新課改中微型化實驗在教育教學中的應用
——以《電解池》為例

張 陽 孫艷濤

吉林師范大學化學學院 吉林四平 136000

化學是一門以實驗為基礎的科學，化學領域的各項重大發現都基于大量的化學實驗。化學實驗的形式有很多種，而微型實驗就是其中非常有效的一種。所謂微型實驗，就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學數據信息的實驗方法與技術。雖然所用的化學試劑的量約為傳統化學試劑的幾百分之一，但其效果卻準確、明顯、安全、方便，并且可以防止環境污染[1]。

1 微型化實驗在教學中的應用

將微型化實驗引入初高中教育教學過程，可以增強學生的環保意識；微型化實驗裝置小型化，在實驗過程中更加要求學生操作時的準確性、觀察實驗現象時的細致性，同時也會提高學生的安全意識，培養學生綜合分析問題能力；提高學生宏觀辨識、微觀探析的化學學科素養。另外，教師在實驗課前準備的實驗試劑也會大大減量，可以減小其工作量且節約實驗經費。

2 微型化實驗教學案例設計——電解池原理的探究

2.1 教材分析

這節課是化學選擇性必修課第4章《化學和電能》第2節《電解池》第1節課。電解池與氧化還原反應、化學反應中的物質及能量的改變有著密切的關系，是電化學的基本原理，是對原電池的一種延伸，也是人們在日常工作中使用電解原理的重要依據。它在高中化學基礎理論中具有舉足輕重的作用，對指導我國的工農業生產具有重要的理論基礎。在了解了電解池的基本知識后，將會形成一套完整的知識體系，包括能量轉換、氧化還原、電解質溶液、化合物、電池和電解槽的原理以及相關的計算知識。

2.2 學情分析

從知識的角度來看，高二的學生在必修一、必修二中，已經掌握了氧化還原反應和原電池的知識，再加上物理方面的知識，所以學習起來并不困難。

從認知的角度來看，高二的學生已經具備了一定的形象思維能力，他們的邏輯思維能力也得到了快速的發展，學生們對新的知識有著強烈的好奇心，對實驗探究的熱情也越來越高，但是他們的思維方式和相關的專業知識還不成熟。因此，在學習的過程中，還需要老師在一旁適時的組織和指導。

2.3 設計思路

《電解池》的相關知識是高中電化學的重點，也是高考的重要試題內容。因此，在教學中，老師要盡量將抽象化的知識具象化，讓學生掌握解題的方法，讓他們在解題的時候，更容易地解決問題，形成自己的解題思路。在整體的設計上從趣味性微型化實驗—黑筆寫紅字入手，通過學生思考、小組討論引入新知，教師在教學過程中的講課順序為電解池的概念、電解的本質、電解池構成條件、兩極及對應放電順序、離子及電子移動方向、幾種電解類型。其中安排學生觀察微型化趣味實驗，充分調動了學生學習化學的興趣，培養其觀察總結的能力，體現了以學生為主體、教師為主導的教學理念。另外，講解《電解池》的構造時一定要與原電池的構造進行對比講解，這樣有助于學生理解。通過對微型趣味實驗的觀察，可以有效地激發學生對化學的興趣，并培養他們的觀察能力和歸納能力。它反映了以學生為主體、教師為主導的教育思想。電極方程的編寫也很重要，它可以增加學生的討論交流，讓學生們在自己或者團隊的努力下，總結出電極方程的規則和注意事項。在整節課結束后，要選擇有效的習題練習，安排難度從淺層到深層的遞進式隨堂測試，以便及時鞏固所學的內容，并對本節課的教學效果進行評估。

2.4 教法與學法

教法：本節課采用“實驗法”“探究式教學法”“講授法”“討論法”相結合的方法，主要立足于新課程標準，體現出學生在整節課堂上的主體性和教師在教學過程中的主導性。本節課的設計環節中小組討論探究的知識點較多，在講解電解池內部離子及電子轉移時可利用豐富的信息網絡資源，結合希沃白板、希沃教師授課助手等多媒體進行教學，更能增加本節課的知識容量，利用電腦中微觀模擬粒子的運動情況視頻動畫，使復雜抽象的內容更加形象化，大大提高了教師的教學效率。

學法：

(1)小組討論探究式學習法：學是教學的中心，會是教學的最終目的。所以，一名合格的教師要善于引導、啟發啟迪學生，充分調動學生學習的積極性和主動性,讓學生主動求知、積極思維、大膽探索。

(2)化學實驗最能反映化學學科特點，也是學習高中化學知識最有效的途徑之一，所以采取化學微型化實驗促學法。此方法通過希沃教師授課助手直播演示實驗，能細致地觀察分析實驗現象，促使學生積極主動探究實驗的奧妙。

(3)歸納、演繹法：學生通過學習小組的形式對疑難問題討論探究、各抒己見、歸納總結，最終牢牢掌握有關電解池的工作原理。

2.5 教學目標

2.5.1 知識與技能目標

通過對趣味微型化實驗“黑筆寫紅字”實驗現象進行分析書寫半電極反應方程式，學會電解池原理及應用；通過進階式課堂練習，學會離子放電順序，能夠正確判斷對應電解產物；掌握以惰性電極電解的幾種電解池類型；通過學習氯堿工業、冶煉金屬、電解精煉等實際生活生產中的應用，感受化學與生活的密切關系及學科價值。

2.5.2 評價目標

通過對“黑筆寫紅字”實驗現象的觀察和分析，教師能夠檢驗學生觀察實驗的能力、分析實驗的水平；通過課堂進階式練習，調動學生課堂參與積極性，提高分析、總結問題的能力。

2.5.3 素養目標

通過對電解池原理的探究，培養學生綜合分析能力與宏觀辨識以及微觀探析的學科素養；通過自主設計電解池環節，激發學生學習興趣，同時培養模型認知與證據推理核心素養。

2.6 教學設計

2.6.1 教學過程

學習環節1：新課導入——創設情境

實驗準備儀器：學生電源、導線若干、鉑片、濾紙

試劑：氯化鈉溶液、酚酞試劑、碳棒

“黑筆寫紅字”趣味實驗：將濾紙平鋪在一塊鉑片上，用氯化鈉溶液浸濕濾紙、將無色酚酞試劑均勻的滴加在濾紙上，將鉑片與電源正極相連，碳棒與電源負極相連。然后接通電源，用黑色的碳棒在濾紙上寫字，濾紙上會出現紅色字跡。

學習環節2：教學新授——電解池原理

教師：提前準備實驗設備器材，進行課上演示實驗，并利用希沃教師授課助手投屏功能將整個操作過程及實驗現象投放在大屏幕上。

學生：細心認真觀察實驗，并且結合課前的預習內容及所學的有關氧化還原知識、原電池相關理論，細心揣摩實驗現象產生的原因，并進行小組交流討論。

學生：匯報小組討論結果。

教師：對匯報結果進行評價，并與學生以問答形式共同揭秘黑色的碳棒寫出紅字的原因。

教師：播放有關電解原理微觀動畫視頻。

學生：從微觀角度感受電解池中兩極得失電子、溶液中離子移動的過程。

教師：根據微觀動畫引出兩電極名稱、內外電路中離子電子移動方向、電解的涵義、結合氧化還原知識總結兩電極放電順序。

設計思路：對于高二的學生來說，已經學習了氧化還原及原電池的相關原理，初步建立了電化學的思維模型。因此，學生是可以就相關問題，得到結論的。在課堂結構設計上，通過觀察有趣的實驗、真實的微觀動畫視頻，學生主動積極思考分析電解池電解的本質，并經教師引導分析掌握電解原理。從宏觀實驗現象、微觀動畫視頻兩個維度進行教學。

學習環節3：課堂小練(見下表)

電解類型電解質名稱陰陽極離子方程式書寫電解結束電解質溶液濃度變化電解后溶液PH變化恢復至原狀態需加入的試劑電解水型NaOH(可溶強堿)H2SO4(含氧酸)Na2SO4(活潑金屬含氧酸鹽)電解溶質型HCl(無氧酸)CuCl2(不活潑金屬無氧酸鹽)放氫生堿型NaCl(活潑金屬無氧酸鹽)放氧生酸型CuSO4(不活潑金屬含氧酸鹽)

學習環節4：電解池在實際生活生產中的應用

教師：播放有關工業生產中氯堿工業的視頻，布置小組討論任務，分析對應電極放電粒子及產物，描述兩極的實驗現象，思考在電解過程中的注意事項。

學生：小組討論，匯報結果。

教師：對匯報結果進行評價，總結強調該反應的注意事項、及簡易裝置中對應的實驗現象。

教師：創設問題情境——在工廠的車間內，王師傅想要在鐵制鑰匙上鍍銅，請同學們通過小組討論幫助王師傅設計一種電解池，電極材料、電解質溶液任選。

學生：帶著任務進行小組討論，設計并選擇合適的材料，分組匯報結果。

教師：評價各小組同學的設計方案，講解待鍍金屬、鍍層金屬的概念及選取電解質溶液的要求。

教師：創設問題情境——回收工廠的李師傅想對廢舊的粗銅進行精煉，請同學們小組討論設計出相關的操作方案。

學生：小組討論，設計相應電解池。

教師：評價各小組同學的設計方案，講解易錯點。

教師：創設問題情境——冶金廠工人張師傅想要冶煉出金屬Al，請幫他設計一個合理的操作方案。

學生：小組討論，設計相應電解池。

教師：評價小組同學的設計方案，與Fe、Ag、Au等不同類型的金屬冶煉過程做對比，強調制備Mg、Al時需電解的對應物質及選取原因。

設計思路：這一部分采用任務驅動式教學方法，讓學生帶著問題，利用掌握的知識去解決問題，自主設計方案，過程高效、目的性強。且每個問題提問之前教師都創設了相關的情境，使枯燥的知識趣味化，增強學生學習化學的主觀能動性。學生在小組合作討論過程中也能各抒己見、發散思維，在各種方案思維激情碰撞的過程中提高學生分析問題、解決問題的能力。但教師也不能完全放手，在重難點、易錯點的相關內容上要著重強調，合理地引導學生建立化學思維。該部分與實際生活生產緊密聯系，可使學生更加深切的體會化學對人類社會發展的重要性，充分體現了化學學科價值。

學習環節5：解決問題。練習鞏固知識、利用本節課所學知識解決問題，完成形成性練習。

學習環節6：知識小結。小組合作繪制思維導圖，教師選取多個學生代表進行展示。

結束語：最后送給同學們一句話，等風來不如追風去，追逐的過程就是人生的意義。在生活中遇到問題時要多思考、多動腦，對于新鮮事物要永遠保持探索的熱誠。希望同學們努力學習化學，將來為我們祖國未來的發展貢獻出一份自己的力量。

2.6.2 教學反思

在高中階段的化學教學中，教學反思對于教師來說意義尤為重要。它是一個在實踐中對出現的問題不斷地發掘、探索、思考、解決的過程，也是一個教師對自己當堂課的教學行為和教學活動進行批判的、有意識的揣摩、再理解和升華的過程。筆者在準備新教材選擇性必修1《電解池》教學的過程中，發現在校的高二學生每天的學習任務量相對繁重，學習興趣是有效學習的根本所在，而將抽象的知識模型化、具體化是學生掌握基礎知識和基本技能的最有效形式。在最新發布的新課程標準中明確強調，“關注學生的學習興趣和經驗，精選終身學習必備的基礎知識和技能”。因此教師在教學內容的設計上，主要的課堂模式及思路是非常明確的。學生活動貫穿了整節課，主要分為：根據實驗現象小組討論、分析電解池原理及本質；課堂練習—書寫電極反應方程式、對不同的電解過程進行分類；在問題驅動的課堂模式下，思考解決問題，尋找合理方案。本節課在整體的課堂環節設計上，符合學生的認知發展水平，且進階式的課堂練習更能激發學生強烈的求知欲望，教師針對不同程度學生給出的不同答案，也能迅速對學生的知識掌握情況做出判斷，對學生掌握不好的知識點及時做深入地解釋。本節課學生對于電解池的本質原理等相關知識掌握較好，但由于對新知識的掌握不熟練，學生做題過程中依舊存在不同程度的問題。課下要針對本節課的知識多做練習，做到靈活運用、游刃有余。另外整體的課堂氛圍應該是輕松愉快的，這樣更加能夠吸引學生沉浸在教師創設的課堂氛圍之中。

初高中階段化學學科的突出特點決定了化學的教學有別于其他學科，而教師及時有效地反思有利于提升教師的課堂設計能力及對學生知識掌握情況的把控能力。

3 結論

目前，在我國化學課堂、化學實驗課普遍采用的依舊是常規實驗，但是隨著科學技術的進步和社會發展的要求，常規化學實驗已經不完全符合新型課堂以及新課標的需要。傳統的化學實驗不是社會發展所需的化學實驗的唯一標準教學模式[2]。

微型化學實驗與傳統實驗的原理相同，但并不是傳統普通實驗的簡單縮小，微型實驗是常規實驗的補充與發展[3]。在中學化學實驗教學改革中，教師對微型化學實驗應該加以深入地推進和研究，但由于其本身固有的缺陷和不足，我們不能夸大它的成效，應對其進行針對性的參考并加以客觀地分析，以便更好地發揮其價值，為中學化學實驗做出貢獻[4]。推進微型化學實驗并不是將普通化學實驗完全代替，而是將兩者完美的結合，互補優勢，取二者之所長更好地為化學新課程改革做出貢獻，為我國中學生進行的化學素質教育更好的實施和化學教學質量的提高做出更大貢獻。樹立綠色化學理念，大力研究和推進微型化學實驗，不斷強化學生腦海中“綠色化學是一門從源頭上防止污染的化學”的意識[5-7]。對于實現國家現代化的目標、建立節約環保型社會具有重大意義，也是一項利國利民、大有發展前景的教育事業。