基于化學觀念建構的教學

劉瑛 雷海英

【摘要】化學學科觀念的建構，是化學教學的靈魂所在，具有重要的教育價值。本文以人教版選修4“原電池”為例，進行以具體知識為載體，以深化理解化學核心觀念為方向，以理解、反思和應用為目標的教學實踐。

【關鍵詞】觀念建構；原電池；教學實踐

普通高中化學課程標準中指出，化學教學要重視學科觀念的核心地位和課程內容的結構化與情境化，以此實現化學學科核心素養的落地生根。化學學科觀念的建構，是化學教學的靈魂所在，是高中化學教學的重要教育價值之一。化學學科的基本觀念包括元素觀、微粒觀、變化觀、能量觀和平衡觀；方法類的基本觀念，包括實驗觀和分類觀；情意類的基本觀念，主要包括價值觀。具體而言，化學觀念的建構是以知識為載體、依托教學情境建立而成，以期實現將教育內容轉化為認識角度和思維習慣的過程。

下面以人教版選修4“原電池”為例，談談促進學生觀念建構的教學。

一、學生學習情況分析

在必修2中，學生已經初步了解并能應用氧化還原反應理論，并知道通過化學鍵的重組和電子的無序運動，化學能轉變為熱能；將氧化還原反應中電子的轉移由無序狀態成定向、有序的移動，化學能轉變為電能。在實驗的基礎上知道銅鋅類原電池的構成條件，并能夠用化學符號來表示微觀變化，這些知識的掌握為選修階段的學習奠定了一定的基礎。選修4中，學生要以含鹽橋的銅鋅原電池為載體，使氧化劑和還原劑在彼此隔離的條件下反應，更有效地將化學能轉化為電能，進一步認識原電池原理，多角度深入學習電化學知識。由此可知，學生需要建立微粒觀、能量觀和變化觀。

學生在發展觀念的過程中，障礙點在于，如何全面系統的認識原電池的裝置，如何在宏觀認識積累和微觀理解的過程中據裝置從微觀角度深入理解原電池原理。這需要給學生建立認識系統，讓學生能夠整體地、聯系地看待知識，打通電化學的任督二脈。

二、“原電池”具體知識與化學觀念的聯系

“原電池”中，化學能轉化為電能這一核心大觀念的建立和發展，依托的具體知識有三個維度，裝置維度包括電子導體、離子導體和正負電極材料（或得失電子場所），原理維度包括電極反應、電極產物、反應過程和反應現象，任務維度包括分析和設計原電池兩類。

教材在呈現原電池的具體知識時，能量觀體現在化學能與電能、化學能與熱能的相互轉化中。化學反應中伴有能量變化，能量變化的主要表現形式是熱能，原電池是將化學能轉化為電能的裝置，在原電池裝置的改進過程中，提高能量轉化率是其主要驅動力，引導學生分析和探究能量轉化情況；微粒觀體現在原電池原理的分析過程中，電解質在水溶液或熔融狀態中發生電離，產生自由移動的離子，陽離子移向正極，陰離子移向負極，電極反應物發生氧化還原反應，電子由負極經過導線流向正極形成電流等，無一不是微粒觀的體現；變化觀更是無處不在，原電池過程中產生電池，化學能轉化成電能，能量發生變化，負極反應物失去電子，正極反應物得到電子，負極發生的反應是氧化反應，正極發生的是還原反應，兩種反應同時進行。教學中，用具體知識作支撐，應用能量觀、轉化觀和微粒觀分析和解決問題，在此過程中體會化學觀念提綱挈領的地位和作用。

三、“原電池”的教學設計

在設計“原電池”的教學時，整體思路為：用微粒觀、能量觀和變化觀統領內容教學，用促進學生理解和發展化學觀念的問題引發學生思考，組織觀察宏觀事實和分析微觀本質的學習活動，圍繞產生持續穩定的電流、提高能量轉化率這一實際應用展開雙液電池的學習。人教版選修4“原電池”教學設計（片段）如下：

[引課]以典型的原電池為例復習鞏固原電池及其形成條件，明確本節課任務：解析生活中常用的干電池和宇宙飛船中用到的鋅銀電池工作原理，體會基礎學科的重要性。

[實驗探究]

實驗一：將鋅和硫酸銅的反應設計成原電池裝置

實驗用品：鋅片、鋁片、銅片、碳棒、導線、CuSO4溶液、ZnSO4溶液、燒杯

實驗任務：1.選擇實驗用品并說明選擇依據，設計、完成實驗裝置。2.觀察電流表偏轉情況、電極變化、溶液顏色和溫度變化，并記錄實驗現象。

設問：該反應中能產生持續的電流嗎？該反應中鋅片表面有銅析出，如何避免銅在鋅的表面析出？

（設計意圖：在掌握原電池基礎知識的前提下，讓學生分析単液電池的不足之處，引導學生從微觀角度分析工作原理，認識電池結構對電池性能的決定性作用）

實驗二：

實驗用品：鋅片、銅片、導線、CuSO4溶液、ZnSO4溶液、燒杯、鹽橋、uA表

實驗步驟1：鋅插入硫酸鋅中，銅插入硫酸銅溶液中，用導線將兩電極和uA表連接起來。

提問：這個裝置能產生電流嗎？（學生分析問題所在，盡可能多的提出解決辦法。）

實驗步驟2：用鹽橋將兩種電解質溶液連接起來，再取出鹽橋，重復幾次。（或嘗試用經飽和氯化鉀溶液浸泡過的紙巾，導線）

（設計意圖：通過動手實驗，拓展學生對原電池結構的認識，實現從單液原電池裝置到增加了鹽橋、離子交換膜等原電池的裝置的發展，讓學生學會從反應、電池結構、原電池原理和電池性能等方面全面認識原電池）

四、教學反思

在以“化學能轉化為電能”為核心大觀念的教學中，筆者始終圍繞微粒觀、能量觀和變化觀的建構和發展設計教學活動。由于授課對象基礎較薄弱，在教學前期先進行了相關知識的復習和回顧，為新課的順利進行奠定知識的同時降低了學生的學習難度，克服了學生的畏難情緒，進一步發展觀念屬順勢而為。在實驗探究中，讓學生設計并動手組裝原電池裝置，通過觀察實驗現象和分析現象背后的原因，讓學生體會微粒的變化情況和運動規律及相互作用，認識到単液電池存在不足從而引出雙液電池。接著，在比較兩種裝置的異同和分析雙液電池的工作原理的基礎上，讓學生認識到提高能量轉化率是原電池裝置得以改進的驅動力，加強能量觀的培養。教材中沒有用電極電勢判斷氧化還原反應的自發性，學生可能不能將物理中的電動勢知識遷移應用到化學中解釋問題，對此處可能會是一個障礙點，課下可以發放相關資料卡片幫助學生解惑。

進行基于化學觀念建構的教學，教師必須要明確需要建立的化學觀念是什么，借助哪些教學活動可以讓學生將化學觀念和具體教學知識聯系起來。教師需要認真研讀新課程標準和教材，深入理解知識內容，熟悉知識間的內在聯系和知識的教學價值，進而分析和挖掘知識背后蘊含的化學觀念，在教學活動中幫助學生理解、建構和發展化學觀念。

五、結束語

采用基于化學觀念建構的教學方法能夠促進學生對原電池裝置和原理的理解，一個重要的原因是通過感知原電池反應中的能量變化、從微觀角度分析原因和應用電學知識分析溶液中離子移動情況，加深學生對能量觀、微粒觀和變化觀的理解，深化對“化學能轉化為電能”核心大觀念的認識。

采用基于化學觀念建構的教學方法能夠促進學生遷移應用已有知識和經驗。應用微粒符號來表征微觀變化和化學反應中伴隨有能量變化是已有知識，在外顯和強化知識與其蘊含的化學觀念的聯系時，學生可以自然的將之前所學知識應用到新知識的學習中。

基于化學觀念建構的教學方法能夠促進學生認識水平的發展，使學生從宏觀微觀相結合的角度分析問題，用動態的相互作用觀看待問題，自覺運用化學觀念指導和統領化學學習，發展學生的必備品格和關鍵能力。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017

[2]吳艷艷.基于觀念建構的“原電池”教學設計研究[D].山東師范大學，2016

（新疆農業大學附屬中學，新疆烏魯木齊830000）（渭南中學，陜西渭南714000）