基于核心觀念建構的概念原理教學設計

劉景玲

摘要：在“電解池”教學中，圍繞電解池的核心概念，通過問題情境引發學生思考，通過教學活動促進學生理解和建構核心概念，發展認識，落實三維目標。

關鍵詞：核心概念；電解池；教學設計

文章編號：1008-0546（2016）05-0067-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.027

一、教材分析

本節教材分為兩部分，一是電解原理，以電解CuCl2溶液為例，根據實驗現象分析裝置中發生的電解反應，介紹了電解的基本概念——電解的概念、電解池的組成、離子放電順序和電極反應，從而揭示了電解的原理；二是電解原理的應用，以氯堿工業、電鍍、銅的精煉、電冶金為例，介紹電解原理在化工生產中的應用。因此本節教學的重心是第一部分電解原理，本設計為第一課時。

“化學能與電能的相互轉化”是貫穿全章的主線。在原電池的學習中，學生已經了解了利用自發的氧化還原反應能夠把化學能轉化為電能，本節的核心概念是“通過電解池使非自發的氧化還原反應能夠發生，反應中電能轉化為化學能”。氧化還原反應、離子得失電子難易程度、電解池如何形成閉合回路，這些知識是電解原理的基礎。

二、學情分析

學生在初中就對電解水有了一定認識。必修1學習了氧化還原反應，能夠判斷一個氧化還原反應能否發生，掌握了氧化劑還原劑的相互關系以及反應中電子轉移等知識。必修2元素周期律的學習，對金屬陽離子和非金屬陰離子得失電子難易程度進行過歸納總結，學生對得失電子難易有一定基礎，但對于電極反應方程式的正確書寫仍然存在困難。選修4原電池的學習讓學生對自發進行的氧化還原反應有了更加深刻的知識。由于電解的概念多、理論性強，特別是原電池和電解池裝置學生也易將二者混淆，它們對應的電子和離子的移動方向、電極反應等分辨不清楚。因此，通過復習電解水，分析用惰性電極電解CuCl2溶液、電解NaCl溶液的過程，列舉電冶金工業中金屬Na的制取方法等實例，幫助學生建構電解池的核心概念。

三、教學目標

1. 知識與技能

通過電能轉化為化學能的探究實驗，知道電解池裝置的基本構造，能夠從電極名稱、電極反應、能量轉化、反應驅動力等方面認識并掌握電解池的工作原理，會正確書寫簡單電解池的電極反應方程式和電解總式。

能夠根據電解質溶液的組成和電極特點，運用氧化還原知識判斷電解產物，并形成分析判斷電極產物的一般思路：電極材料→溶液中存在的微粒→微粒的運動方向→分析得失電子的能力判斷→寫出電極產物。

2. 過程與方法

在用惰性電極電解CuCl2溶液、電解NaCl溶液的實驗中，教師通過提出問題、分析解決問題調動學生學習的主動性，通過觀察、分析、推理實驗現象，歸納、總結基本概念和規律，幫助學生建立綜合運用微粒觀和氧化還原反應理論分析電解池問題的基本思路。

3. 情感態度價值觀

通過查閱資料、觀看錄像等方式了解電解原理在工業生產中的應用，感受電解原理在科技、生活中的應用價值，培養學生對化學的學習熱情和求知欲望；通過對戴維及其成就的介紹中，培養學生對化學史的關注，感受科學家的精神品質。

四、教學重難點

教學重點：電解池工作原理

教學難點：電解池工作原理

五、教學活動設計與分析（第1課時）

1. 化學史引入，提出問題

復習舊知：以2H2+O2■2H2O為例復習原電池原理，分析自發進行的氧化還原反應設計為原電池的方法，總結原電池的核心概念，為構建電解池的核心概念做好知識儲備。那么對于反應2H2O■2H2↑+O2↑如何實現？反應過程中能量如何轉換？該反應學生很熟悉，容易想到高溫和電解實現水的分解，反應中伴隨能量的轉換，有助于學生能量觀的建構，初步認識到“電解是最強的氧化還原手段”。

化學史引入，提出問題：在化學發展史上第一次實現水電解為H2和O2是在1799年伏打電池誕生后。電給世界帶來了太多的神奇變化，好奇心驅使人們進行各種嘗試。英國化學家戴維用他發明的電解法相繼發現了K、Na、Ca、Sr、Ba、Mg 等元素，成為發現化學元素最多的化學家。他的研究思路是水通電生成H2和O2，那么物質的水溶液通電時，物質的變化是如何發生的呢？

設計意圖：把原電池原理和本節要學習的電解池原理自然地結合在一起，向學生展示了電解法產生的時代背景及其對化學發展帶來的巨大影響，溫故而知新，激發學生的求知欲。

2.實驗探究，建立認識

將課本中的實驗裝置改為在蒸發皿中進行（如圖），學生思考并回答：該實驗的實驗目的是什么？該實驗用到的儀器和藥品有什么？猜想通電時在陽極和陰極的產物可能是什么？可以觀察到什么現象？

設計意圖：在問題解決過程中明確實驗探究的目的，幫助學生建立認識：非自發進行的氧化還原反應可以在外接直流電源作用下發生，反應過程中電能轉換為化學能，構建學生的能量觀，并根據實驗總結電解池的構成條件。

3. 分析研討，建立概念

將實驗現象投影到大屏幕上，學生觀察、歸納實驗現象，根據實驗結果思考討論：①CuCl2溶液中有哪些離子？②在接通直流電源時，離子如何運動？③如何書寫電極方程式？

實驗現象：陰極有紅色的固體；陽極有氣體產生，并能使濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍。

分析：CuCl2溶液在接通直流電源時，電子從電源負極出發流入電解池的陰極，溶液中Cu2+向陰極移動得到電子生成Cu單質；Cl- 向陽極移動失去電子生成Cl2，電子流回電源正極，形成閉合回路。

總結：電解池相關概念

①電解：使直流電通過電解質溶液在陰、陽兩極引起還原反應和氧化反應的過程。

②電解池：把電能轉換為化學能的裝置。

③電極名稱及判斷：

陰極：與電源負極相連，陽離子向陰極移動，得電子，發生還原反應。

陽極：與電源正極相連，陰離子向陽極移動，失電子，發生氧化反應。

設計意圖：該實驗是理解電解原理的突破口，也是本節教學重點。引導學生通過觀察實驗現象，運用所學知識分析電極表面發生變化的原因。通過實驗現象分析電解原理，符合學生的認知過程。通過對溶液中微粒的分析，使學生對電解的認識從宏觀上物質的變化上升到微觀上微粒的變化，進而認識電解池的功能是實現非自發進行的氧化還原的裝置，認識“電解質溶液的導電過程，就是溶液中的離子在兩極發生氧化還原的過程，即電解質溶液的電解過程”。

4. 實驗探究，完善概念

提出問題：理解電解原理的基礎上，回到由化學史引入的問題：戴維是如何發現金屬鈉的？

設置臺階：電解CuCl2溶液得到單質Cu，如果戴維利用電解CuCl2溶液的裝置電解NaCl溶液，能否也得到金屬Na？

設計意圖：讓學生產生認知沖突，引發他們積極思考，看他們能否聯想到金屬活動順序表中金屬陽離子的氧化性順序，在問題解決中建構新知識。

利用電解CuCl2溶液的裝置演示電解飽和食鹽水（如圖），學生猜想陰陽極的產物。將實驗現象投影到大屏幕上，觀察、歸納實驗現象，根據實驗結果思考討論：①飽和食鹽水中有哪些離子？②通電后，溶液中的離子如何移動？③如何書寫電極方程式？

總結：

①離子放電順序：陽離子Cu2+>H+>Na+（聯系金屬活動順序表），陰離子Cl- >OH-；

②分析判斷電極產物的一般思路：電極材料→溶液中存在的微粒→微粒的運動方向→分析得失電子的能力判斷→寫出電極產物。

設計意圖：通過實驗，鞏固學生對電解池裝置的認識，并通過獲得的產物及物質變化的原理分析，理解體系中多種離子存在競爭放電時，離子放電順序就是比較氧化性、還原性的強弱順序，體會研究水溶液電解產物的一般過程和方法。

5. 應用評價，落實概念

問題①：結合電解飽和食鹽水的實驗結果，回扣開始導入的問題：利用電解CuCl2溶液的裝置電解氯化鈉溶液得不到金屬Na，那么戴維應該如何從NaCl中成功制取了Na？

問題②：在電解水的實驗中，如果用純水，反應速率是非常慢的，為了增強水的導電能力而又不影響電解產物，可以加入哪些物質？

設計意圖：在新的情景中運用原理進行解釋、預測，鞏固、內化新原理，利用結論解決問題，落實知識，掌握完整的電解池概念。

6. 歸納總結，建構核心概念

作業：本節涉及的概念有電解、電解池、電能、化學能、陽極、陰極、氧化反應、還原反應等，請畫出這些概念間的思維導圖，并用一句話概括對電解和電解池的理解。

設計意圖：引導學生用思維導圖組織概念，可以幫助學生建立概念之間的聯系，形成概念的網絡化結構，加深對概念的理解，并促進知識結構的合理化。學生用自己的理解高度概括本節重點內容，幫助學生構建核心概念：非自發進行的氧化還原反應，可以通過外加電源的裝置使其發生，反應中電能轉化為化學能。

五、反思總結

本節課的教學過程，是在引導學生復習原電池核心概念的基礎上，從電解法的科學發展史引入，設置問題情境：如何使非自發進行的氧化還原反應能夠發生？通過實驗探究、分析實驗現象、應用概念解決問題、歸納總結與教師點撥指導相結合，逐步構建電解的核心概念。這樣的教學過程凸顯概念的形成過程，符合學生的認知規律，以學生為主體，通過問題的層層遞進，激發了學生的求知欲，促進學生在解決問題的過程中獲取知識與方法，掌握核心概念。