核心素養下電化學教學研究

程龍兵

摘 要：模型認知是高中化學課程標準中的學科五大核心素養的重要組成部分，電化學知識也是新高考的重要考查內容，因此在電化學的教學過程中如何將復雜模型進行梳理、分析并進行合理拆分，形成簡單的基礎模型;然后對基礎模型進行重組，外延成新的教學內容。高中電化學教學貫徹模型認知素養，利用模型認知思想解決電學中化裝置問題，有利于提升學生思維的分析能力，促進中學生化學學科核心素養的培養。

關鍵詞：核心素養;模型認知;思維

化學學科核心素養是學生在接受相應的教育過程中，逐步形成適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格與關鍵能力[1]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出化學核心素養的基本要求，包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”五個方面[2]。在新課程標準的指導下，教師培養學生的方式也發生了根本的變化。筆者結合多年的高中教學實踐，總結了電化學教學過程中如何利用模型認知、經典模型的構建與拆分等方式解決電化學的疑難問題，這也是培養學生化學核心素養的重要知識載體。

一、基礎模型有助于學生了解原電池、電解池的結構和工作原理

筆者在日常教學中發現，部分學生在電化學的學習中存在關鍵性的認知能力與遷移能力的不足。主要包括：（1）認知角度不明確，無法正確捕捉裝置的考查維度;（2）電化學基本要素的認知不夠全面，同時對裝置要素與原理要素之間的關系認識不夠;（3）缺乏有效的遷移能力。也就是說不能用已有的知識解決陌生素材下電化學知識的能力。介于學生在這些方面的困難，本文從電化學的基礎模型從發，通過深層次構建電化學的應用模型，幫助學生解決模型認知問題。結合當代學者的主流觀點，筆者認為原電池和電解池的基礎模型可以概括為圖1所示的裝置，學生只有掌握基礎模型才能對電化學基礎的知識有一定的認知能力。

二、經典模型的拆分和構建有助于學生解決復雜的電化學問題

目前從課程改革后高考試題的呈現形式可以看出“電化學知識的高考考查視角更為廣闊和新穎，由傳統單一原理的考查（包括電極反應式的書寫，正負極的判斷，電子、離子的移動方向及溶液濃度、電子轉移的計算等）轉變為生產、生活中的實際應用、設計等。筆者認為在新課標下的電化學的教學應由知識能力向應用能力轉變，能有效促進學生綜合思維能力的提升，因此在模型認知中讓學生的思維達到條理化、可視化，從而使所學知識系統化。運用這一教學模式，學生可以將自己的思維過程、知識結構直觀地呈現出來，有助于解決更多結構復雜的問題，達到突破電化學的難點。

例1.2014年廣東高考題：某同學組裝了圖2所示的電化學裝置，電極Ⅰ為Al，其他均為Cu，則

A.電流方向：電極Ⅳ→A→電極Ⅰ

B.電極Ⅰ發生還原反應

C.電極Ⅱ逐漸溶解

D.電極Ⅲ的電極反應：Cu2++2e-=Cu

本道高考題是對原電池、電解池綜合的考查。電池的工作原理一般可概括以下幾點：

（1）理清電化學中氧化還原反應的本質。對原電池而言，負極失電子發生氧化反應，正極得電子發生還原反應;對電解池而言，陽極伴隨著氧化反應，陰極伴隨著還原反應。

（2）判斷電解質的影響及其陰陽離子的遷移。陽離子總是向陰（正）極方向遷移，陰離子總是向陽（負）極方向遷移。

（3）正確列出電池總反應式。電池總反應可以看作兩個電極反應即電池半反應的疊加，也是氧化還原思想的延伸。

（4）分析反應過程中電池電極上發生的現象。如電極是否有溶解、沉淀，電極附近是否有氣體逸出，電解質溶液中離子的濃度、溶液的顏色是否變化，溶液的pH是否改變等。學生雖已掌握大部分基礎知識，但這些知識是分離的、片段式的，相關知識不夠系統和完善。需在教學中進一步提煉和總結，才能讓學生對知識進行綜合性的應用。如果將此題進行拆分成圖3所示的銅鋁單液原電池、銅鋁雙液原電池（帶鹽橋）、電鍍銅（電解池）三個裝置，從而形成具體簡單的裝置模型，問題便可以迎刃而解。王磊在電化學認識模型及其在高三原電池復習教學中的應用：提出不論在何種形式的教學（新授課、復習課和習題考試）中，學生會遇到各種各樣的問題任務，因此在課堂中要求在認識模型中加入分析型任務和設計型任務的維度和難度。包括裝置反應分析、現象分析和設計電解池、原電池裝置[3]。基于此，學生通過本道例題的學習，建立電化學系統認識模型，落實從原理維度和裝置維度出發的核心認識角度，系統理解裝置的工作原理和構成條件，明確原理和裝置的關系，建立比較清晰的依據已知的氧化還原反應設計裝置的主要思路和方法，提高對陌生復雜的電化學裝置的分析能力。

三、經典模型的變式設計有助于學生建立有序的思維認知模型

許紅梅在教學訓練形式上進行研究：提出在電化學教學中組織有效的變式訓練，如改變電極材料、電解質溶液、已知條件、探究角度等，培養學生的應變能力等。在課堂形式上，從學生需要出發、注重師生的對話等都是幫助學生解決困難的有效策略。在教學過程中，每位學生都是獨立存在的個體，思維能力和接受方式也不盡相同。教師在課堂上如何有效地將學科內容及核心素養傳遞給每一位學生，必須在教學中培養學生有序的認知思維。因此，教師通過在課堂教學中呈現有梯度的習題，將原本分散的知識和概念歸納整理，不僅降低學生學習的難度，同時幫助學生構建有序的思維體系，為其后期的學習和研究奠定良好的基礎。

例2.用石墨電極電解熔融的NaCl。標出電子的運動軌跡，離子的移動方向，寫出相關的電極反應式、總反應式。

變式1：若將例2中熔融的NaCl變成氯化鈉溶液。此時電解質溶液中離子的種類有何變化，兩極得失電子的離子種類有何變化，寫出相關的電極反應式和總反應式。