電化學(xué)反應(yīng)原理問題解決路徑案例探究

◇ 山東 鄭洪勇

(作者單位:山東省濟(jì)南市章丘區(qū)第五中學(xué))

電化學(xué)是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一,也是高考必考內(nèi)容.它包括氧化還原反應(yīng)和能量轉(zhuǎn)化等內(nèi)容,要求學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上提高多方面的化學(xué)核心素養(yǎng).筆者在教學(xué)實(shí)踐中,著重對電化學(xué)反應(yīng)原理問題的解決路徑進(jìn)行了深入探討,目的在于充分體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位,將本部分內(nèi)容涉及的基本概念、原理、能量轉(zhuǎn)化等知識互相聯(lián)系起來,在學(xué)生的頭腦中構(gòu)建起知識網(wǎng)絡(luò),由此提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力.下面以電化學(xué)中的原電池和電解池這兩部分內(nèi)容的教學(xué)案例分析為例,對如何培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力進(jìn)行探究.

1 原電池的反應(yīng)原理探究案例分析

在進(jìn)行原電池的反應(yīng)原理教學(xué)時遵循了“創(chuàng)設(shè)情境—提出問題—小組探討—解決問題—糾正問題—加以改進(jìn)—實(shí)施教學(xué)”這樣一個教學(xué)思路.

1.1 創(chuàng)設(shè)情境

通過視頻動畫,創(chuàng)設(shè)以下問題情境:一個可愛的“西紅柿”歡快地出現(xiàn)了,將左手拿著的銅片插入西紅柿的左上邊,右手拿著的鋅片插入西紅柿的右上邊,這時,連接在銅片和鋅片之間的音樂賀卡將會……(畫面上出現(xiàn)了一個問題:音樂會響起來嗎?)此時畫面暫停播放.留下一個很大的懸念,激發(fā)出學(xué)生的好奇心,學(xué)生也在快速地思考著,課堂氣氛非常活躍.有的學(xué)生說音樂賀卡會響,也有的說不會響.通過此情境的創(chuàng)設(shè)使學(xué)生對接下來的學(xué)習(xí)任務(wù)充滿了期待.

1.2 提出問題

稍事停頓后,繼續(xù)播放剛才暫停的畫面,優(yōu)美的音樂回蕩在教室中,回答正確的學(xué)生會心一笑.接著,教師又將問題順勢推進(jìn)了一步:賀卡音樂為什么會響起來? 這其中蘊(yùn)含了什么化學(xué)原理? 支撐賀卡響起來的電能來自哪里? 隨后讓學(xué)生開展小組探究,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),并通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的猜想.

1.3 解決問題

小組探究完后,教師將學(xué)生的方案進(jìn)行總結(jié)和提煉.

方案1:將西紅柿切成兩半,隨后將鋅片插在其中一半的西紅柿內(nèi),將銅片插在另一半內(nèi),這時用電流表測定連接鋅片和銅片的導(dǎo)線內(nèi)是否有電流通過.

方案2:將鋅片和銅片完全插入同一個完整的西紅柿內(nèi),繼續(xù)用電流表測定連接鋅片和銅片的導(dǎo)線內(nèi)是否有電流通過.

在小組探究過程中,教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍存在以下疑惑:在以上兩個設(shè)計(jì)的原電池方案中,不明白應(yīng)該是用銅片作負(fù)極還是用鋅片作負(fù)極.相當(dāng)多的學(xué)生認(rèn)為活潑的金屬作負(fù)極,不活潑的金屬作正極,在本實(shí)驗(yàn)中,鋅片比銅片活潑性強(qiáng),所以鋅片是負(fù)極,銅片是正極.這時,教師將電解質(zhì)溶液改為NaOH 溶液,用鎂、鋁分別作電極,讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).經(jīng)過探究,學(xué)生認(rèn)識到鋁在NaOH 溶液中比鎂更容易失電子,所以鋁作負(fù)極,鎂作正極.通過這樣改變電解質(zhì)溶液和金屬材料,學(xué)生明白了這一電極設(shè)計(jì)原理,進(jìn)一步對有關(guān)原電池的概念和相關(guān)知識理解得更加透徹,并在此過程中提高了分析問題和解決問題的能力.

1.4 總結(jié)反思

在本節(jié)課中,通過創(chuàng)設(shè)情境設(shè)置懸念,激發(fā)學(xué)生的好奇心,引發(fā)學(xué)生認(rèn)知上的沖突,然后讓學(xué)生自己動手實(shí)驗(yàn),自主地完成相關(guān)探究,在探究中遇到困惑或錯誤的問題,再在教師有目的的引導(dǎo)下重新實(shí)驗(yàn),獲得驗(yàn)證,順利完成了教學(xué)目標(biāo),提高了學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的能力.

2 電解池的反應(yīng)原理探究案例分析

2.1 創(chuàng)設(shè)情境

在學(xué)習(xí)電解池反應(yīng)原理時同樣采用了以上的教學(xué)思路.首先讓學(xué)生對原電池的構(gòu)成條件以及原電池的正負(fù)極判斷、能量轉(zhuǎn)化等內(nèi)容進(jìn)行回憶,目的在于為化學(xué)原理的問題解決路徑做好鋪墊.

2.2 提出問題

演示實(shí)驗(yàn):在含有CuCl2溶液的電解槽中插入兩根碳棒,2min后沒有現(xiàn)象發(fā)生;隨后,用導(dǎo)線將兩根碳棒連接,2 min后取出,仍然未發(fā)現(xiàn)有新物質(zhì)的產(chǎn)生;最后,將其中一根碳棒與電源的正極連接,另一根碳棒與負(fù)極連接,接通電源片刻,發(fā)現(xiàn)在其中一根碳棒上覆蓋了一層紫紅色物質(zhì),在另一個碳棒表面有小氣泡產(chǎn)生,并能聞到刺激性氣味,用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)后試紙變藍(lán),說明該氣體為氯氣.實(shí)驗(yàn)演示完畢,提出問題:本實(shí)驗(yàn)展示了什么過程? 為什么溶液會在電流作用下轉(zhuǎn)化成銅和氯氣呢?

2.3 解決問題

學(xué)生經(jīng)過小組討論認(rèn)為,CuCl2溶液中發(fā)生反應(yīng)2Cl－－2e－＝Cl2↑,另一根碳棒上生成的是Cu,即Cu2＋＋2e－＝Cu.這時問題來了,學(xué)生對陰、陽極的區(qū)分存在迷惑.在此課堂教學(xué)環(huán)境下,教師及時對預(yù)設(shè)的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整,先在黑板上板書:與電源正極相連的就是電解池的陽極,而與電源負(fù)極相連的就是電解池的陰極.然后再通電進(jìn)行演示,予以驗(yàn)證:陽極發(fā)生了氧化反應(yīng)2Cl－－2e－＝Cl2,陰極發(fā)生了還原反應(yīng)Cu2＋＋2e－＝Cu.并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生理解:電流將氯化銅溶液電解,離子進(jìn)行移動后發(fā)生氧化還原反應(yīng),最后形成新的物質(zhì),這就將電能轉(zhuǎn)化成了化學(xué)能.因而,電解池的原理就是使電流通過電解質(zhì)溶液在陰、陽兩極上引起氧化還原反應(yīng)的過程,電解池是將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的裝置.而電解池的構(gòu)成條件是要具備兩個電極和電解質(zhì),外加直流電源形成閉合回路后,促使離子的移動,在這個過程中要根據(jù)氧化性和還原性的強(qiáng)弱來確定離子的放電順序.

2.4 總結(jié)反思

當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)思維障礙時,教師及時調(diào)整了教學(xué)思路,經(jīng)過對比,讓學(xué)生從比較中不斷反思和總結(jié),啟發(fā)了學(xué)生的思維,鼓勵他們勇于發(fā)表自己的見解,調(diào)整和優(yōu)化知識結(jié)構(gòu),從而提高了學(xué)生的邏輯思維能力.

學(xué)習(xí)化學(xué)對學(xué)生的人生發(fā)展具有十分重要的作用,并可能對學(xué)生以后的生活產(chǎn)生重大的影響.學(xué)習(xí)化學(xué)知識的基礎(chǔ)是掌握化學(xué)原理,只有掌握了化學(xué)原理,才能在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中保證思維清晰、邏輯嚴(yán)密.但教師在教學(xué)中發(fā)現(xiàn),化學(xué)原理的相關(guān)知識是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個難點(diǎn),尤其是電化學(xué)原理,只有讓學(xué)生理解了知識,才能將遇到的實(shí)際問題順利解決.所以,在講授這部分內(nèi)容時,一定要了解學(xué)情,在學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的“最近發(fā)展區(qū)”逐漸延伸,遵循認(rèn)知規(guī)律,設(shè)計(jì)出有效的教學(xué)方案,通過激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性,鼓勵學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),對遇到的問題進(jìn)行探究,在探究中尋找解決問題的途徑,從而扎實(shí)地掌握這一教學(xué)難點(diǎn),為后續(xù)學(xué)習(xí)及解決實(shí)際問題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).另外,教師還需注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和思維能力,讓學(xué)生能夠結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)及所做的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入思考,將化學(xué)知識、實(shí)際問題、生活實(shí)踐緊密地結(jié)合起來,不斷強(qiáng)化學(xué)生的自信心,提高學(xué)生的綜合技能.

因此,教師要準(zhǔn)確把握和了解學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中存在的思維障礙,運(yùn)用貼合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)方法,啟發(fā)學(xué)生主動思維,引導(dǎo)學(xué)生在“反思、總結(jié)、再反思、理解”的思維循環(huán)中掌握知識,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,通過自主實(shí)驗(yàn)、啟發(fā)引導(dǎo)等教學(xué)手段,最終找到解題的途徑,促進(jìn)高中學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)能力的提高.