式的化學電池，通過設計表格，制定個性化的實驗報告。

作業設計充分挖掘教材資源，既有雙基訓練，又有鋁電池相關知識討論與拓展。另外，通過課外家庭水果電池實驗，進一步加強學生學習化學的興趣和探究方法的實踐應用。

4 教學反思

本課設計依據課程標準和教材，密切結合學生已有經驗，讓學生在化學史和熟悉的對象或現象中發現新問題，建立新認識，解決新問題。同時利用系列實驗、微型實驗開展有序而深入的實驗探究，幫助學生理解概念、完善理論，提高學生的科學素養和思維能力。總而言之，本課設計緊扣原電池主線，層層遞進，思路嚴密，凸顯了化學史和實驗教學的認知功能，為學生思維品質的提升和問題解決能力發展奠定了基礎。

參考文獻：

[1]姚子鵬主編.高中化學一年級第一學期（試用本）[M].上海：上海科學技術出版社，2011：88～90.

依據原理設計原電池的實驗活動，初步培養了學生的實驗設計意識和能力，同時進一步鞏固了學生對原電池原理的理解；此外，本環節引入歷史上的丹尼爾電池，通過分析該電池的設計思想，實現了原電池原理及應用的深化。

3.6 聯系生活中的化學電池，把握設計的技術問題（如何使原電池成為具有持續穩定電流的化學電池？）

引導學生思考“自發的氧化還原反應有很多，是否都能設計成實用的化學電池呢？”，“在設計過程中還需要考慮哪些技術問題？”，“還可能延伸出什么學科問題呢？”接著向學生說明：從科學原理到實際應用其實是一個不斷創新的系統工程，生活中隨處可見的化學電池就是化學學科原理與科學技術完美結合的成功案例。繼而選取干電池和燃料電池以及最新“嫦娥奔月”及“玉兔”月球車中攜帶電池，帶領學生通過資料收集和分析，了解上述電池的設計和發展。

從生活中熟知的電池入手，通過問題設置，由淺入深，讓學生體驗學科基礎知識的重要性、科學技術的復雜性，側重培養學生緊密結合學科知識，多角度綜合分析和解決問題的能力。

3.7 課堂總結，突出核心理論

原電池的構成最重要的內部條件是自發氧化還原反應。電池供電能力首先取決于組成原電池的反應物的氧化還原能力，同時裝置設計的合理性（例如電極表面積）以及影響電極反應條件（如電解質溶液）等有著重要的影響作用。

3.8 作業布置，重在探究

設計三個不同要求、不同性質的作業，其來源于教材，高于教材，具體如下：

（1）書寫完成高一化學教材P91上的作業。（2）我國首創以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標志燈已經研制成功。運用所學的化學知識，推測并討論該電池兩極上可能發生的電極反應。（3）利用家庭中常用的食品：植物油、咖啡、牛奶、蘋果汁、醋、檸檬汁、鹽水等，生活中不同的金屬材料或其他導電材料，制作各種電極不同形式的化學電池，通過設計表格，制定個性化的實驗報告。

作業設計充分挖掘教材資源，既有雙基訓練，又有鋁電池相關知識討論與拓展。另外，通過課外家庭水果電池實驗，進一步加強學生學習化學的興趣和探究方法的實踐應用。

4 教學反思

本課設計依據課程標準和教材，密切結合學生已有經驗，讓學生在化學史和熟悉的對象或現象中發現新問題，建立新認識，解決新問題。同時利用系列實驗、微型實驗開展有序而深入的實驗探究，幫助學生理解概念、完善理論，提高學生的科學素養和思維能力。總而言之，本課設計緊扣原電池主線，層層遞進，思路嚴密，凸顯了化學史和實驗教學的認知功能，為學生思維品質的提升和問題解決能力發展奠定了基礎。

參考文獻：

[1]姚子鵬主編.高中化學一年級第一學期（試用本）[M].上海：上海科學技術出版社，2011：88～90.