淺談如何用實(shí)驗(yàn)探究法發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

摘?要：化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生親身參與到對(duì)化學(xué)知識(shí)、概念、理論、原理的理解和探究過程中，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度，逐步形成證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。文章闡述如何通過實(shí)驗(yàn)探究法開展電解原理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究法;發(fā)展;學(xué)生;化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)

一、 教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

本節(jié)內(nèi)容為人教版選修4第四章電化學(xué)第三節(jié)電解池，屬新授課。電解原理和原電池原理都是電化學(xué)的重要基礎(chǔ)理論。不同的是，原電池原理研究的是如何利用能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;而電解池研究的是如何借助電能使不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)能夠發(fā)生，從而使電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。教材要求將理論研究與實(shí)踐探討放在重要位置。運(yùn)用電解池原理將課本中的理論知識(shí)與實(shí)際化工生產(chǎn)聯(lián)系起來，通過氯化銅溶液的電解實(shí)驗(yàn)引出電解原理，使學(xué)生在理解電解原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)電解原理在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用如氯堿工業(yè)、電解精煉銅、電鍍工業(yè)等，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科學(xué)以致用的特點(diǎn)。從高二學(xué)生的實(shí)際情況來看，已具備了很強(qiáng)的觀察能力和較好的閱讀理解教材的能力，同時(shí)也具備了一定的動(dòng)手操作簡單化學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力及實(shí)驗(yàn)記錄能力。教學(xué)中可以充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用，引導(dǎo)學(xué)生通過自己的觀察，了解電解裝置和實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象，并用學(xué)到的知識(shí)分析電極表面發(fā)生變化的原因，從而體驗(yàn)電解池的功能認(rèn)識(shí)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解的過程。從知識(shí)結(jié)構(gòu)上看，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了原電池，因此學(xué)習(xí)電解原理，可以有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

二、 教學(xué)思想與創(chuàng)新點(diǎn)

為了使教學(xué)具有更強(qiáng)的邏輯性，體現(xiàn)探究精神，突出教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，即：電解的基本原理和離子放電順序，對(duì)教材在教學(xué)程序上進(jìn)行了調(diào)整。根據(jù)原電池的形成條件和學(xué)生以前學(xué)過的電解水的實(shí)驗(yàn)，給出電解池的概念，讓學(xué)生自己總結(jié)電解池的形成條件，將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究電解原理。并且在講解放電順序時(shí)，以前教學(xué)都是直接給出放電順序，這次改為學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明陰、陽極的放電順序。根據(jù)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)特點(diǎn)，采用實(shí)驗(yàn)探究方法展開探索的過程。在教學(xué)中將電解氯化銅教師演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，將陰、陽極的放電順序設(shè)計(jì)為學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生潛移默化地受到自然科學(xué)方法論思想的熏陶，發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、 確定教學(xué)目標(biāo)

1. 識(shí)記電解及電解池概念，理解電解原理，會(huì)通過電源正負(fù)極判斷電解池的陰、陽極;2. 弄清電解池裝置特點(diǎn)、形成條件，會(huì)判斷陰極及陽極產(chǎn)物和發(fā)生的反應(yīng)類型;3. 通過設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，加強(qiáng)基本操作訓(xùn)練。使學(xué)生了解科學(xué)研究和探索的基本思路，讓學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。

四、 教學(xué)流程設(shè)計(jì)

（一）復(fù)習(xí)、提出問題階段

【復(fù)習(xí)】請(qǐng)將氧化還原反應(yīng)：

Fe+Cu2+Cu+Fe2+，設(shè)計(jì)成原電池。

【導(dǎo)入新課】電能如何轉(zhuǎn)變成化學(xué)能呢？這就是本節(jié)課要共同探討的問題。

要求學(xué)生獨(dú)立思考書寫負(fù)極電極反應(yīng)式，正極電極反應(yīng)式并討論發(fā)生反應(yīng)的類型。

【學(xué)生總結(jié)】原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

學(xué)生傾聽

復(fù)習(xí)原電池的原理。

培養(yǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

為電解實(shí)驗(yàn)做對(duì)照。

提出學(xué)習(xí)方向。

（二）知識(shí)學(xué)習(xí)階段

一、 電解原理

1. 教師引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀課本及觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了解電解及電解池的概念;

2. 討論構(gòu)成電解池必須具備那些條件;

3. 研究電解池陰極及陽極材料對(duì)電解質(zhì)溶液及產(chǎn)物的影響。

【過渡】首先我們從以下探究實(shí)驗(yàn)來探討電解原理。

【探究實(shí)驗(yàn)1】在剛才的實(shí)驗(yàn)中連接電源電極均為碳電極，觀察現(xiàn)象。思考出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因。

學(xué)生通過討論，總結(jié)出形成條件：一電源兩電及電解質(zhì)溶液三者構(gòu)成閉合回路。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】讓學(xué)生獨(dú)立完成電解氯化銅的演示實(shí)驗(yàn)，觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并指出實(shí)驗(yàn)操作中的一些錯(cuò)誤操作加以糾正。現(xiàn)象：與負(fù)極相連的電極上有紅色物質(zhì)覆蓋。

培養(yǎng)學(xué)生閱讀教材、概括總結(jié)能力及口頭表達(dá)能力。

培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)觀察能力，準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)?zāi)芰皥F(tuán)結(jié)合作精神。

【總結(jié)】電流通過電解質(zhì)溶液時(shí)，在陰陽兩極發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。

【啟發(fā)引導(dǎo)】請(qǐng)大家根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和氯化銅溶液的組成成分以及原有知識(shí)分析推斷兩極生成物的名稱。

【討論】1. 通電前溶液中存在哪些離子？這些離子是如何運(yùn)動(dòng)的？

【討論】2. 接通直流電后，原來的離子運(yùn)動(dòng)發(fā)生了怎樣的改變？

4. 有關(guān)離子在兩極發(fā)生何反應(yīng)？

5. 電極的規(guī)定和電極反應(yīng)式的書寫

陽極：與電源正極相連的一極

2Cl--2e=Cl2?氧化反應(yīng)

陰極：與電源負(fù)極相連的一極

Cu2++2e=Cu?還原反應(yīng)

總反應(yīng)化學(xué)方程式：CuCl2通電Cu+Cl2

【概括】通俗記法，利用諧音。

陽（極）—氧（化反應(yīng)）

與正極相連的電極產(chǎn)生大量有刺激性氣味的氣體，并能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{(lán)。

學(xué)生思考：

產(chǎn)物為氯氣和銅

討論分析、回答：

1. 通電前溶液中Cu2+、Cl-、H+、OH-，自由移動(dòng)。

2. 通電后帶正電的Cu2+、H+向陰極移動(dòng);帶負(fù)電的Cl-、OH+向陽極移動(dòng)。

3. Cu2+在陰極得電子變成了單質(zhì)Cu，Cl-在陽極失電子變成了Cl2。

學(xué)生記錄

調(diào)動(dòng)學(xué)生思維，分層次思考，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，分析方法在教學(xué)中潛移默化地滲透。

實(shí)現(xiàn)感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的過程。

加深記憶，培養(yǎng)興趣。

【理論探究】CuCl2溶液中有自由移動(dòng)的Cu2+、Cl-、H+、OH-，為什么只有Cu2+、Cl-得失電子，而H+、OH-卻不能在兩極得失電子呢？

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】根據(jù)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)判斷下列粒子的還原性強(qiáng)弱。

Cu、Cl-、Br-、I-、SO2-4、OH-。

【教師分組】將學(xué)生分為兩大組做探究實(shí)驗(yàn)2、3。

【探究實(shí)驗(yàn)2】將實(shí)驗(yàn)一中的陽極用銅電極代替，觀察現(xiàn)象。

【探究實(shí)驗(yàn)3】將實(shí)驗(yàn)一中的溶液改為CuSO4溶液。觀察現(xiàn)象。

【學(xué)生活動(dòng)】思考：認(rèn)為與離子的氧化性、還原性強(qiáng)弱有關(guān)。

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生討論，分析可將銅電極代替石墨電極電解CuCl2溶液;和均用石墨電極電解硫酸銅溶液。

學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)2：現(xiàn)象陽極無氣體產(chǎn)生，銅電極溶解;

實(shí)驗(yàn)3：兩電極均產(chǎn)生無色無味的氣體。

調(diào)動(dòng)學(xué)生處于積極思考狀態(tài)，培養(yǎng)思維能力。

創(chuàng)設(shè)問題情境激發(fā)學(xué)生求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、動(dòng)手能力。

【講述】電解質(zhì)溶液中離子在兩極上得失電子有一定順序，我們稱之為放電順序，放電順序涉及多種因素，在中學(xué)階段只要求掌握常見的一些物質(zhì)或離子的放電順序。

學(xué)生總結(jié)：

陰極放電順序：按金屬活動(dòng)性順序越不活潑的金屬其陽離子越容易得電子。

陽極放電順序：金屬（除Pt、Au）>S2->I->Br->Cl>OH->含氧酸根。

培養(yǎng)學(xué)生語言表達(dá)能力、協(xié)調(diào)能力和總結(jié)能力。

【質(zhì)疑】在電解過程中，電子是如何形成閉合電路的？

【歸納】電子的方向與電流的方向相反從電源負(fù)極流出，流向電解池的陰極，陰極附近的Cu2+在陰極得電子被還原為銅，溶液中的陰離子定向移動(dòng)，陽極附近的Cl-在陽極失電子被氧化為氯原子。氯原子結(jié)合形成氯氣分子，失去的電子從陽極流回電源的正極，從而形成閉合電路。

看課本第80頁，歸納電子流動(dòng)方向：

電源負(fù)極→電解池陰極→電解質(zhì)溶液→電解池陽極→電源正極

創(chuàng)設(shè)問題情境激發(fā)學(xué)生求知欲望，使學(xué)生處于思考問題，探索問題的情境中，有利于訓(xùn)練學(xué)生思維，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性。

【思考】我們知道金屬、電解質(zhì)溶液都能導(dǎo)電，那么是由于什么原因？

【小結(jié)】電解概念及電解的原理，理順知識(shí)，要求會(huì)判斷電解池的陰陽兩極，寫電極反應(yīng)方程式，判斷發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

回答：金屬導(dǎo)電靠自由電子的定向移動(dòng)，移動(dòng)過程不發(fā)生化學(xué)變化。電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是陰陽離子的定向移動(dòng)，在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

明確應(yīng)該掌握的內(nèi)容。

【作業(yè)】學(xué)案相應(yīng)習(xí)題。鞏固所學(xué)知識(shí)

五、 教學(xué)效果與反思

從教學(xué)效果來看達(dá)到了預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)，較好地完成了教學(xué)任務(wù)。本課時(shí)主要采用了實(shí)驗(yàn)、比較、探究等教學(xué)方法。這樣做的理由是：

1. 可使學(xué)生對(duì)原電池和電解池的反應(yīng)原理理解得更深入，更透徹，可有效地避免學(xué)生對(duì)二者概念的混淆。

2. 用實(shí)驗(yàn)作為理論的依據(jù)，可直觀、形象地說明抽象的道理。在本講中教師利用電腦、投影等多媒體手段模擬溶液中離子的運(yùn)動(dòng)并形象地表達(dá)陰陽電極反應(yīng)，也是為了使學(xué)生的印象更加深刻。

3. 讓學(xué)生動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也可發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

另外，本課時(shí)還特意補(bǔ)充了金屬電極做陽極的知識(shí)，這主要是為下一課時(shí)的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備，同時(shí)加深學(xué)生對(duì)電解原理的認(rèn)識(shí)。

4. 本節(jié)課實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量大，需要學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)員、高二化學(xué)備課組老師通力合作才能完成。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）.人民教育出版社.

作者簡介：

胡金鳳，副高級(jí)，甘肅省平?jīng)鍪校拭C省涇川縣第一中學(xué)。