“原電池工作原理”教學實錄

姜偉+何月華

摘要：利用微型實驗探究“原電池”，不僅使探究式實驗得到順利完成，有效培養了學生的創新意識，提高了學生的創新思維和創新能力， 而且從知識視角進行了反思，提出教學設計時要探尋知識本源，發掘知識的內在潛力，促進知識內化，進一步優化教學設計，提高課堂效率，促進高效課堂的良性發展。

關鍵詞：微型實驗；原電池；教學實錄

文章編號：1008-0546（2017）02-0040-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.013

一、基本思路

“原電池”是高中化學學科體系的核心知識之一，它的教學是氧化還原反應理論的延伸與應用，也是后續電化學知識的基礎。 原電池的教學是體現學科交叉，科學理論聯系實際，培養學生思維能力和探究能力的好素材[1]。原電池教學內容先后出現在必修和選修模塊中，且具有一定的層級關系。必修模塊以“銅—鋅—稀硫酸”原電池為教學模型，通過具體事例說明通過這樣一個裝置可以將化學能轉化為電能，體現了化學反應產生能量的利用價值；選修模塊則以“銅—鋅—硫酸鋅、硫酸銅雙液”原電池為教學模型，讓學生體驗化學能轉化為電能的探究過程， 要求學生了解原電池的工作原理， 能正確書寫電極反應與電極反應式[2]。本文源于[3]人教版選修4第四章第一節“原電池”，采用“裝置改進式”的教學思路：首先，帶領學生復習單液原電池， 為了更好地與選修模塊銜接，將電解質溶液由稀硫酸改為硫酸銅溶液進行微型實驗探究，使學生能夠看到單液原電池中電流的衰減及鋅片上有銅析出的弊端；其次，通過階梯問題引領學生將原電池裝置從單液改進為雙液，通過微型實驗探究得出雙液原電池的優點。整個教學注重知識的產生和發展過程，引導學生從身邊走進化學，從化學走向社會，可以使學生更加深入地理解化學能轉化為電能的現實意義。

一、教學目標

[知識與技能]

1.通過復習單液原電池，進一步加深對原電池形成條件及工作原理的認識；

2.通過實驗與分析，了解單液原電池存在的問題和改進方法。

[過程與方法]

1.經過對單液原電池裝置的優化過程，感悟科學探究的思路和方法，進一步體會控制變量法在科學探究中的應用；

2.在學習中，學會運用觀察、實驗等多種手段獲取信息，并運用比較等方法對信息進行加工。

[情感、態度與價值觀]

1. 在學習中體驗并享受科學探究帶來的快樂，感受化學世界的奇妙；

2.增強聯系實際學習化學并將化學知識應用于生活的意識；

3. 通過單液原電池和雙液原電池的探究實驗，讓學生體會科學研究對于人類社會可持續發展的重要意義。

二、教學重、難點

1.教學重點：單液原電池的優化過程。

2.教學難點：鹽橋原電池的功能與價值。

三、課堂實錄

環節一：創設情境，引入新課

[投影]微視頻：iPhone廣告——橙子電池給手機充電。

[師]請問同學們，你們在視頻中看到了什么？

[生1] 將一枚鐵釘與一枚銅釘一同插入橙子中，并用導線連接，使其產生電流，給手機充電。

[師]很好，觀察非常仔細！試從能量轉化角度分析微視頻中實現了怎樣的能量轉化。

[生2]化學能轉化為電能。

[師] 我們把化學能轉化為電能的這種裝置稱之為什么？

[生]（齊聲回答）原電池。

[設計意圖]巧融流行元素，以微視頻引出課題，既吸引了學生注意力，又激發了學習興趣，為后續學習提供背景資料。

環節二：應用理論，升華本質

[師]請同學們回憶高一學過的原電池裝置（見圖1），談談該裝置中電流是如何產生的？

[生3]鋅片失去電子變成Zn2+進入溶液，吸引SO42-向鋅片移動， 與此同時電子從鋅片沿導線流向銅片，溶液中的Cu2+向銅片移動，在銅片表面得到電子生成銅，溶液中通過陰、陽離子的定向移動形成電流。

[師]電子為何從鋅片沿導線流向銅片，而不直接在鋅片上發生置換反應呢？

[生] 思考討論， 猜測可能與金屬活動性不同有關。

[師]當把金屬M棒置于水溶液中時，金屬表面的金屬離子受極性水分子的吸引發生水合作用，產生金屬離子的沉淀溶解平衡，使一部分金屬離子以水合離子Mn+（aq）的形式離開金屬進入溶液而把電子留在金屬表面上，這是金屬溶解過程；同時，溶液中的金屬離子有可能碰撞金屬表面，從金屬表面上得到電子，還原為金屬原子沉積在金屬表面上，這是金屬沉積過程。當金屬的溶解速率和溶液中金屬離子沉積到金屬表面的速率相等時，達到一種動態平衡[MMn+（aq）+ neˉ][4]。

金屬鋅與金屬銅都存在著類似的平衡，但平衡狀態并不相同，金屬越活潑，平衡越趨向于溶解方向，金屬片上剩余電子越多，因此當鋅片與銅片用導線相連時，電子由鋅片流向銅片。

[設計意圖] 應用平衡原理解釋原電池有利于學生理解原電池工作的本質及后面要學的雙液原電池中氧化劑與還原劑不接觸仍能反應等問題，也為書寫電極反應式，理解半反應概念鏟除了思維障礙。

環節三：實驗驗證，發現問題

[微型實驗探究1]將鋅片、銅片固定在實驗板上（鋅片和銅片不直接接觸）， 然后用濾紙條覆蓋住鋅片、銅片，再用硫酸銅溶液完全浸透濾紙條，最后用導線連接電流表，觀察現象。

[生4]電流表指針發生偏轉，表明有電流通過。

[生5]隨著上述實驗時間的延續，電流表指針偏轉的角度逐漸減小，表明電流衰減了。

[生6]上述實驗延續一段時間后，掀開濾紙條，發現鋅片、銅片上均有銅析出。