基于發展高中生化學學科核心素養的課堂教學改革
——以“化學能與電能”教學為例

李延紅，吳海霞，傅玉琴

（洛陽師范學院化學化工學院，河南洛陽 471934）

1 教學內容分析及教學現狀

高中化學人教版必修二教材第二章 “化學反應與能量”中第二節“化學能與電能”第一課時“化學能轉化為電能”[1]，該課時的主要內容包括：（1）了解原電池的定義；（2）知道原電池的形成條件；（3）了解原電池的工作原理；（4）學會原電池正、負極的判斷；（5）掌握原電池電極反應式的書寫。

關于“化學能轉化為電能”，很多教師的教學重點放在了原電池正負極的判斷和電極反應式的書寫，往往忽略了啟發并引導學生深度理解原電池的工作原理。課堂教學中大多數教師都是重視知識的理解和掌握，而忽略了發展學生的學科核心素養。

2 教學思想和創新點

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出，發展學生化學核心素養的關鍵，是“積極開展素養為本的課堂教學實踐，主動探索素養為本的課堂教學模式和策略”，該文通過幾個策略，將教學設計進行優化，使學科核心素養在課堂落地，以期培養學生必備品格和關鍵能力[2]。

3 設計內涵和設計思路

核心素養是學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力[3]。化學作為自然科學的基礎之一，研究化學學科核心素養，對學生的必備品格和關鍵能力有著獨特的作用，主要體現在“宏觀辨識和微觀探析”“變化觀念和平衡思想”“證據推理和模型認知”“科學探究和創新意識”“科學態度和社會責任”5 個核心素養維度上，基于核心素養的教學是指以核心素養培育為導向，通過優化教學設計使核心素養落地課堂，培養學生必備品格和關鍵能力[4]。

在教學設計上，以水果電池作為情境線，以Cu-Zn 原電池作為知識線，以小組活動作為任務線，以多元評價作為素養線，使學生在課堂上始終處于主體地位，從而突出重點、突破難點，通過學生主動參與課堂，使學生的知識水平有所提高，合作精神有所增強，進而培養學生的合作意識，競爭意識和社會責任。

4 教學目標

（1）通過教師的演示實驗，讓學生感知實驗中同一個化學反應的能量變化，從而培養學生的變化觀念。（2）通過引導學生從多個維度，多個角度度辨識原電池的正負極，培養學生宏觀辨識和微觀探析的能力。（3）通過學生的分組實驗，交流合作，歸納出原電池的形成條件，從而培養學生的探究能力和合作意識。（4）通過原電池的模型，引導學生觀察宏觀的現象，啟發學生對微觀電子轉移的探析，得出原電池的工作原理，推理出正負極電極反應式的書寫，從而培養學生的證據推理能力。（5）通過對目前電力來源的討論、分析、小組交流，培養學生的科學態度和社會責任。

5 教學流程

5.1 通過情境導入、演示實驗認識原電池，培養變化觀念和平衡思想

教師：教師展示由水果電池供電的音樂賀卡模型，并提問“為什么水果能像電池一樣供電？”

學生：學生對神秘的賀卡產生期許，對水果發電產生興趣和疑問。

過渡：為什么我組裝的這樣的裝置能使音樂賀卡發出聲音，它的原理是什么？我們能不能在實驗室找一個類似的裝置也讓音樂賀卡發出聲音或讓電子表顯示時間呢？

學習任務一：原電池的能量變化及其構成條件。

教師演示實驗如下。

（1）將金屬鋅插入稀硫酸溶液中；（2）將金屬鋅、銅一起插入稀硫酸中；（3）將金屬鋅、銅用導線連接插入稀硫酸溶液中。

教師：請同學們仔細觀察并認真描述這3 個實驗的現象，分別涉及哪些能量轉化？

學生：實驗一現象：固體逐漸溶解，金屬鋅表面有氣泡冒出，在此過程中，化學能轉化成熱能。

實驗二現象：金屬鋅逐漸溶解，金屬鋅表面有氣泡冒出；金屬銅片上無現象；在此過程中，化學能轉化成熱能。

實驗三現象：金屬鋅逐漸溶解，銅片上有氣泡冒出；在此過程中，化學能轉化成電能。

教師：實驗三中化學能轉化成電能，請思考：它能通過一個化學反應源源不斷地提供電能嗎？為什么？

學生：不能，不符合能量守恒定律。

教師：回顧實驗，學生分小組探究，合作交流，討論得出原電池的構成條件，最后教師總結得出原電池的構成條件。

設計意圖：利用新奇模型來激發學生的興趣，并通過設置懸疑，讓學生帶著疑問進入學習，通過教師的演示實驗，分組實驗培養學生的合作意識，使學生在參與中獲取新知，從而激發學生的興趣，參與探索，解決問題。演示實驗能激發學生的學習欲望，學生感知實驗中同一個化學反應既能由化學能轉成熱能，又能由化學能轉化成電能，從而培養學生的變化觀念[5]。

5.2 通過巧妙的設置問題鏈，幫助學生如何判斷原電池的正負極

學習任務二：從宏觀和微觀的角度判斷原電池的正負極。

教師：結合剛才的演示實驗，問題一：為什么電流計的指針會發生偏轉？問題二：結合物理學知識，Cu-Zn-H2SO4原電池中，你能判斷電子的流向，電流的流向嗎？問題三：在該原電池中，哪一極為正極？哪一極為負極？

學生：（1）有電流產生；（2）電子從鋅電極到銅電極；電流由銅電極到鋅電極；（3）銅電極為正極，鋅電極為負極。

教師引導：讓我們一起認真觀察、仔細分析，哪些直觀的、宏觀現象可以幫助我們判斷原電池的正、負極？

學生小組合作，交流，討論，小組展示如下。

判斷方法：（1）從電極材料看，一般情況下，較活潑的金屬為負極，較不活潑的金屬或非金屬為正極；（2）從反應現象看：電極質量減輕的為負極，電極質量增加或有氣泡冒出的為正極；（3）從反應類型看：發生氧化反應的為負極，發生還原反應的為正極。

教師引導學生再從微觀的角度分析正、負極判斷，失去電子的為負極，得到電子的為正極，也就是說，電子流出的電極為負極，電子流入的電極為正極。

教師：在原電池正負極的判斷中，既有宏觀的判據，又有微觀的判據，我們可以根據不同類型的原電池，或者從宏觀上來判斷，或者從微觀電子的得失方面上來判斷。

設計意圖：原電池正負極的判斷有很多種，有宏觀辨識方面的，也有微觀電子得失角度探析的原電池正負極。一方面，宏觀上辨識原電池的正負極有多種方法，引導學生從多個維度和多個角度辨識原電池的正負極，培養學生的宏觀辨識能力，通過這樣的判斷方法，能培養學生的宏觀辨識能力；另一方面，從微觀角度探析原電池的正、負極。從而歸納出各類原電池正負極的判斷依據，進而培養學生宏觀辨識和微觀探析的能力。

5.3 通過分組探究實驗，培養學生的實驗探究和創新意識

學習任務三：探究原電池的形成條件。

溫馨提示：（1）根據已具備的氧化還原反應的知識，結合剛才的演示實驗利用提供的實驗用品，設計一套電池裝置；（2）注意觀察現象并認真記錄；（3）各小組推薦合適的人選準備展示匯報該組的實驗成果；（4）注意實驗安全。

設計意圖：設計小組探究實驗，教師提供儀器和試劑，讓學生通過自己組裝，判斷是否能形成原電池，培養學生的探究能力和合作意識。通過小組實驗，通過不同小組的不同實驗，見表1，小組之間的交流，用不同的電極材料，電解質溶液，進而總結出形成原電池的條件，給學生創新的空間，培養學生的創新意識。

表1 探究原電池的形成條件實驗分組情況

5.4 通過引導學生書寫電極反應式，培養學生證據推理和模型認知能力

學習任務四：通過Cu-Zn-稀H2SO4原電池模型，推斷電極反應式的書寫方法及原則。

教師：教師展示Cu-Zn-稀H2SO4原電池裝置模型根據宏觀上觀察到的現象，該原電池鋅片逐漸溶解，銅片上有氣泡冒出；微觀上金屬鋅失去電子，電解質溶液中的氫離子得到電子，該如何書寫該原電池的電極反應式呢？

教師引導學生書寫電極反應式：

負極：Zn - 2e- = Zn2+

正極：2H++2e- = H2

兩者相加，得出總的電極反應式：Zn+2H+=Zn2++H2

過渡語：同學們仔細觀察如何由總反應拆分成正、負極的反應呢？

學生：根據氧化還原反應，根據化合價升降，根據電子的得失都可以拆分。

教師總結：化合價升高、失去電子、發生氧化反應的為負極；化合價降低，得到電子，發生還原反應[5]的為正極，以此來拆分成兩個半反應。

設計意圖：通過原電池的模型，引導學生觀察宏觀的現象，啟發學生對微觀的電子轉移進行探析，幫助學生提取有關的有用的信息，用化學符號以電極反應式的形式，結合氧化還原反應的電子得失，從而推理出正負極電極反應式的書寫，以此來突破該節課的難點，從而培養學生的證據推理能力。

5.5 通過本節課的拓展延伸，培養學生的科學精神和社會責任

學習任務五：小組討論：電力來源知多少？然后小組展示。

小組展示：電力的來源主要有火力發電，太陽能發電，風能發電，新能源發電等。

設計意圖：通過對電力來源的討論、分析、小組交流，知道目前以火力發電為主。但火力發電影響并污染了環境，以此為契入點，引導學生為解決這一問題，作為國家的接班人，應該努力學習，爭取以后開發新能源電池，為低碳生態的社會責任盡一份力。

6 教學效果和反思

通過“化學能與電能”的教學設計，選取“水果電池”情境導入，通過設置不同的學習任務引導學生積極地探索，討論合作與交流，是學生體驗到學習的樂趣，感受到科學知識在社會生活中的重要性。電極反應式是該節課的難點，在書寫電極反應式的教學過程中，采用“宏觀現象—微觀分析—化學符號表達電極反應式”的表達方式[6]。用化學符號書寫電極反應的時候，結合實驗模型，觀察宏觀現象，通過電子轉移的微觀探析，聯系氧化還原反應，從而達到培養證據推理和模型認知的能力目標。

通過課內拓展，培養學生的科學精神和社會責任體現得不夠明顯，需要在以后的教學中引起注意。在課堂歸納總結時，如果讓學生解釋“水果電池”讓音樂賀卡發聲的原理，還能用什么樣的水果代替，不僅可以達到首尾呼應的效果，也可以提高學生解決實際問題的能力，在以后的教學中也要引起注意。

核心素養背景下，一線教師應該努力提高化學核心素養培育的教學設計能力，搭建真實情境，實施多元評價策略，保障學科核心素養的有效達成，在教學中設置不同的任務活動承擔核心素養發展的目標，這也是一線教師和學者不斷努力和探索的方向。