以問題驅動化學探究式教學

【摘要】新課程改革的重要特點之一就是改變學生的學習方式，要求學生學習方式由原有的單一的“接受式學習”轉變為多元化學習方式，圍繞具體的問題展開，教師有意識地創設好的問題情境，有助于學生產生認知沖突，使學生產生想解決這種疑惑的求知欲，因此，以問題驅動是實現這一目標的有效教學手段。

【關鍵詞】多元化學習? 問題情境? 問題驅動? 有效教學

【中圖分類號】G633.8 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）21-0160-02

一、設計思路

通過實驗探究、問題討論、分析比較等形式，并結合多媒體技術，讓學生生成新知識，從而培養學生持續探究的學習及發現并解決問題的習慣。本課從學生已有的相關知識出發，緊緊圍繞電解飽和食鹽水與電解氯化銅溶液設計問題，從電解NaCl溶液——氯化銅溶液——NaCl和CuCl2混合液——調換電解飽和食鹽水的Fe、C電極，問題層層遞進，引導學生從本質上認識電解原理。由于理論的學習較為抽象，適時結合實驗及多媒體動畫加以輔助教學，有助于學生從感性認識上升到理性認識。

二、教材及學情分析

電化學知識是中學化學重要基本理論之一，既涉及理論知識，又與元素化合物知識密切相關。電解原理的學習，是在學生已經學習和掌握了氧化還原反應、金屬的性質、電解質溶液、離子反應、原電池原理等知識的基礎上安排的，是電化學知識的深化和發展，具有一定的科學性。它可使學生在接受新知識中有舊知識作基礎，緩解學習困難，體現知識梯度的合理性。

學生已經知道一些重要的電解反應，如電解H2O、NaCl溶液等，但對電解反應還只有宏觀、感性的認識，本節課將引導學生從微觀層面進一步認識電解反應，為選修4《電解的工作原理》的學習打下基礎，具有承上啟下的作用。高一學生有一定觀察、分析、綜合、比較、分類、歸納和演繹的思維能力，但上述思維能力、研究方法和理論基礎不夠完備。

三、教學基本流程

利用層層遞進的問題鏈構建學科體系：

【教學片斷一 構成電解池的條件】

設問：通過我們前面的學習，知道了化學能可以轉化成電能，那么電能能轉化成化學能嗎？必修一中學過的電解飽和食鹽水就能實現這種變化。今天我們要深入解析電能如何轉化為化學能。

板書：（一）電解原理

1.定義：在直流電作用下，在兩極分別發生氧化反應和還原反應的過程

問題：請你模仿電解飽和食鹽水的裝置設計一個裝置電解氯化銅溶液。

2.裝置：

教師：由于鐵與氯化銅溶液會發生反應，用石墨代替鐵棒

演示實驗：電解氯化銅溶液（陽極：產生氯氣? ?陰極：析出紅色固體Cu）

教師：通過電解，產生了新物質。從能量變化的角度來看，這里實現了怎樣的變化？

學生：電能轉化為化學能

投影：電解池：將電能轉化為化學能的裝置

問題探究1：構成電解池的基本條件有哪些？

學生：外接直流電源、陰陽兩極、電解質溶液、形成閉合回路

追問：它和原電池最大的不同點是什么？

學生：有外接直流電源、電極的名稱不同

設計意圖：通過電解氯化銅溶液和NaCl溶液的電解裝置，得出構成電解池的條件，通過對實驗現象的觀察為理論的提升做準備。

【教學片斷二? 電解原理的探究】

問題探究2：為什么銅在陰極產生，氯氣在陽極產生？而不是相反？

點撥：1.氯化銅溶液中含有哪些微粒？（Cu2+、H+、Cl-、OH-）

2.在直流電的作用下，離子會定向遷移，分別向哪極移動？（電源負極電子流出到陰極，陽離子向陰極遷移，得到電子，發生還原反應;陰離子向陽極移動，失去電子，發生氧化反應）

3.電極反應：陽極——失去電子——氧化反應

陰極——得到電子——還原反應

練習：寫出電解CuCl2溶液的電極反應式及總反應式

陽極： 2Cl--2e-=Cl2↑? 陰極： Cu2++2e-=Cu

CuCl2電解Cu+Cl2↑

設計意圖：透過現象看本質，感受現象升華成理論的過程，反饋學生對知識的理解程度。

問題探究3：試分析電解NaCl溶液的陰陽極反應？

學生：H+向陰極遷移，在陰極得到電子析出H2;Cl-向陽極遷移，在陽極失去電子產生Cl2。

練習：寫出電解NaCl溶液的電極反應式及總反應式

陽極： 2Cl--2e-=Cl2↑? 陰極： 2H++2e-=H2↑

總反應式：2NaCl+2H2O電解2NaOH+H2↑+Cl2 ↑

教師：電解飽和食鹽水是氯堿工業的基礎，這是電解原理的一個重要應用

板書：（二）應用：

1.氯堿工業

設計意圖：電解飽和食鹽水是高中階段學習過的第一個重要的電解反應，必修一中只要求學生識記陰陽極產物，通過前面電解CuCl2溶液原理的分析，學生能夠分析出兩極的電極反應，進一步加深對電解原理的理解。

問題探究4：電解NaCl+CuCl2混合液，陰陽極產物分別是什么？

學生1：陽極產生氯氣，陰極析出銅。

追問：為什么你判斷陰極析出銅，不產生氫氣？

學生1：電解氯化銅溶液時，溶液中也有氫離子，但實驗結果是析出銅，沒有產生氫氣。

點評：很好，這位同學用了“類比”的方法判斷陰極析出銅，而不是氫氣。

追問：本質是什么？

學生1： Cu2+比H+更容易得電子。得電子體現什么性？（氧化性）

投影：氧化性：Cu2+>H+

學生2：我覺得陰極先析出銅，后析出氫氣。因為混合液的濃度沒說，當銅離子完全析出后，氫離子就會得到電子，產生氫氣。

點評：說得有道理，這位同學的思維很嚴密！

問題探究5：電解NaCl溶液有可能析出金屬Na嗎？如何制備得到金屬Na？

學生：不可能，因為Na+的氧化性比氫離子小。

投影：氧化性：Cu2+>H+>Na+

學生：無水環境，電解熔融NaCl制備Na。

教師：構成電解池的電解液不一定是電解質溶液，也可以是熔融電解質。

練習：請寫出電解熔融NaCl的電極反應及總反應式。

陽極： 2Cl--2e-= Cl2↑? ? 陰極： 2Na++2e-=2Na

2NaCl電解Na+Cl2↑

教師：利用電解的原理可以冶煉Na、Mg、Al等活潑金屬。

2.冶煉活潑金屬

教師：溶液中陰離子有氯離子和氫氧根離子，為什么陽極是氯離子放電？

投影：還原性：Cl->OH-

Flash動畫：感受電解的過程。

（溶液中Cl-、OH-、Cu2+、H+自由移動，接通電源，陽離子往陰極移動，銅離子在競爭中獲勝，得到了從電源負極流出的電子;陰離子往陽極移動，氯離子在與氫氧根離子的競爭中獲勝，失去電子，產生氯氣）

設計意圖：通過對NaCl與CuCl2混合溶液分析，將已學知識與新知識進行聯系、對比，引發學生思考，問題層層遞進，從現象到本質，鞏固對電解原理的認識，通過Flash動畫的呈現，更形象地呈現電解反應的過程，有助于學生對電解原理的理解。

問題探究6：鐵棒與碳棒互換會影響氯堿工業的生產嗎？

學生：會影響，（從陰陽極反應類型的角度去看）鐵作陽極會失去電子。

投影：還原性：金屬（Pt、Au除外）>Cl->OH-

設計意圖：以氯堿工業為載體，探究電極對電極反應的影響，為電鍍的學習作鋪墊。

【教學片斷三? 電解原理的應用】

問題探究7：根據電解原理設計實驗裝置，使鐵的質量不減少，又在鐵表面析出銅。

學生1：銅為陽極、鐵作陰極、氯化銅溶液為電解質溶液。

學生2：石墨為陽極、鐵作陰極、氯化銅溶液為電解質溶液。

教師：哪種方法更好，為什么？

學生：第一種。第二種方法中，銅離子濃度不斷下降（鍍層速度改變，鍍得不牢固）。

投影：電鍍：以鍍層金屬為陽極、鍍件為陰極、含鍍層金屬離子的鹽溶液為電解質溶液

師：生活中，我們常常用到白鐵皮（鍍鋅鐵皮）它有不易生銹和耐腐蝕的優點?？捎糜谥谱魑菝?、卷管和各種容器。

問題：鐵不能置換出鋅，有什么方法在鐵表面鍍上鋅？（電解的原理）

實驗展示：鐵片上鍍鋅

3.電鍍

閱讀：P45 拓展視野? 銅的電解精煉

學生：粗銅為陽極? 純銅為陰極? 硫酸銅溶液為電解質溶液

4.電解精煉銅

設計意圖：鞏固所學知識，學以致用。通過電鍍實驗的展示，讓學生感受到化學的實用價值，提高學習化學的興趣。

化學史話：戴維是化學史上發現新元素最多的人，你知道他用的什么方法嗎？（電解）。1799年伏打發明了世界上最早的電池——伏打電池，一年后戴維采用伏打電池電解水獲得成功，經過不斷探究，他通過電解的方法制得了Na 鎂? 鈣 硼 硅等八種元素，開啟了人類發現元素的新時代。

設計意圖：通過化學史的教育，感受電解的學科價值及社會價值。

投影：電解池與原電池的比較

四、板書設計

電能轉化為化學能

（一）電解原理

1.定義：在直流電作用下，在兩極分別發生氧化反應和還原反應的過程。

2.裝置：

3.電極反應：陽極——失去電子——氧化反應

陰極——得到電子——還原反應

（二）應用

作者簡介：

吳招壇（1987.6-），男，本科學歷，中學一級職稱，研究方向：課堂教學、競賽。