“思考題”引領(lǐng)化學(xué)課的教學(xué)設(shè)計(jì)的嘗試和思考

周彩琴

教學(xué)設(shè)計(jì)是指在正式教學(xué)前，在一定的教育思想、教學(xué)理論和學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，預(yù)先制定特定環(huán)境中將要開展的教學(xué)活動(dòng)的進(jìn)程。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為好的教學(xué)設(shè)計(jì)的制定必須從幫助學(xué)生獲得未來發(fā)展所需的知識(shí)、技能等出發(fā)，兼顧高考對(duì)學(xué)生基本技能、基本知識(shí)的要求。本文以一道思考題引領(lǐng)整個(gè)教學(xué)過程開展的思路，來設(shè)計(jì)“原電池原理和化學(xué)電源”一輪復(fù)習(xí)教學(xué)，教學(xué)過程流暢，效果良好。

一、考點(diǎn)分析

“原電池原理和化學(xué)電源”是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，與實(shí)際聯(lián)系緊密，是知識(shí)與能力、科學(xué)與人文的極佳結(jié)合點(diǎn)之一，既可以綜合學(xué)科內(nèi)知識(shí)，也可以涉及學(xué)科間知識(shí)的運(yùn)用，還可以與生產(chǎn)生活、新科技及新技術(shù)等問題相聯(lián)系，是不可忽視的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，是高考的熱點(diǎn)之一。原電池高考考查的主要內(nèi)容有：原電池原理、形成的條件、電極名稱及電極反應(yīng)，以及對(duì)一些常見化學(xué)電池的電極反應(yīng)的書寫，同時(shí)還涉及到電解質(zhì)溶液等知識(shí)，因此有比較寬的命題背景。

二、教學(xué)過程

【引入】下列三個(gè)反應(yīng)能設(shè)計(jì)成原電池的是反應(yīng) ，請(qǐng)說明原因。

①CaO+H2OCa（OH）2

②Fe+2H+H2↑+Fe2+

③2Ag+Cu2+2Ag++Cu

【學(xué)生】能設(shè)計(jì)成原電池的是反應(yīng)②，因?yàn)樵姵卦O(shè)計(jì)的首要條件是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，而①是非氧化還原反應(yīng)，③是非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

【追問】那么要實(shí)現(xiàn)反應(yīng)③，可以設(shè)計(jì)成什么裝置呢？反應(yīng)②能這樣設(shè)計(jì)嗎？

【學(xué)生】可以設(shè)計(jì)成電解池，反應(yīng)②也能設(shè)計(jì)成電解池。

【教師】請(qǐng)盡可能多地設(shè)計(jì)裝置使反應(yīng)②發(fā)生。

學(xué)生在黑板上畫出自己設(shè)計(jì)的裝置如圖1所示。

設(shè)計(jì)思路該思考題由易到難，層層遞進(jìn)，不但復(fù)習(xí)了原電池反應(yīng)的首要條件是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，同時(shí)通過這四個(gè)裝置的設(shè)計(jì)（不一定要設(shè)計(jì)正確）極大地鍛煉了學(xué)生對(duì)知識(shí)的整合能力、對(duì)問題的分析和解決能力，這樣的設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，同時(shí)也迅速地吸引了學(xué)生的注意力，更為接下去教學(xué)過程的開展提供了必要的線索。

【教師】如何利用自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)來設(shè)計(jì)原電池？也就是如何來判斷剛才那位同學(xué)畫的裝置圖②的正確性？

【學(xué)生】先把氧化還原反應(yīng)根據(jù)化合價(jià)變化，分成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，再根據(jù)反應(yīng)式確定正負(fù)極的電極材料和電解質(zhì)溶液。

【教師】該原電池是如何實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化的？

【學(xué)生分析】該原電池實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能這一過程，是通過負(fù)極Fe失去電子，逐漸溶解，以Fe2+形式進(jìn)入電解質(zhì)溶液，失去的電子通過外電路流入正極，在內(nèi)電路中溶液里的陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極而實(shí)現(xiàn)的。

【思考】要構(gòu)成原電池，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能這一過程，必須具備哪些條件？

【學(xué)生】自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；活潑性不同（一般）的兩個(gè)電極；電解質(zhì)溶液；閉合回路。

【學(xué)生判斷】判斷圖1裝置圖的正確性。

【追問】可以通過哪些方法確定原電池的負(fù)極呢？

【學(xué)生1】較為活潑的金屬電極；電子流出電極；發(fā)生氧化反應(yīng)。

【學(xué)生2】電流流入的電極；陰離子移向的電極；電極材料質(zhì)量減小的電極。

設(shè)計(jì)思路對(duì)于原電池的工作原理，有些學(xué)生喜歡死記硬背地去記住知識(shí)點(diǎn)，而沒有真正掌握知識(shí)。本節(jié)課這樣的設(shè)計(jì)能讓學(xué)生更直接、形象地掌握原電池的工作原理，同時(shí)也提高了學(xué)生歸納總結(jié)能力，幫助學(xué)生獲得了未來發(fā)展所需的技能。

【課堂練習(xí)1】分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是 （ ）。

A.①②中Mg作負(fù)極，③④中Fe作負(fù)極

B.②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O+6e-6OH-+3H2↑

C.③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe--2e-Fe2+

D.④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑

【學(xué)生活動(dòng)】把這四個(gè)裝置分成兩組，請(qǐng)兩位學(xué)生根據(jù)自己的思路在黑板上分別寫出一組裝置的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。

【學(xué)生1】①負(fù)：Mg-2e-Mg2+

正：2H++2e-H2↑

總：Mg+2H+Mg2++H2↑

②總：2Al+2OH-+2H2O2AlO-2+3H2↑

負(fù)：2Al-6e-+8OH-2AlO-2+4H2O

正：6H2O+6e-6OH-+3H2↑

【學(xué)生2】③總：

Cu+4H++2NO-3Cu2++2H2O+2NO2↑

負(fù)：Cu-2e-Cu2+

正：4H++2NO-3+2e-2H2O+2NO2↑

④負(fù)：Fe-2e-Fe2+

正：O2+4e-+2H2O4OH-

總：2Fe+O2+2H2O2Fe（OH）2

【總結(jié)】原電池電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式的書寫方法：

（1）先判斷原電池的正負(fù)極。

（2）對(duì)于能直接寫出正負(fù)極電極反應(yīng)式的原電池，先寫出正負(fù)兩極的反應(yīng)式，然后再相加消去電子，即得電池反應(yīng)方程式；若正負(fù)極反應(yīng)式中有一極較難確定，而電池反應(yīng)方程式又比較易寫時(shí)，①寫出總方程式；②寫出易寫的一極的電極反應(yīng)式；③然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，再相減得難寫的一極的反應(yīng)式。

【思考】若把裝置④中的電解質(zhì)溶液改成NaOH溶液，電極反應(yīng)式和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有何不同？

【學(xué)生】負(fù)極的電極反應(yīng)式改成Fe--2e-+2OH-Fe（OH）2

現(xiàn)象：電解質(zhì)是NaCl時(shí)：在正負(fù)兩極間產(chǎn)生白色沉淀

電解質(zhì)是NaOH時(shí)：在負(fù)極附近產(chǎn)生白色沉淀

【思考】從本題的分析中，你還可以得出哪些特殊的知識(shí)？

【學(xué)生】①活潑金屬不一定做負(fù)極，負(fù)極不但跟電極材料有關(guān)，還跟電解質(zhì)溶液有關(guān)；

②若負(fù)極產(chǎn)生的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子不共存，則陰離子應(yīng)寫入負(fù)極的反應(yīng)式中。

設(shè)計(jì)意圖通過課堂練習(xí)1的設(shè)計(jì)，一方面可以使學(xué)生真正掌握電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)的書寫方法，同時(shí)也能讓學(xué)生體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的這一過程，從而可以提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)能力。

【思考】分析黑板上畫的裝置圖③，該裝置最明顯的特征是什么？它是由什么物質(zhì)組成的？

【學(xué)生】最明顯的特征是鹽橋，鹽橋是飽和氯化鉀溶液、硝酸鉀溶液等的瓊脂。

【追問】鹽橋的作用是什么？

【學(xué)生】鹽橋的作用是形成閉合回路和平衡電荷，其中的陽離子移向正極所在的電解質(zhì)溶液，陰離子移向負(fù)極所在的電解質(zhì)溶液。

【介紹】裝置②中鐵在酸溶液中直接接觸H+，會(huì)有一部分Fe與H+直接反應(yīng)，該裝置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化，又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能。鹽橋原電池裝置③中可以設(shè)計(jì)Fe與酸不直接接觸，那就不存在Fe與H+直接反應(yīng)的過程，所以僅是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時(shí)間長。

【思考】那么要使裝置③產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流，該如何進(jìn)行修改？

【學(xué)生】與鐵接觸的電解質(zhì)溶液改成亞鐵鹽溶液。

設(shè)計(jì)意圖學(xué)生會(huì)做鹽橋原電池的題目，但不明白為什么要設(shè)計(jì)成鹽橋原電池，通過這兩種原電池的比較，學(xué)生更能從本質(zhì)上理解鹽橋原電池的優(yōu)勢，使知識(shí)不再停留在記憶層面上，更提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

【思考】請(qǐng)分析黑板上畫的裝置圖④，它是什么裝置，與原電池有什么區(qū)別？

【學(xué)生】④是電解池裝置，它與原電池的區(qū)別在于電解池必須要有電源。

【追問】常見的化學(xué)電源有哪些種類，電極反應(yīng)式又如何書寫呢？

【教師和學(xué)生一邊總結(jié)，一邊板書】一次電池、二次電池、燃料電池。

（1）燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫（CH4堿性燃料電池為例）

①先寫總電池方程式：CH4+2O2+2OH-CO2-3+3H2O

②再寫正極反應(yīng)式： 酸性條件下：O2+4H+-4e-2H2O

堿性/中性條件下：

O2+2H2O+4e-4OH-

固體電解質(zhì)：O2+4e-=2O2-

熔融碳酸鹽：O2+2CO2+4e-2CO2-3

③相減得負(fù)極反應(yīng)式：CH4+10OH--8e-CO2-3+7H2O

【思考】燃料電池的電極材料有什么特點(diǎn)？為什么？

【學(xué)生】燃料電池的兩個(gè)電極材料可以相同，因?yàn)殡姌O材料本身不參與反應(yīng)。

【課堂練習(xí)2】鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為Fe+Ni2O3+3H2OFe（OH）2+2Ni（OH）2

下列有關(guān)該電池的說法不正確的是 （ ）。

A.電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負(fù)極為Fe

B.電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為

Fe+2OH--2e-Fe（OH）2

C.電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低

D.電池充電時(shí)，陽極反應(yīng)為

2Ni（OH）2+2OH--2e-

Ni2O3+3H2O

設(shè)計(jì)意圖由對(duì)裝置圖④的分析，引出化學(xué)電源，銜接緊密，過渡自然；通過燃料電池電極反應(yīng)式書寫的方法總結(jié)，能讓學(xué)生掌握書寫的方法，同時(shí)也為熟練后直接寫出負(fù)極電極反應(yīng)式做準(zhǔn)備；課堂練習(xí)的思考分析，能幫助理解可充電池充電和放電的聯(lián)系與區(qū)別，同時(shí)也鞏固了對(duì)原電池工作原理的認(rèn)識(shí)，更讓學(xué)生體會(huì)到了生活中處處都有化學(xué)，學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的重要性。

三、課后思考

1.本節(jié)課從思考題入手，在分析中發(fā)現(xiàn)問題，歸納出方法，最后解決問題。因此該思考題在設(shè)計(jì)上有著提綱挈領(lǐng)，舉足輕重的作用。那么如何來設(shè)計(jì)該思考題呢？首先要對(duì)現(xiàn)有的習(xí)題進(jìn)行整合，

使問題設(shè)置要有廣度，能全面反映基本概念。其次是問題的設(shè)置要有梯度，層層遞進(jìn)。最后是問題設(shè)置要有深度，問題的深度設(shè)置是教學(xué)中經(jīng)常談?wù)摰膯栴}，也是影響教學(xué)效果的重要變量，如果教學(xué)中能恰當(dāng)?shù)匕盐諉栴}的深度，既有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，又不會(huì)脫離學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平。根據(jù)這樣的要求，整合后的習(xí)題呈現(xiàn)形式先是簡單的判斷題，使學(xué)生在答題中能對(duì)概念進(jìn)行回顧，然后再進(jìn)行綜合性問題的解答。本節(jié)課思考題的設(shè)計(jì)，無論從設(shè)置的廣度，梯度還是深度上都符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為本的新課程特點(diǎn)。

2.在對(duì)知識(shí)進(jìn)行整合的前提下，課堂過程能始終讓“學(xué)生的活動(dòng)”有充分的保證，有充分交流和表達(dá)的機(jī)會(huì)，重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)。

3.困難和不足：由于一些動(dòng)態(tài)、不確定的因素的存在，教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂實(shí)施之間必然存在一定的差距。比如許多學(xué)生能根據(jù)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)出原電池，但未必能設(shè)計(jì)全所有可能的裝置；在設(shè)計(jì)原電池裝置的同時(shí)，也有可能出現(xiàn)選錯(cuò)電極材料或電解質(zhì)溶液等無法預(yù)設(shè)的現(xiàn)象。這些問題的解決就需要教師智慧、正確地去引導(dǎo)，這也是接下去要努力的地方。

（收稿日期：2015-01-10）