深度學習視野下素養為本的“化學能與電能”教學設計

楊學博 康彩鳳

【摘要】通過重構“化學能與電能”教學內容，以學生為主體，開展以化學實驗為主的多種探究活動，幫助學生從宏觀、微觀層面更好地理解原電池的原理和形成條件，以培養和發展學生的宏觀辨識與微觀探析、科學探究與創新意識、證據推理與模型認知等化學學科核心素養。

【關鍵詞】素養為本 原電池 負極 正極 化學能與電能 構成條件

一、設計思路

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出，要重視開展“素養為本”的教學，倡導真實情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力。本節教材對原電池原理內容敘述篇幅很少，幾乎就是對幾個概念的定義，但同時又設置了大量的探究教學素材，首先，新課演示實驗為探究教學創設了問題情景，當學生觀察到“銅片上產生氣泡”這一反常的實驗現象，就會情不自禁地提出一系列問題，產生強烈的探索欲望，并提出各種各樣的假設;當學生了解原電池的原理后，教材又設置了一個討論題，讓學生自己歸納“組成原電池的條件”。同時，課本后面的“家庭小實驗——水果電池”，又是本課時探究教學內容的應用和延伸。所以本節教材內容富有深刻的探究教學思想內涵。因而教學上采用實驗探究法。

為了更好地實施探究教學，筆者對本節教材內容作了一些處理。

1.整教材知識順序，先學習原電池知識，課后自主學習2009年我國發電總量構成圖和火力發電的有關知識，第二課時引導學生分析討論，火力發電的利與弊，以鞏固對原電池概念的再認識。

2.變教材中的教師演示實驗為學生動手實驗。這樣不僅使學生觀察到明顯的現象，還能使學生直接參與知識的獲得過程，獲得直接的體驗。

3.教材中“組成原電池的條件”這一個討論題，考慮到我們學生的知識遷移能力和概括能力還不是很強，單純的討論可能會無從談起，因此教學中設計了一系列對比實驗，讓學生通過實驗獲得直接經驗，再通過對比分析，歸納出規律，最終得出組成原電池的三個必要條件。

4.在完成上述內容后，如果課堂時間允許，可以讓學生自己設計一個原電池，將剛學的內容進行應用和鞏固，有利于培養學生的知識遷移能力和發散思維能力。

“化學能與電能”一節，教材內容雖然簡單，但筆者通過對教學內容進行結構化設計，以實驗探究為線索，以學生為主體，以期有效地落實新課程標準中提出的課程目標，培養學生的化學學科核心素養，具體設計思路如下：

課前預習，學生自主學習掌握原電池的基本概念。原電池的負極，正極，與電解質溶液的關系，課堂蘋果實驗導入，突出生活和理論的聯系，通過大量分組實驗，讓學生總結出原電池的構成條件。并深刻理解正極一般并不參與反應，而是導電的作用。

二、教學設計

1.教材分析。本節課內容是本章的一個重點也是高中化學的重要基礎理論之一，一是對前一節課中“一種能量轉化為另一種能量，能量也是守恒的;化學能是能量的一種形式，它同樣可以轉化為其他形式的能量，如熱能和電能等”論述的補充和完善。二是從反應物之間電子轉移角度看，原電池概念的形成是氧化還原反應本質的拓展和應用;三是為后面選修4進一步學習原電池、電解池和金屬的電化學腐蝕與防護“開路”，所以這節課起著承前啟后的作用。

2.學情分析：

（1）知識基礎。學生通過必修I的學習，已經了解了氧化還原反應的實質是電子的得失或偏移，通過初中物理的學習已經知道帶電粒子的定向移動形成電流，知道電流的形成的基本條件：有電源，形成閉合回路。但是學生對于將一個氧化還原反應分為兩個半反應在兩個不同場所發生這種情況是第一次接觸，因此在本節課教學中設置了“將鋅粉和稀硫酸直接接觸進行反應”這一演示實驗，通過實驗事實的直觀材料去分析原電池的工作原理，降低難度，符合學生的認知規律。

（2）實驗技能基礎。經過一年半的高中學習訓練，學生已經具備一定動手能力和實驗設計能力，且由于物理課上的訓練，學生也已經具備一定的電路組裝能力。因此，本節課主要采用學生實驗獲得大量的感觀材料之后加以分析的方法來進行學習。采用分組實驗探究、問題探討、分析推理和比較歸納等方法，并結合多媒體進行輔助教學。在實驗+觀察、討論、推測+驗證的過程中，利用導學案，學習和理解原電池的概念、原理和構成條件。

3.教學目標：

（1）知識與技能。①了解原電池的工作原理及構成條件;②能正確書寫電極反應式和電池總反應方程式;③通過實驗培養學生化學實驗的觀察操作及設計能力;綜合運用有關的知識技能和方法，分析解決一些化學問題的高級技能

（2）過程與方法。①讓全體學生經歷探究的過程，學習科學探究方法，提高科學探究能力;②培養學生科學的思維方式和問題意識。

（3）情感態度與價值觀。①體驗科學探究的艱辛和喜悅;②培養學生勇于創新，積極實踐等科學精神和科學態度;③學會與他人合作，主動交流。

4.教學重點：了解原電池的反應原理及構成原電池的一般條件。

5.教學難點：了解原電池的反應原理。

6.教法分析。本課主要采用了實驗探究法、再結合問題探討法、分析推理和比較歸納法等教學方法，更好地突出本課重點，突破難點，完成教學任務。同時在教學中還合理地運用多媒體等輔助手段，便于達到預期的教學效果。

7.學法指導。根據學生的知識結構、心理特點和教學內容的實驗需要，采用分組實驗探究、問題探討、分析推理和比較歸納等方法，并結合多媒體進行輔助教學。在實驗+觀察+討論+推測+驗證的過程中，學習和理解原電池的概念、原理和構成條件。通過本節課的學習，使學生養成善于觀察、善于思考的習慣，并學會運用觀察、比較、歸納等方法去分析、解決問題，達到學以致用的目的。

8.教學過程：

【新課引入】上節課我們學習了化學能與熱能可以相互轉化，那化學能與電能能否相互轉化呢？動手實驗：

①南孚電池可以使靈敏電流計指針發生偏轉

②在一個蘋果上一邊插入鋅片，另一邊插入銅片，分別用導線連接到靈敏電流計的負極，正極上，電流計指針發生偏轉。對比發現，蘋果插上鋅片，銅片就和南孚電池有了同樣的效果。神奇吧！這是為什么呢？學習了這節課，我們就能夠解釋這神奇的現象了。

設計意圖：通過直觀對比引起學生極大的興趣，提高學生的課堂積極性，引發學生主動思考。

板書：第二節 化學能與電能

PPT展示圖片：世界手機銷量前五的國產手機華為，ViVO，OPPO的手機電池，紐扣電池，電動車蓄電池。這些生活必需品的工作原理是什么？它們是如何產生電能的呢？我們來探究一下。

【生】Zn失去電子變成Zn2+，氫離子得到電子生成H2。

通過對比實驗1和實驗4，我們發現，都發生了鋅與稀硫酸的氧化還原反應，但實驗4有電流產生。我們把實驗4這種裝置叫原電池。

設計意圖：一步一個腳印，環環相扣，鍛煉學生穩重求進的學習態度，進而養成循序漸進的良好習慣。

板書：原電池的概念

將化學能轉化為電能的裝置

【師】我們還發現，要將化學能直接轉化為電能，必須將氧化反應和還原反應在兩個區域進行，同時架設橋梁，使電子從還原劑區域轉移到氧化區域發生定向移動，形成電流。

為了幫助大家進一步理解原電池的工作原理，我們通過一個FLASH動畫來模擬一下銅鋅原電池的 工作原理，請同學們認真觀察。

【生1】鋅失去電子，被氧化，氫離子得到電子，被還原。

【生2】氫離子向Cu極移動，硫酸根向Zn極移動，形成閉合回路

【生3】Cu極做載體，起導電的作用。

板書：原電池的工作原理

負極：電子流出，較活潑，（鋅片）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應）

正極：電子流入，較不活潑，（銅片）：2H++2e-=H2↑（還原反應）

總反應方程式為：Zn+2H+=Zn2++H2↑

總結：負極失去電子，發生氧化反應，電子沿導線到達正極，電解質溶液中的陽離子移向正極獲得電子，發生還原反應，與此同時，溶液中的陽離子向負極移動，這樣一來，就形成了外電路中電子的定向移動，內電路中陰陽離子的定向移動，內外電路形成閉合回路，產生電流。

【過渡】既然我們已經了解原電池的工作原理，那么：哪些條件是構成原電池的必要條件呢？我們仍然通過對比實驗獲得結果。

給學習小組分別設計如下實驗，討論分析并利用導學案完成相關知識歸納。學生總結，老師板書（表略）。

設計意圖：高一學生的實驗能力較差，基本實驗操作仍需大量練習。通過分組實驗，培養學生良好的實驗習慣，同時促進學生間的協作能力。踐行“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的教育理念。

板書：原電池的構成條件

①有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬導體）作電極

②兩極相連形成閉合回路，且電極材料均插入電解質溶液中

③負極和電解質溶液之間必須有自發的氧化還原反應。

學以致用：格林太太是位漂亮、開朗、樂觀的父女。當她開懷大笑的時候，人們可以發現她一口整齊潔白的牙齒中鑲有兩顆假牙：其中一顆是黃金的——這是她富有的標志;另一顆是不銹鋼的——這是一次車禍后留下的痕跡。令她百思不得其解的是自從車禍后，格林太太經常頭疼、夜間失眠、心情煩躁……醫生絞盡腦汁，格林太太的病情仍未好轉……

9.教學后記與反思。從學科特點來說，本節課以實驗事實設疑，讓學生從直觀、生動的實驗中發現問題，進一步引導學生進行推理和分析，再通過實驗驗證分析的結果。這樣得出的結論學生才能真正理解和牢固掌握。

從學生心理特點來說，這節課中重視由學生自己動手操作，動眼觀看，動腦思考，親身體驗得出結論，滿足學生對新鮮事物有強烈的好奇心和探索欲望。

從學生實際思維和分析能力來說，學生的抽象思維和探索能力畢竟還處于初級階段，尚不成熟，這就決定了他們還不能成為完全獨立的探索主體，探索活動需要在教師的組織引導下，有目的有計劃地進行。因此，本節課的部分實驗是由教師預先設計的，但同樣起到了實驗探究應有的作用。

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）[S].北京：人民教育出版社，2018.2.

課題項目：《深度學習視野下的高中化學必修2單元教學設計與應用》GHB（2018）3176課題系列論文。