基于三重表征的高三電化學(xué)原理復(fù)習(xí)

陳瑤

摘要：基于高三學(xué)生電化學(xué)原理分析應(yīng)用的困難，特別是電極反應(yīng)式書寫的困難，高三復(fù)習(xí)課用可視化圖形概括知識網(wǎng)絡(luò)、用動態(tài)視覺手段模擬實驗原理和用新情境習(xí)題設(shè)置難點梯度來幫助學(xué)生把三重表征有機(jī)地聯(lián)結(jié)起來，完成知識與技能的再次內(nèi)化，進(jìn)行化學(xué)知識的意義建構(gòu)。

關(guān)鍵詞：三重表征；電化學(xué)原理；電極反應(yīng)

文章編號：1008-0546（2017）08-0046-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.08.017

在復(fù)習(xí)高三電化學(xué)原理的進(jìn)程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在以下困難：不能熟練判斷、分析新型燃料電池裝置模型圖中的電極、產(chǎn)物、微粒移動方向，不能正確書寫電極反應(yīng)式和總方程式。

分析原因，主要是三方面造成的：（1）原電池、電解池中離子的移動，電子的流動抽象且不可視，學(xué)生往往死記硬背，難以理解微觀表征；（2）新型燃料電池或二次電池的裝置分析，需要有較高的獲取、分析和處理新信息的能力，將概念深化，學(xué)生在綜合分析過程中調(diào)用電化學(xué)原理所需知識較為艱澀；（3）學(xué)生書寫電極反應(yīng)式的能力弱，難以將已學(xué)的表征轉(zhuǎn)化為新的表征。

化學(xué)學(xué)科的內(nèi)容特點決定了化學(xué)學(xué)習(xí)中存在著三重表征：宏觀表征、微觀表征和符號表征。[1]從宏觀—微觀—符號水平進(jìn)行教學(xué)，即化學(xué)三重表征教學(xué)，促使學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科特有的思維方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)知識的意義建構(gòu)。在高三電化學(xué)原理的復(fù)習(xí)課教學(xué)中，聯(lián)系三重表征，引導(dǎo)學(xué)生鞏固內(nèi)部聯(lián)系的探究，進(jìn)行不同表征間轉(zhuǎn)換的訓(xùn)練，有利于促進(jìn)概念深化和新情景中的問題解決。

一、用可視化圖形概括知識網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)概念間聯(lián)系

首先辨析化學(xué)2、化學(xué)反應(yīng)原理課本中幾種裝置圖，從裝置特點、反應(yīng)類型、能量關(guān)系、電極等角度對原電池和電解池原理進(jìn)行對比。

接著，例舉幾種工業(yè)生產(chǎn)中常見的電化學(xué)應(yīng)用原理的裝置圖，宏觀現(xiàn)象與微觀分析結(jié)合，加強(qiáng)應(yīng)用性探究，多變的角度拓展了思維的寬度、深度與活度。

隨后，請學(xué)生自己繪制雙液電池、燃料電池、二次電池等的示意圖并連接構(gòu)成閉合回路，概括總結(jié)原電池、電解池的基本原理。例如學(xué)生在教師指導(dǎo)下繪制如下圖示。

通過三個步驟的回顧總結(jié)，從可視化的圖示的角度對知識網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行概括，簡化概念間聯(lián)系，辨析相似知識的干擾點，學(xué)生實現(xiàn)知識的加深理解和系統(tǒng)化整理，起到方法指導(dǎo)的作用。學(xué)生進(jìn)行自我反思、總結(jié)，實現(xiàn)由原有的錯誤或零碎的知識觀念向完整科學(xué)觀念轉(zhuǎn)變的過程，構(gòu)建知識間多層次、多角度的聯(lián)系，有效地幫助學(xué)生完成三重表征之間的轉(zhuǎn)化。

二、用動態(tài)視覺手段模擬實驗原理，化解微觀理解難題

原電池電解池中電子流動方向、微粒在電極上得失電子的變化是肉眼看不見的，如果學(xué)生不具備微觀構(gòu)想能力， 不能把電化學(xué)原理結(jié)合新情景靈活應(yīng)用，就很難將宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)聯(lián)系起來[2]，新型電池的分析就成為困難。鑒于此，我們需要設(shè)計一系列動態(tài)教學(xué)手段，吸引學(xué)生感官，讓學(xué)生體驗，從而解決微觀分析的難題。

例如利用仿真實驗室，動態(tài)模擬電化學(xué)原理，表示出電極上電子的得失，電子在導(dǎo)線中的流動情況，來增強(qiáng)微觀世界的可視化和宏觀描述的標(biāo)準(zhǔn)化。學(xué)生借助微觀世界的“眼睛”觀察到了抽象的過程，把宏觀現(xiàn)象跟微粒運(yùn)動聯(lián)系起來，此時，教師引導(dǎo)學(xué)生用電化學(xué)的符號語言把電極反應(yīng)規(guī)范化地表示出來，深化學(xué)生對原理的認(rèn)識。同時，搜集新型電池的視頻素材，特別是與時代步伐緊密結(jié)合的新型電池，例如豐田未來的燃料電池汽車氫能技術(shù)如何工作的視頻，特別能引發(fā)學(xué)生的興趣，探究真實情境中的電化學(xué)原理的分析和應(yīng)用。

高三復(fù)習(xí)課時間緊張，為增強(qiáng)課堂的趣味性和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的持久性，可以選擇操作簡單、效果明顯，與生活聯(lián)系緊密的原電池或電解池小實驗，來加強(qiáng)觀察體驗。例如可樂易拉罐用砂紙把內(nèi)壁的鍍膜打掉，內(nèi)層是鐵，做負(fù)極，多芯的細(xì)銅絲做正極，可樂做電解液，可以看到連接的電流表指針明顯偏轉(zhuǎn)；為增強(qiáng)視覺效果，可以串聯(lián)幾個這樣的電池，連接的發(fā)光二極管可以長時間保持明亮。銅片、鋅片和土豆做的電池，單個電壓可以達(dá)到0.89伏， 用4節(jié)土豆電池串聯(lián)，可以讓一個音樂卡的語音芯片唱“生日快樂”歌。 此外，雙液電池中瓊脂可以用棉線、餐巾紙代替做實驗，效果也非常好。

三、用新情境習(xí)題設(shè)置難點梯度，促進(jìn)三重表征相互轉(zhuǎn)化

作為高三復(fù)習(xí)課，提高信息素養(yǎng)，破解實際解題瓶頸成為電化學(xué)原理復(fù)習(xí)成敗的關(guān)鍵。因此，在可視化圖形概括知識網(wǎng)絡(luò)、動態(tài)視覺手段模擬實驗原理基礎(chǔ)上，需要匯集整理相似相異典型例題，梯度推進(jìn)難點。

首先以2015年江蘇高考第10題的B、C、D三個選項入手，通過觀察熔融碳酸鹽燃料電池裝置圖定性判斷離子移動方向、正負(fù)電極反應(yīng)及反應(yīng)式的書寫。

1. （2015·江蘇10）一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。

下列有關(guān)該電池的說法正確的是

隨后，以2016年江蘇高考第20題（1）鐵炭混合物在水溶液中形成的原電池電極反應(yīng)式書寫、2011年江蘇高考第20題（4）電解尿素[CO（NH2）2]的堿性溶液制氫的電解池電極反應(yīng)式書寫作對比，提高電化學(xué)原理的符號表征能力。

2.（2016·江蘇20）鐵炭混合物（鐵屑和活性炭的混合物）、納米鐵粉均可用于處理水中污染物。（1）鐵炭混合物在水溶液中可形成許多微電池。將含有Cr2O72-的酸性廢水通過鐵炭混合物，在微電池正極上Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+，其電極反應(yīng)式為 。

3.（2011·江蘇20）（4）電解尿素[CO（NH2）2]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見下圖（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）。電解時，陽極的電極反應(yīng)式為 。

最后，以與Cu2O有關(guān)的電解池中物質(zhì)變化的反應(yīng)鏈圈圖為例，鍛煉學(xué)生圖示信息提取能力，活用電化學(xué)反應(yīng)原理知識，書寫電極反應(yīng)式。

4. 氧化亞銅可用作殺菌劑、陶瓷和搪瓷的著色劑、紅色玻璃染色劑等。（1）用銅作陽極，鈦片作陰極，電解一定濃度的NaCl和NaOH的混合溶液可得到Cu2O，陽極及其溶液中有關(guān)轉(zhuǎn)化如圖所示，陰極的電極反應(yīng)式為 。

通過上述典型習(xí)題的訓(xùn)練，提高學(xué)生對宏觀現(xiàn)象、微觀本質(zhì)以及化學(xué)符號三者之間聯(lián)系、分析以及進(jìn)行轉(zhuǎn)化的意識和能力；在每道例題的分析解答過程中，注意教師示范、學(xué)生示范、師生、生生之間的交流，使思維過程顯性化、可視化，即加強(qiáng)電化學(xué)原理中三重表征應(yīng)用學(xué)習(xí)的范式化。經(jīng)過相似相異例題辨析、預(yù)設(shè)難點的突破，新情境中信息提取、綜合分析的訓(xùn)練，幫助學(xué)生把三重表征有機(jī)地聯(lián)結(jié)起來，完成知識與技能的再次內(nèi)化，進(jìn)行化學(xué)知識的意義建構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張丙香，畢華林.中學(xué)生化學(xué)反應(yīng)三重表征的困難及原因分析[J].課程與教學(xué)，2013：67-71

[2] 劉琳琳，楊天林.化學(xué)三重表征在復(fù)習(xí)課上的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2016（8）：35