從原電池的構(gòu)成實驗教學(xué)看化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

王會玲

摘要：本文以原電池的構(gòu)成實驗教學(xué)為例，從“意外發(fā)現(xiàn)”“網(wǎng)絡(luò)話題”“創(chuàng)新設(shè)計”“微觀探析”等方面，闡述了教師以發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為本轉(zhuǎn)變教學(xué)模式的幾點體會。

關(guān)鍵詞：原電池;素養(yǎng);實驗;創(chuàng)新;有機電池

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)（下文簡稱“素養(yǎng)”）的提出既為人才培養(yǎng)指明了方向，也對化學(xué)教師的專業(yè)素養(yǎng)提出了高要求[1]。下面從原電池的構(gòu)成實驗教學(xué)案例，談一點自己的教學(xué)心得。

一、充分認識化學(xué)實驗對發(fā)展素養(yǎng)的獨特功能

實驗室里，學(xué)生按照老師提供的實驗材料，根據(jù)圖片（圖1-1，圖1-2和圖1-3）探究構(gòu)成原電池的條件。

學(xué)生進行將裝置圖1-3中的硫酸換成酒精、銅片換成碳棒、電極都換成鋅片等系列實驗操作，觀察檢流計指針的變化。這是經(jīng)受過多次檢驗、一切實驗現(xiàn)象都在教師預(yù)料之中的常規(guī)實驗，很快，師生達成了關(guān)于構(gòu)成原電池條件的共識。一堂圓滿達到教學(xué)目標(biāo)的探究課即將伴隨著下課鈴聲謝幕時，有學(xué)生突然說，“我發(fā)現(xiàn)把鋅片與銅片連接插入稀硫酸，溫度升高了！”聽他這樣說，我一時無法應(yīng)對。說實話，我也從來沒有注意過這一現(xiàn)象。一轉(zhuǎn)念，既然都有疑問，為何不共同探究這一問題呢？

于是我給每組補發(fā)一支溫度計，學(xué)生們完成如圖（圖1-4，圖1-5）甲、乙兩組實驗。

實驗結(jié)果是：室內(nèi)溫度為19℃時，甲的溫度可達到27℃，乙的溫度達到了31℃。

學(xué)生從能量守恒的角度很快得出如下分析：從產(chǎn)生氣泡的多少可定性地看出，乙因構(gòu)成原電池，其反應(yīng)速率比甲快，即單位時間內(nèi)參與反應(yīng)的鋅更多，能量轉(zhuǎn)化得更多。由甲與乙溫度示數(shù)對比，可說明乙是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，但有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了熱能，且化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的效率較低。

二、學(xué)生自主探究式實驗教學(xué)的開展，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的絕佳契機

在原電池探究式實驗教學(xué)課程結(jié)束后，有學(xué)生提出，想再到實驗室重新做一下實驗。我聯(lián)系了實驗老師，實驗教師表示，因為實驗材料已回收，需要學(xué)生填寫實驗材料申請單，自行完成實驗。幾天后，學(xué)生找到我，說他對該實驗有個新想法，可以簡化實驗操作，并遞交了一張手繪圖。從圖示看，他的想法雖然稚嫩了一些，但其勇于探索和創(chuàng)新的精神難能可貴。我鼓勵他再通過多方面途徑，更多地了解關(guān)于這方面的研究，再完善一下這一想法。為了能幫助到學(xué)生，我也查閱了相關(guān)文獻和創(chuàng)新方法類的書籍。經(jīng)過多次試驗獲得如下設(shè)計（圖2-1），用于學(xué)生探究原電池的構(gòu)成條件實驗。

使用方法：正放時，Zn、碳棒（可用2B鉛筆代替）電極與檢流計串聯(lián)，Zn未浸沒于CuSO4溶液，未構(gòu)成閉合回路，不能形成原電池;倒立時，所有電極浸沒于硫酸銅溶液，兩電極與電流計連接，觀察電流計指針能否偏轉(zhuǎn)及偏轉(zhuǎn)方向，進行活動探究。

三、借助趣味實驗和網(wǎng)絡(luò)話題，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，提高社會責(zé)任感

本校學(xué)生大多來自貧困山區(qū)，學(xué)生對此研究非常感興趣，自發(fā)地從菜市場買來各種水果和蔬菜，開始嘗試實驗。

學(xué)生自主分組進行實驗，近十分鐘過去了，學(xué)生沒有了剛進實驗室的興奮，而是垂頭喪氣地看著實驗臺上散落的水果和蔬菜。我問學(xué)生：“燈泡為什么沒有亮？”學(xué)生回答：“電流不夠強，沒有達到燈泡的電功率吧。”

經(jīng)過調(diào)整，我們擬定了這一方案：猜測→設(shè)計驗證方案→實驗→討論→總結(jié)。在這一思路的指導(dǎo)下，我們開始分組進行探究活動。最后，大家用手里的材料聯(lián)結(jié)成一個串聯(lián)電路，結(jié)合實驗結(jié)論，采取了系列改進措施，一起完成了有機電池發(fā)電任務(wù)。大家感慨，若是按照目前的方法制造土豆電池，改善貧困地區(qū)電力不足的問題，尚需繼續(xù)深入研究。

通過本次活動探究，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在化學(xué)實驗過程中遇到問題時，總是局限于化學(xué)學(xué)科范疇內(nèi)進行解釋，不能自主結(jié)合物理等其他學(xué)科知識進行思考。從表面看，這是由于學(xué)生缺乏知識遷移的能力，實際上，是教師平時教學(xué)只注重本學(xué)科，不重視學(xué)科間聯(lián)系的結(jié)果。

四、從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析，促進學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

電化學(xué)中，電子的流向問題是原理分析的關(guān)鍵點。為了讓學(xué)生將電子的移動方向與離子的移動方向的知識點識記下來，教師總結(jié)出“出負入正，陽正陰負”等口訣，雖然由此降低了記憶的難度，但是，失去了學(xué)生參與“微觀探析”的機會。

[知識回顧]化合物的導(dǎo)電是依靠陰陽離子移動，單質(zhì)導(dǎo)電（如金屬單質(zhì)及石墨等）依靠自由電子移動。

[知識點鏈接]學(xué)生比較熟悉鈉的原子結(jié)構(gòu)，以金屬鈉為例，學(xué)生需要了解金屬鍵及金屬的構(gòu)成[2]。鈉原子失去最外層的1個電子，形成Na+，“失去”的外層電子不固定于該鈉原子位置，而是為整個金屬鈉所共有且自由運動，稱之為“自由電子”，這些自由電子與全部Na+形成的相互作用被稱之為金屬鍵。因此，金屬由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成。

[電子來源]原電池Zn|H2SO4|Cu中，鋅片上的Zn2+與其自由電子被金屬鍵所束縛，銅上的Cu2+與自由電子形成金屬鍵。

[電子的流向]當(dāng)鋅片與銅片連接時，它們的自由電子都有流出的傾向，稀硫酸電解質(zhì)溶液決定了鋅片上的電子比銅片上的更容易流出，相當(dāng)于銅片上的電子不流出，而鋅片上電子流向了銅片。因此，鋅片上少了自由電子（e-），其上的Zn2+從表面脫離進入溶液，維持金屬的電中性;銅片上有了多余的負電荷，吸引溶液中的陽離子如Zn2+和H+，Zn2+和H+相比較，H+的得電子能力強于Zn2+，則H++e-→H，產(chǎn)生的H原子兩兩結(jié)合變成氫分子，氫分子聚集形成氫氣，再以氣泡的形式從銅片表面逸出。

通過對金屬結(jié)構(gòu)的了解，學(xué)生結(jié)合得失電子能力和異種電荷相互吸引的知識，既能夠根據(jù)宏觀實驗現(xiàn)象探析微觀變化，也轉(zhuǎn)變了機械記憶學(xué)習(xí)化學(xué)的方式，積極建構(gòu)學(xué)習(xí)新模式。

五、結(jié)語

對于原電池的構(gòu)成這類常規(guī)實驗，在從教多年的教師眼里往往存在著慣性視角：實驗操作、結(jié)論已是定論，教學(xué)組織程序、功能認識幾乎成型，這種慣性思維不利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科的素養(yǎng)。因此，需要教師從核心素養(yǎng)培養(yǎng)的角度來審視實驗的教學(xué)功能，使常規(guī)實驗煥發(fā)出潛在的教學(xué)價值。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.

[2]王磊.物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（化學(xué)選修）[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，2011.