基于培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的中學化學教學設計

張凈

關鍵詞：學科核心素養(yǎng);教學設計; 電解池

1 設計理念

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中提出基于化學核心素養(yǎng)開展“素養(yǎng)為本”的教學，指出開展以化學實驗為主的多種實驗探究活動，重視教學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設計，激發(fā)學生學習化學的興趣[1]。

本課題內(nèi)容選自人教版選擇性必修1第四章第二節(jié)的內(nèi)容，在教學過程中，通過“為什么通電后兩支石墨碳棒在pH試紙上呈現(xiàn)不同顏色[2]”為問展開課堂教學，將宏觀的電解氯化鈉溶液的現(xiàn)象，現(xiàn)象背后的本質(zhì)分析，電解池的電極反應式三個知識層次按照“宏”“微”“符”的順序組織起來，形成化學學科表征的一般思路，幫助學生建構(gòu)“宏-微-符”三重表征模型。在分析電解氯化鈉溶液中發(fā)生反應的微觀本質(zhì)時，從離子、得失電子能力、生成新的分子幾個角度進行分析，形成了微粒觀。在分析電解池總反應過程中，引導學生從能量轉(zhuǎn)化的角度進行思考，形成變化觀念。

2 內(nèi)容分析

本課時選自人教版高中化學選擇性必修1第四章第二節(jié)《電解池》，研究的是如何借助電能使不能自發(fā)進行的氧化還原反應能夠發(fā)生，使電能轉(zhuǎn)化為化學能。本節(jié)課是學生學習原電池知識后的自然延伸，它有助于學生系統(tǒng)學習電化學知識，為后續(xù)學習電化學知識在生產(chǎn)、生活和科研中的重要作用打好理論基礎[3]。通過分析現(xiàn)行三種版本高中化學教材中關于電解池內(nèi)容的選擇和編排，都包含了電解的原理和應用。但是具體的實驗呈現(xiàn)順序和內(nèi)容出現(xiàn)方面存在差異，綜合考慮之下，我將本節(jié)課的實驗順序確定為先做電解氯化鈉溶液實驗，再用電解氯化銅溶液實驗進行鞏固，最后通過電鍍講解電解原理的應用。

3 教學環(huán)節(jié)設計

3.1 ?創(chuàng)設情境

【引入新課】學生微量實驗：電解氯化鈉溶液;

用普通鉛筆寫字是灰黑色，為什么用兩支石墨碳棒在pH試紙上寫字會分別出現(xiàn)紫黑色和紫紅色？

【設計意圖】創(chuàng)設情境，引入課堂，通過學生自己動手實驗，對現(xiàn)象的觀察，讓學生初步感知電解池。引出探究問題，感性認識電解時電極表面的現(xiàn)象。

3.2 電解池的工作原理

【宏觀認識】從宏觀角度分析實驗現(xiàn)象，在電化學中規(guī)定與電源負極相連的叫陰極，與電源正極相連的叫陽極，呈現(xiàn)不同顏色是因為陰陽極顯示不同的酸堿性;

【設計意圖】此環(huán)節(jié)是讓學生初步認識電解的本質(zhì)，電解裝置中外接電源連在電解池兩端，電解池具有這些功能的背后，都取決于電解池有直流電源、電解液、電極、閉合回路。

【微觀分析】

根據(jù)實驗現(xiàn)象思考討論：

思考1：開關閉合前，溶液中存在哪些離子？怎樣運動？

思考2：開關閉合后，離子運動發(fā)生怎樣改變？

思考3：為什么陽離子移向陰極，陰離子移向陽極？

思考4：為什么陽極產(chǎn)生氯氣，陰極產(chǎn)生氫氣？放電順序判斷與總結(jié)。

【設計意圖】此過程的分析是學生建立電化學認識系統(tǒng)的關鍵一步，強調(diào)知識的關聯(lián)化水平，即因為電解池有直流電源，有了直流電源就有了外接電勢，在電勢作用下，電子和離子發(fā)生定向移動。有了電子的定向移動發(fā)生的反應就是氧化還原反應，此時電解池兩級產(chǎn)生了新的物質(zhì)，所以在這個過程中既有能量的變化又有物質(zhì)變化。

【符號表征】

陰極 ? ? 2H2O + 2e- = H2 ↑ + 2OH- （還原反應）

陽極 ? ? 2Cl- - 2e- = Cl2↑（氧化反應）

總反應 ? 2H2O + 2Cl- = Cl2 ↑ + H2 ↑ + 2OH-

根據(jù)分析電解氯化鈉溶液的宏觀現(xiàn)象、揭示現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)，記錄反應的現(xiàn)象、電極產(chǎn)物，書寫電極反應式，判斷電極反應類型，結(jié)合原電池總反應式的書寫，書寫出該電解池的總反應。

【設計意圖】在教學活動中，“宏--微--符”三重表征結(jié)合，讓學生能夠清晰地認識電解池的工作原理。形成分析判斷電極產(chǎn)物的一般思路。提升“證據(jù)推理與模型認知”的化學學科核心素養(yǎng)。

3.3 實驗再探

【學生實驗】電解氯化銅溶液微型實驗[4]

師：預測產(chǎn)物，如何檢驗？

生：產(chǎn)物應該是銅單質(zhì)和氯氣，顯紅色的物質(zhì)是銅，氯氣可以通過刺激性氣味和濕潤的碘化鉀淀粉試紙鑒別。

教師提示：用鑷子取用淀粉碘化鉀試紙;仔細觀察實驗現(xiàn)象并記錄，根據(jù)實驗現(xiàn)象，分析得出產(chǎn)物、對應電極與電極反應。

實驗現(xiàn)象：有氣體產(chǎn)生，氣體有刺激性氣味并能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{;有紅色固體析出;產(chǎn)物：氯氣和銅。

【設計意圖】通過學生分組實驗，激發(fā)學生學習興趣，提高學生的人文素養(yǎng)。通過對比兩個類似組分的產(chǎn)物的不同，進一步認識離子放電順序的規(guī)律。培養(yǎng)學生的思維能力，看他們是否聯(lián)想到金屬活動順序表中金屬陽離子的氧化性順序，產(chǎn)生認知沖突。

【思考討論】（在學案上畫圖分析）

思考1：開關閉合前氯化鈉溶液中含有哪些微粒？

思考2：在通電時，這些離子、電子如何移動？

思考3：在通電時在陽極、陰極各發(fā)生怎樣的電極反應？如何書寫電極方程式？

【設計意圖】通過對實驗現(xiàn)象的觀察，學生自己畫圖分析，讓學生在分析過程中不斷發(fā)現(xiàn)，不斷探索，逐漸形成批判精神和創(chuàng)新思維。

【匯報分析】教師在黑板上提供可自由組裝的電解池模型圖，學生到黑板上邊操作邊回答上面3個問題，并用模型圖模擬電解池工作時的微粒移動和變化過程，最終得出電極反應式。

【學生展示講解】溶液中的離子，陽離子有Cu2+，少量H+，陰離子有Cl-、少量OH-。接通電源時，根據(jù)分析氯化鈉溶液中的移動可知陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。根據(jù)離子得失電子能力強弱得出產(chǎn)物為氯氣和銅。

【符號表征】

陽極：2Cl- - 2e- = Cl2 ↑

陰極：Cu2+ + 2e-= Cu

【放電順序】

①陽離子放電（得電子）順序：氧化性。

Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+（酸）> Pb2+ > Sn2+ > Fe2+ >Zn2+ >H+（水）;

（鋁以前的金屬不可能在水溶液中被還原）

②陰離子放電（失電子）順序（惰性電極）：還原性。

S2- > I- >Br- >Cl- > OH-（水）> 含氧酸根（NO3-、SO42-等）

【設計意圖】體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認知的化學學科核心素養(yǎng)價值觀，學生通過實驗學會收集科學證據(jù)和確立尋找證據(jù)的途徑;學會利用實驗模型描述變化，解釋化學現(xiàn)象。通過課堂中的兩個實驗過程分析，總結(jié)歸納出陰陽離子的放電順序，這是分析電解池模型問題中關鍵的一環(huán)。運用了歸納的科學學習方法，從具體例子中歸納出一般規(guī)律。

3.4 課堂小結(jié)

（1）電解池相關概念：

①電解池：將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。

②電極名稱及判斷：

陰極--連接電源負極--陽離子--得電子--還原反應;

陽極--連接電源正極--陰離子--失電子--氧化反應

（2）常見離子放電順序;

（3）分析電池反應思維程序：溶液中存在哪些離子--通電時離子如何移動--離子放電順序--產(chǎn)物、電極反應式。

【設計意圖】提升理論水平，形成分析電解問題的思維程序。化學不僅僅是零散地讓學生知道電解池的構(gòu)成，微粒的移動方向，電極反應以及能量的轉(zhuǎn)化，更重要的是提高關聯(lián)性才是認知層面上的有意義學習。通過模型的進一步建構(gòu)，不管從教、學還是評，都是將知識結(jié)構(gòu)化。

3.5課后拓展

【課后任務】現(xiàn)在一般家庭用的消毒液都是利用氯氣溶于氫氧化鈉溶液制得，通過本節(jié)課電解原理的學習，大家設計一種裝置制備84消毒液（次氯酸鈉）。

【設計意圖】以生活化的應用突破電解，從化學走入生活。建立“素養(yǎng)發(fā)展為本”的化學學習評價觀。

4 教學創(chuàng)新

（1）教學內(nèi)容創(chuàng)新

通過用兩根石墨碳棒在pH試紙上寫字，分別寫出不同顏色，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象為疑引入課堂，引導學生從宏觀感知現(xiàn)象，從微觀分析本質(zhì)，用符號表征反應，最后形成相應概念，回到生活遷移拓展應用。

（2）教學手段創(chuàng)新

在課堂中，通過兩個學生實驗活動推動課堂的發(fā)展，增強了學生的參與感和代入感。學生根據(jù)宏觀現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)和提出具有探究價值的問題，從而促進學習方式的轉(zhuǎn)變，也為后續(xù)電解原理應用的學習做好了鋪墊。

（3）實驗創(chuàng)新

課堂中的電解氯化鈉溶液和電解氯化銅溶液兩個實驗分別只需要幾滴試劑，現(xiàn)象明顯，操作簡單，同時節(jié)約了藥品用量。產(chǎn)物氯氣的量甚微，保證了實驗學生的安全，增強學生的微量、綠色化學實驗意識。

參考文獻：

[1]教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].中華人民共和國教育部制訂，2017.

[2]陳樹華.便捷電解池創(chuàng)新實驗微課教學設計[J].中華少年，2019，（35）：226+230.

[3]單媛媛;鄭長龍.我國高中“電化學”主題教學研究現(xiàn)狀——基于2008～2018年國內(nèi)碩士學位論文的分析[J].化學教學，2020，（04）：28-32.

[4]劉凱釗.基于新課標的高中化學教學設計[M ].北京：民主與建設出版社，2019：125.

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