基于深度學習的高中化學教學活動設計

張俊

深度學習不僅是一種先進的教學手段，還是學生理解復雜化學現象的利器。通過結合化學知識和深度學習，將探索化學反應與電能之間的奧秘，從而使學生更深刻地理解這一領域的原理。

下面以“化學反應與電能”為例進行教學設計，以此提升學生對知識學習的積極性。

一、教材分析

“化學反應與電能”的設計是讓學生理解和掌握化學反應的基本原理和電能的產生和利用。首先，化學反應方面。教材介紹不同類型的化學反應，如酸堿中和、氧化還原反應等。學生將學習如何通過化學方程式表示反應過程，理解反應中的能量變化和物質的轉化，以此培養實驗操作技能和觀察數據的能力。其次，電能的產生和利用。包括電化學反應、電池原理、電解等內容，學生將了解電能是如何通過化學反應轉化而來的，以及電能在日常生活和工業中的應用。

二、學情分析

氧化還原反應的本質就是電子的獲得和丟失或轉移，在高中課程中，學生都知曉，當一個帶著電荷的微粒朝一個方向移動時，它就會產生一種電流，并且形成一個閉合的循環。所以，在這一節課中，我們可以進行“鋅粉和稀硫酸直接接觸進行反應”的示范實驗，用這種形象的材料剖析原電池的工作機理，不僅可以降低學生的理解難度，也能使他們更容易理解。

三、教學目標

1.首先，讓學生了解它的工作機理及組成元素。其次，可以將電極方程式及單元的全部反應寫出公式。最后，讓學生親自做實驗，在觀察和親自實踐中，提高學生的技能，并且能夠更好地解決現實中的問題。

2.首先，讓學生體驗探究知識的過程，掌握正確的探究方法，以此提高他們的探究能力。其次，注重培養學生的綜合能力，特別是解決問題的能力和科學思維。

四、教學重難點

重點：理解原電池的反應原理、構成條件。

難點：理解原電池的反應原理。

五、教學過程

（一）新課導入

教師：化學電池是如何工作的呢？

學生：化學電池通過化學反應將化學能轉化為電能。

教師：對，化學電池的核心就是化學反應。化學電池由正極、負極和電解質組成，當正極和負極接觸電解質時，就會發生化學反應，從而產生電流。

教師：什么是氧化還原反應？它在化學電池中有什么作用？

學生：氧化還原反應是一種化學反應，反應過程中電子從一個原子或分子轉移到另一個原子或分子。在化學電池中，氧化還原反應將化學能轉化為電能。

教師：非常好。氧化還原反應是化學電池中的核心反應，它通過電子轉移將化學能轉化為電能。

教師：電解池和原電池有什么不同？

學生：原電池是自發地將化學能轉化為電能的裝置，而電解池則需要外部電源提供能量進行電解。

教師：回答得很好。原電池能夠自發地產生電流，而電解池則需要外部電源提供能量才能進行電解。原電池就是把化學能轉化成電力的設備，事實上，我們在高一的時候就對原電池進行了簡要的講解，這一節我們會對它進行進一步的研究。我們在研究化學過程中，要認識到事物的實質，并探究其內部的規律。那么，在化學學習者眼中，電池是如何被創造出來的？大家思考下面的問題。

（1）在構成原電池的過程中，應具備哪些條件？

（2）如何確定原電池的正極和負極？

（3）電池內部構造如何？怎么會有電流呢？

教師讓學生分組討論，各自提出看法。

學生分組討論，組長分別記錄小組成員的答案，等待提問。

（設計意圖：通過對已學內容進行提問，加強學生的記憶力，促進他們接受新事物。）

教師：在書寫電極反應式時需要注意哪些規則？

學生：需要注意得失電子的情況、電極的名稱以及電極反應的產物。

教師：很好，這些都是書寫電極反應式時需要注意的要點。此外，還需要注意電荷守恒和元素守恒。

教師：電池的效率受到哪些因素的影響？

學生：電池的效率受到電極材料、電解質、溫度、電流密度等因素的影響。

教師：非常全面。電極材料、電解質、溫度和電流密度等因素都會影響電池的效率，了解這些因素有助于我們優化電池的設計和提高電池的性能。在之前的教學中，我們了解到，化學能可以和熱能實現轉化，那么化學能和電能是否也能實現轉化呢？在怎樣的情況下，物質中的化學能可以轉變成電能？是如何做到的？

教師在課堂上進行實驗，提前準備好南孚蓄電池、電流表、蘋果、鋅片、銅片等實驗道具。

首先，教師引導學生將南孚蓄電池與電流表銜接，并提出疑問：同學們看到了什么現象？

學生：南孚蓄電池引起電流表指針的偏移。

教師：那么還有別的情況會導致這種現象嗎？現在我們繼續實驗。

教師引導學生在蘋果兩端插上兩個金屬片，其中一端為芯片，另一端為銅片，并將兩根導線分別與兩個金屬片相連接，之后在其中接入電流表的正負極，此時可以看到電流表的指針會向一側偏移，根據相應的比較可以發現在蘋果兩端插入金屬片后，則會出現跟南孚蓄電池一樣的引起電流表指針偏移的情況。

教師：你們發現了什么？

學生：蘋果與南孚蓄電池一樣，能夠引起電流表指針的偏移。

教師：這是不是很神奇？那么同學們想不想知道為什么會這樣？通過這節課的學習，我們就能了解這個奇特的現象。

（設計意圖：經過不同的對比，在激發學生學習興趣的同時，引發他們思考。）

（二）化學能和電能

教師在課堂中可以借助多媒體教學課件為學生展示國產手機的電池、紐扣電池、電動車電池等。

教師：同學們，這些都是我們生活中常見的物品，大家或許經常使用，但知不知道其原理是什么？又是如何產生的電能？

學生：鋅失去了電子而變為Zn2+，而氫則獲得了電子產生了氫氣。

從實驗中可以看出，用稀硫酸和鋅進行氧化還原反應，并出現了電流。我們稱這個設備為原電池。

（設計意圖：學習過程是循序漸進的，有些知識點是存在一定聯系的，且環環相扣，這樣可以幫助學生養成良好的學習習慣。）

（三）原電池的含義

教師為使學生知曉化學能轉化為電能的方式，應在兩個區域進行條件的優化和還原反應架設，使氧化反應和還原反應能在中間架設橋梁后，從還原反應區域轉移到氧化區域，以促使電流的形成和運轉。為了呈現該工作原理，教師可以采用生動的Flash動畫模擬銅鋅原電池的運作過程（如圖1），希望通過這個模擬，能讓學生更深刻地理解原電池的工作原理。其中，將在不同區域清晰展示氧化反應和還原反應，電子如何通過橋梁定向移動，形成電流的過程，提醒學生務必認真觀察和思考。

教師通過引導學生分析圖1的電路圖，把電池、燈泡、電流表串聯起來，把開關合上，讓學生觀看燈泡亮起的線路，然后提問。

教師：如果這個線路要產生電，那么線路中必須有什么東西經過？

學生：電子和電流應當在線路中通過。

教師：電路中電流與電子的移動方向是怎樣的？

學生：由原來的物理常識可知，電流是從電源的正極到負極。電子電源的負極流動到正極。

教師：這屬于什么裝置類型？此裝置將什么能轉化為什么能？

學生：過氧化還原反應，將化學能轉化為電能。

教師：其中的氧化還原原理是什么？

學生：鋅由于失去了電子而發生氧化反應，氫離子則獲得了電子，從而被還原。

教師：圖中電子流向是什么樣的？

學生：氫離子遷移到銅電極，硫酸根遷移到鋅電極，構成一個封閉的回路。

教師：銅片的作用是什么？

學生：銅片是電極，作為承載體起導電的功能。

（四）原電池的工作原理

教師：此裝置中，作為正極材料的是？發生的是什么反應？

學生：電子流入，較不活潑，（銅片）：2H++2e-=H2↑（還原反應）

教師：此裝置中，作為負極材料的是？發生的是什么反應？

學生：電子流出，較活潑，（銅片）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應）

總反應方程式為：Zn+2H+=Zn2++H2↑

教師：同學們，現在你們知道原電池和電解池分別是如何工作的了嗎？

學生：原電池是通過氧化還原反應而產生電流的裝置，也可以說是將化學能轉變成電能的裝置。電解池是將電能轉化為化學能的裝置。

教師：試著分析雙液原電池中各部分作用，并分析一下能否用其他物質代替。

學生：可以用不能參加化學反應的導電體來替代銅電極。鋅電極是反應劑、電極材料，不能用其他物質代替，硫酸銅鹽是電極反應物和離子導體，可以用溶解的、不含負離子的銅鹽取代，而硫酸鋅在這種情況下，可以替代不參加反應的溶液，鹽橋能產生同樣作用的離子傳導，可以用導線替代。

教師：我們看到了鋅片上出現紫色的變化，這是怎么回事？

學生：這是在鋅片上形成的銅單質。

教師：電池持續工作的時候，電流是平穩的嗎？

學生：現在的情況是不穩的，而且針會擺動，過一會兒就不會偏斜了。

教師：這是怎么回事？

學生：這可能是因為鋅和銅的金屬直接接觸，沒有通過導線，因此，電流逐漸衰弱，最后在氧化反應中鋅片上生成了銅單質。

教師：如何進行電池改進？

學生：將鋅從硫酸銅溶液中分離出來，把鋅放在另一種電解液中而不與硫酸銅液相接觸。

（設計意圖：以物理電學知識為指導，促使學生在實際學習中不斷地完成原電知識的分析，提升自身的學習效能，進而逐步降低當前學習的難度，以此培養學生的科學探究效能，增強實際探究的深入性，提升學生的化學素養。）

六、教學反思

（一）從學科特點角度來說

本節課的教學方法注重以實驗事實設疑為核心，通過學生親身參與直觀、生動的實驗過程，引導他們從實驗中發現問題，并引發推理和分析的思考。在實驗中，學生將通過自己的實際操作感受化學反應和電能轉化的過程，從中發現一些看似簡單卻引人深思的現象。通過觀察實驗事實，學生將開始思考為什么會出現這樣的現象，并提出問題和疑惑，進而深入理解實驗現象背后的化學原理。

（二）從學生心理特點角度來說

在這一節課上，注重讓學生親自動手操作，認真觀察，積極動腦思考，通過自身的經歷獲得結論，這樣才能讓他們對新奇的東西有很強的求知欲和探究欲望。

（作者單位：陜西省安康市漢濱區漢濱高級中學）

編輯：趙文靜