基于“模型認(rèn)知”的《原電池》教學(xué)設(shè)計

汪愛華

[摘要]《原電池》的教學(xué)設(shè)計主要通過實(shí)驗(yàn)探究，設(shè)置問題情境，讓學(xué)生從動手實(shí)驗(yàn)到觀察現(xiàn)象再到分析推導(dǎo)，構(gòu)建原電池的結(jié)構(gòu)模型，體驗(yàn)科學(xué)的認(rèn)識過程：感性一實(shí)驗(yàn)一理性（證據(jù)推理）一應(yīng)用（模型認(rèn)知），在學(xué)生自主探究、主動構(gòu)建模型的過程中落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]模型認(rèn)知;原電池;教學(xué)設(shè)計

[中圖分類號]

G633.8

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A

[文章編號] 1674-6058（ 2020） 23-0068-02

“原電池”是高中化學(xué)學(xué)科體系的核心知識之一，它的教學(xué)是氧化還原反應(yīng)理論的延伸與應(yīng)用，也是后續(xù)電化學(xué)知識的基礎(chǔ)。原電池的教學(xué)是體現(xiàn)學(xué)科交叉，科學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生思維能力和探究能力的好素材[1]。新課標(biāo)中關(guān)于原電池的教學(xué)要求是：認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用，了解原電池及常見化學(xué)電源的工作原理。電化學(xué)內(nèi)容是高中化學(xué)的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，也是培養(yǎng)學(xué)生“模型認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)的重要素材。

在高二階段，學(xué)生已經(jīng)初步了解原電池的工作原理及構(gòu)成條件，但只對簡單原電池有一定的知識儲備。本節(jié)課是人教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》第四章第一節(jié)《原電池》的第一課時，教學(xué)中，若依照教材的內(nèi)容設(shè)置，把鋅銅原電池作為第一認(rèn)知模型[2]，并由此總結(jié)原電池的構(gòu)成條件，容易使學(xué)生的思維“固化”，從而得出錯誤印象：①負(fù)極的電極材料一定參加電極反應(yīng)，而正極材料不參加反應(yīng);②正負(fù)極一定是活潑性不同的金屬（或者正極有碳），負(fù)極比正極活潑;③一定要有電解質(zhì)溶液，而且電解質(zhì)溶液還得與負(fù)極材料反應(yīng);④一定是溶液中的陽離子在正極得到電子發(fā)生反應(yīng)……這些錯誤印象會影響學(xué)生對單液原電池的分析，進(jìn)而造成學(xué)生對雙液電池工作原理產(chǎn)生理解障礙。

為此，筆者調(diào)整了教學(xué)方案，基于學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和認(rèn)識水平，通過五個環(huán)節(jié)使學(xué)生深入認(rèn)知電池模型，突破思維障礙。高二學(xué)生已具有基本的實(shí)驗(yàn)操作能力和氧化還原、反應(yīng)熱的理論基礎(chǔ)，可以通過自主探究實(shí)驗(yàn)，體會從理論到實(shí)踐，再從實(shí)踐到理論的認(rèn)知規(guī)律。在探究單液原電池的優(yōu)化過程中，建立認(rèn)識原電池的角度和思路模型[3]，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力得到很好的呈現(xiàn)和提升，把“模型的認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與教學(xué)細(xì)節(jié)相融合，能夠真正做到素養(yǎng)落地，拓寬學(xué)生分析原電池的思維角度，提升學(xué)生的思維能力。具體教學(xué)設(shè)計內(nèi)容如下。

一、教學(xué)目標(biāo)與評價目標(biāo)

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究單液原電池，從宏觀到微觀的理論角度對原電池進(jìn)行分析，幫助學(xué)生掌握原電池的工作原理及構(gòu)成條件，同時發(fā)展學(xué)生的“宏觀辨識與微觀探析”學(xué)科核心素養(yǎng)。

（2）引導(dǎo)學(xué)生通過對比實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象、收集實(shí)驗(yàn)信息、分析討論，總結(jié)單液原電池的缺點(diǎn)，找出改進(jìn)方法并進(jìn)行原電池模型設(shè)計，同時掌握鹽橋的作用及工作原理。活動過程中培養(yǎng)學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)。

（3）引導(dǎo)學(xué)生通過自主探究，按要求設(shè)計陌生原電池模型，加深學(xué)生對雙液原電池工作原理的理解和應(yīng)用。在問題情境中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生探索真理的科學(xué)精神與態(tài)度。

2.評價目標(biāo)

（1）通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究單液原電池，診斷學(xué)生對原電池的工作原理和構(gòu)成條件的認(rèn)知水平和思維疑點(diǎn)。

（2）通過對比實(shí)驗(yàn)的探究過程，考查學(xué)生的動手能力、信息收集與處理能力，診斷學(xué)生的思維生成過程。

（3）通過學(xué)生動手設(shè)計陌生原電池的活動過程，考查學(xué)生對雙液原電池工作原理的理解水平和應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的能力。

二、教學(xué)重難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)：雙液原電池的工作原理和設(shè)計。

2.教學(xué)難點(diǎn)：鹽橋的作用和原理。

三、教學(xué)流程

四、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

環(huán)節(jié)一情境導(dǎo)入

讓學(xué)生列舉生活中電池應(yīng)用的例子。學(xué)生踴躍發(fā)言，舉出各種例子，感受電池的應(yīng)用廣泛。

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)精神與社會責(zé)任”學(xué)科核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)二知識回顧

讓學(xué)生回憶原電池的有關(guān)內(nèi)容，總結(jié)原電池的構(gòu)成條件：（1）有兩個活潑性不同的電極;（2）有電解質(zhì)溶液;（3）形成閉合回路;（4）能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生有意識地聯(lián)系化學(xué)變化中的能量轉(zhuǎn)化，從不同視角對化學(xué)變化進(jìn)行研究，逐步揭示各類變化的特征與規(guī)律。

環(huán)節(jié)三分組實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)探究：（1）觀察鋅和硫酸銅溶液的反應(yīng);（2）設(shè)計鋅銅單液原電池，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察;（3）書寫電極反應(yīng)方程式。

實(shí)驗(yàn)1：鋅片表面有紫紅色物質(zhì)生成;鋅失去電子成為離子，電子通過導(dǎo)線傳給Cu電極，Cu電極上的電子傳給溶液中的銅離子生成Cu。這樣便產(chǎn)生了電流，形成了原電池。

實(shí)驗(yàn)2：鋅片表面有紫紅色物質(zhì)生成;而Cu片上無明顯現(xiàn)象;電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)，證明形成了原電池，電流表指針偏轉(zhuǎn)的方向就是電子的流動方向。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)學(xué)會收集科學(xué)證據(jù)和確立尋找證據(jù)的途徑;學(xué)會利用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ兔枋龌瘜W(xué)變化，解釋化學(xué)現(xiàn)象;培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度去理解宏觀變化的思維以及“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)四 電池改進(jìn)

問題1：電池繼續(xù)工作時，電流穩(wěn)定嗎？什么現(xiàn)象可以說明？鋅片表面有紫紅色物質(zhì)生成，說明了什么？（從能量轉(zhuǎn)化的角度）

學(xué)生回答：不穩(wěn)定，電流表指針不停地晃動，最后停止偏轉(zhuǎn);Zn極上有Cu生成，電流表指針停止偏轉(zhuǎn)，猜想是Zn片表面的Cu阻止了Zn發(fā)生反應(yīng)。接觸反應(yīng)造成能量損失。

問題2：如何進(jìn)行電池改進(jìn)呢？

方案1：將Zn從CuSO4中分離開來。

方案2：將Zn放在其他電解質(zhì)中，比如ZnSO4，不接觸硫酸銅。