“思考題”引領化學課的教學設計的嘗試和思考

周彩琴

教學設計是指在正式教學前，在一定的教育思想、教學理論和學習理論指導下，預先制定特定環境中將要開展的教學活動的進程。經過多年的教學實踐，筆者認為好的教學設計的制定必須從幫助學生獲得未來發展所需的知識、技能等出發，兼顧高考對學生基本技能、基本知識的要求。本文以一道思考題引領整個教學過程開展的思路，來設計“原電池原理和化學電源”一輪復習教學，教學過程流暢，效果良好。

一、考點分析

“原電池原理和化學電源”是中學化學教學的重點和難點之一。這部分內容理論性強，與實際聯系緊密，是知識與能力、科學與人文的極佳結合點之一，既可以綜合學科內知識，也可以涉及學科間知識的運用，還可以與生產生活、新科技及新技術等問題相聯系，是不可忽視的一個知識點，是高考的熱點之一。原電池高考考查的主要內容有：原電池原理、形成的條件、電極名稱及電極反應，以及對一些常見化學電池的電極反應的書寫，同時還涉及到電解質溶液等知識，因此有比較寬的命題背景。

二、教學過程

【引入】下列三個反應能設計成原電池的是反應 ，請說明原因。

①CaO+H2OCa（OH）2

②Fe+2H+H2↑+Fe2+

③2Ag+Cu2+2Ag++Cu

【學生】能設計成原電池的是反應②，因為原電池設計的首要條件是自發進行的氧化還原反應，而①是非氧化還原反應，③是非自發的氧化還原反應。

【追問】那么要實現反應③，可以設計成什么裝置呢？反應②能這樣設計嗎？

【學生】可以設計成電解池，反應②也能設計成電解池。

【教師】請盡可能多地設計裝置使反應②發生。

學生在黑板上畫出自己設計的裝置如圖1所示。

設計思路該思考題由易到難，層層遞進，不但復習了原電池反應的首要條件是自發進行的氧化還原反應，同時通過這四個裝置的設計（不一定要設計正確）極大地鍛煉了學生對知識的整合能力、對問題的分析和解決能力，這樣的設計符合學生的認知規律，同時也迅速地吸引了學生的注意力，更為接下去教學過程的開展提供了必要的線索。

【教師】如何利用自發進行的氧化還原反應來設計原電池？也就是如何來判斷剛才那位同學畫的裝置圖②的正確性？

【學生】先把氧化還原反應根據化合價變化，分成氧化反應和還原反應，再根據反應式確定正負極的電極材料和電解質溶液。

【教師】該原電池是如何實現化學能與電能的轉化的？

【學生分析】該原電池實現化學能轉化為電能這一過程，是通過負極Fe失去電子，逐漸溶解，以Fe2+形式進入電解質溶液，失去的電子通過外電路流入正極，在內電路中溶液里的陽離子移向正極，陰離子移向負極而實現的。

【思考】要構成原電池，實現化學能轉化為電能這一過程，必須具備哪些條件？

【學生】自發進行的氧化還原反應；活潑性不同（一般）的兩個電極；電解質溶液；閉合回路。

【學生判斷】判斷圖1裝置圖的正確性。

【追問】可以通過哪些方法確定原電池的負極呢？

【學生1】較為活潑的金屬電極；電子流出電極；發生氧化反應。

【學生2】電流流入的電極；陰離子移向的電極；電極材料質量減小的電極。

設計思路對于原電池的工作原理，有些學生喜歡死記硬背地去記住知識點，而沒有真正掌握知識。本節課這樣的設計能讓學生更直接、形象地掌握原電池的工作原理，同時也提高了學生歸納總結能力，幫助學生獲得了未來發展所需的技能。

【課堂練習1】分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是 （ ）。

A.①②中Mg作負極，③④中Fe作負極

B.②中Mg作正極，電極反應式為6H2O+6e-6OH-+3H2↑

C.③中Fe作負極，電極反應式為Fe--2e-Fe2+

D.④中Cu作正極，電極反應式為2H++2e-H2↑

【學生活動】把這四個裝置分成兩組，請兩位學生根據自己的思路在黑板上分別寫出一組裝置的電極反應式和電池反應方程式。

【學生1】①負：Mg-2e-Mg2+

正：2H++2e-H2↑

總：Mg+2H+Mg2++H2↑

②總：2Al+2OH-+2H2O2AlO-2+3H2↑

負：2Al-6e-+8OH-2AlO-2+4H2O

正：6H2O+6e-6OH-+3H2↑

【學生2】③總：

Cu+4H++2NO-3Cu2++2H2O+2NO2↑

負：Cu-2e-Cu2+

正：4H++2NO-3+2e-2H2O+2NO2↑

④負：Fe-2e-Fe2+

正：O2+4e-+2H2O4OH-

總：2Fe+O2+2H2O2Fe（OH）2

【總結】原電池電極反應式和電池反應方程式的書寫方法：

（1）先判斷原電池的正負極。

（2）對于能直接寫出正負極電極反應式的原電池，先寫出正負兩極的反應式，然后再相加消去電子，即得電池反應方程式；若正負極反應式中有一極較難確定，而電池反應方程式又比較易寫時，①寫出總方程式；②寫出易寫的一極的電極反應式；③然后在電子守恒的基礎上，再相減得難寫的一極的反應式。

【思考】若把裝置④中的電解質溶液改成NaOH溶液，電極反應式和實驗現象有何不同？

【學生】負極的電極反應式改成Fe--2e-+2OH-Fe（OH）2

現象：電解質是NaCl時：在正負兩極間產生白色沉淀

電解質是NaOH時：在負極附近產生白色沉淀

【思考】從本題的分析中，你還可以得出哪些特殊的知識？

【學生】①活潑金屬不一定做負極，負極不但跟電極材料有關，還跟電解質溶液有關；

②若負極產生的陽離子與電解質溶液中的陰離子不共存，則陰離子應寫入負極的反應式中。

設計意圖通過課堂練習1的設計，一方面可以使學生真正掌握電極反應式和電池反應的書寫方法，同時也能讓學生體驗發現問題，分析問題，解決問題的這一過程，從而可以提高學習的主動性和學習能力。

【思考】分析黑板上畫的裝置圖③，該裝置最明顯的特征是什么？它是由什么物質組成的？

【學生】最明顯的特征是鹽橋，鹽橋是飽和氯化鉀溶液、硝酸鉀溶液等的瓊脂。

【追問】鹽橋的作用是什么？

【學生】鹽橋的作用是形成閉合回路和平衡電荷，其中的陽離子移向正極所在的電解質溶液，陰離子移向負極所在的電解質溶液。

【介紹】裝置②中鐵在酸溶液中直接接觸H+，會有一部分Fe與H+直接反應，該裝置中既有化學能和電能的轉化，又有一部分化學能轉化成了熱能。鹽橋原電池裝置③中可以設計Fe與酸不直接接觸，那就不存在Fe與H+直接反應的過程，所以僅是化學能轉化成了電能，電流穩定，且持續時間長。

【思考】那么要使裝置③產生持續穩定的電流，該如何進行修改？

【學生】與鐵接觸的電解質溶液改成亞鐵鹽溶液。

設計意圖學生會做鹽橋原電池的題目，但不明白為什么要設計成鹽橋原電池，通過這兩種原電池的比較，學生更能從本質上理解鹽橋原電池的優勢，使知識不再停留在記憶層面上，更提高了學生分析問題、解決問題的能力。

【思考】請分析黑板上畫的裝置圖④，它是什么裝置，與原電池有什么區別？

【學生】④是電解池裝置，它與原電池的區別在于電解池必須要有電源。

【追問】常見的化學電源有哪些種類，電極反應式又如何書寫呢？

【教師和學生一邊總結，一邊板書】一次電池、二次電池、燃料電池。

（1）燃料電池的電極反應式的書寫（CH4堿性燃料電池為例）

①先寫總電池方程式：CH4+2O2+2OH-CO2-3+3H2O

②再寫正極反應式： 酸性條件下：O2+4H+-4e-2H2O

堿性/中性條件下：

O2+2H2O+4e-4OH-

固體電解質：O2+4e-=2O2-

熔融碳酸鹽：O2+2CO2+4e-2CO2-3

③相減得負極反應式：CH4+10OH--8e-CO2-3+7H2O

【思考】燃料電池的電極材料有什么特點？為什么？

【學生】燃料電池的兩個電極材料可以相同，因為電極材料本身不參與反應。

【課堂練習2】鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應為Fe+Ni2O3+3H2OFe（OH）2+2Ni（OH）2

下列有關該電池的說法不正確的是 （ ）。

A.電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負極為Fe

B.電池放電時，負極反應為

Fe+2OH--2e-Fe（OH）2

C.電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低

D.電池充電時，陽極反應為

2Ni（OH）2+2OH--2e-

Ni2O3+3H2O

設計意圖由對裝置圖④的分析，引出化學電源，銜接緊密，過渡自然；通過燃料電池電極反應式書寫的方法總結，能讓學生掌握書寫的方法，同時也為熟練后直接寫出負極電極反應式做準備；課堂練習的思考分析，能幫助理解可充電池充電和放電的聯系與區別，同時也鞏固了對原電池工作原理的認識，更讓學生體會到了生活中處處都有化學，學習化學知識的重要性。

三、課后思考

1.本節課從思考題入手，在分析中發現問題，歸納出方法，最后解決問題。因此該思考題在設計上有著提綱挈領，舉足輕重的作用。那么如何來設計該思考題呢？首先要對現有的習題進行整合，

使問題設置要有廣度，能全面反映基本概念。其次是問題的設置要有梯度，層層遞進。最后是問題設置要有深度，問題的深度設置是教學中經常談論的問題，也是影響教學效果的重要變量，如果教學中能恰當地把握問題的深度，既有利于培養學生的思維能力，又不會脫離學生的實際認知水平。根據這樣的要求，整合后的習題呈現形式先是簡單的判斷題，使學生在答題中能對概念進行回顧，然后再進行綜合性問題的解答。本節課思考題的設計，無論從設置的廣度，梯度還是深度上都符合學生的認知規律，充分體現了以學生為本的新課程特點。

2.在對知識進行整合的前提下，課堂過程能始終讓“學生的活動”有充分的保證，有充分交流和表達的機會，重視對學生學習能力的培養和學習方法的指導。

3.困難和不足：由于一些動態、不確定的因素的存在，教學設計與課堂實施之間必然存在一定的差距。比如許多學生能根據自發進行的氧化還原反應設計出原電池，但未必能設計全所有可能的裝置；在設計原電池裝置的同時，也有可能出現選錯電極材料或電解質溶液等無法預設的現象。這些問題的解決就需要教師智慧、正確地去引導，這也是接下去要努力的地方。

（收稿日期：2015-01-10）