基于化學核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學實錄與反思

都承峰

摘要：化學是一門實踐性非常強的學科。實驗教學是化學教學中極其重要的教學環(huán)節(jié)之一。化學實驗，尤其是對學生實驗的創(chuàng)新，是提高化學教學魅力的保證。文章結(jié)合“化學能與電能的轉(zhuǎn)化”這節(jié)課為案例，探索基于化學實驗培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的課堂教學策略，以期提高課堂教學的有效性，充分挖掘化學實驗“立德樹人”、“全面育人”的實踐價值。

關(guān)鍵詞：化學實驗；化學核心素養(yǎng)；教學實踐

文章編號：1008-0546（2018）11-0057-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.019

化學實驗教學對于全面落實培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的目標，具有不可替代的特殊作用。學生實驗更加能體現(xiàn)出學科魅力，提高學生綜合素養(yǎng)。正如我國著名的化學教育家戴安邦教授所說：“在化學教育中強調(diào)化學實驗，無論如何都不會過分?；瘜W實驗室是學生學習化學最有效和收獲最豐富的場所。”筆者結(jié)合“化學能與電能的轉(zhuǎn)化”這節(jié)課為案例，積極探索基于化學實驗培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的課堂教學策略，以期提高課堂教學的實效性，充分發(fā)掘“立德樹人”、“全面育人”的實踐價值。

一、教材分析

本節(jié)課教學內(nèi)容是蘇教版高一化學必修2專題二第三單元的內(nèi)容，教材按照“原電池—化學電源—電解池”的順序進行編排。從高中化學課程內(nèi)容的編排來看，本節(jié)課內(nèi)容既是必修1“氧化還原反應(yīng)”的拓展延伸，也是能量轉(zhuǎn)化的生動體現(xiàn)，更是金屬活動性和電解質(zhì)溶液知識的具體運用。

“化學能與電能的轉(zhuǎn)化”的教學，不僅承擔著本專題具體化學知識的教學任務(wù)，還具有整合、發(fā)展學生對化學反應(yīng)認識的作用。通過本單元的學習，學生將初步能夠從宏觀與微觀、定性與定量、本質(zhì)與現(xiàn)象、能量轉(zhuǎn)化等方面、多角度、多層面地認識化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化，促進學生對物質(zhì)變化的完整認識。設(shè)計出適合全體學生的探究實驗，以提高課堂的有效性就顯得愈發(fā)重要。

二、設(shè)計思路

本節(jié)課采用“氫燃料電池車（氫動車）”作為學習情境，設(shè)計了創(chuàng)新實驗，以探究氫動車的原理、體悟氫動車的智造、品味氫動車的價值三個環(huán)節(jié)為主線，以化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化為暗線，重點復(fù)習電化學的概念、原理、規(guī)律，深化化學學科核心素養(yǎng)。按照“宏觀—微觀—模型”模式進行知識建構(gòu)，發(fā)展學生的科學思維，切實提升學生的科學素養(yǎng)。

同時，本課著眼于整合學生對化學反應(yīng)與物質(zhì)變化、能量變化的關(guān)系，重視能源的利用和環(huán)境保護，培養(yǎng)社會責任感。基于化學實驗教學，幫助學生領(lǐng)悟化學知識、體驗科學探究，充分發(fā)揮實驗在學科德育和立德樹人等方面的積極作用，培育化學學科核心素養(yǎng)。

三、教學流程

四、教學過程

【情景引入】播放視頻——氫燃料電池車（氫動車），智定未來，共創(chuàng)新時代。

【學習任務(wù)一】探究氫動車的原理

【投影】燃料電池汽車（Fuel Cell Vehicle，簡稱FCV）是一種用車載燃料電池產(chǎn)生的電力作為動力的汽車（圖1）。氫燃料電池的原理是1839年由威爾士物理學家威廉·格羅甫首先發(fā)現(xiàn)的，這是一種把氫氧化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學設(shè)備。氫燃料電池汽車被稱為“自帶發(fā)電站”的汽車。

【演示實驗】氫氧燃料電池發(fā)電，使玩具小汽車（圖2）跑起來。

【設(shè)計意圖】以燃料電池汽車為模型（圖1），并始終貫穿整個教學過程，引領(lǐng)學生知識建構(gòu)。以氫燃料電池玩具小汽車為真實情境，引出一系列的探究問題。

【問題1】汽車為什么會跑起來？涉及的化學原理是什么？發(fā)生了什么反應(yīng)？反應(yīng)過程中發(fā)生了什么變化？能量轉(zhuǎn)化形式是什么？

【生】2H2+O2[=][點燃]2H2O，該反應(yīng)既有物質(zhì)變化又有能量變化。能量轉(zhuǎn)化形式是化學能轉(zhuǎn)化為電能。

【師】像這樣的裝置，我們稱之為原電池。

【投影】氫燃料電池的工作原理圖（圖3）。

【問題2】工作時，氫氣在哪個極放電？氧氣在哪個極放電？電極反應(yīng)如何書寫？反應(yīng)類型？

【生】對照投影圖，書寫、匯報。

【師】根據(jù)學情，適時插入Zn—Cu—H2SO4原電池正、負極電極反應(yīng)式的書寫。

【歸納】類比Zn—Cu—H2SO4原電池，歸納出原電池的構(gòu)成條件和工作原理。

【設(shè)計意圖】源于學生已有的知識經(jīng)驗和生活經(jīng)驗，將鋅銅原電池遷移至氫燃料電池的理解上，引發(fā)知識的聯(lián)想和建構(gòu)，實現(xiàn)“原型”到“新型”的轉(zhuǎn)化。

【問題3】氫燃料電池是如何將化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?？（結(jié)合電極反應(yīng)式，請用完整的語言描述整個反應(yīng)的工作原理。）

【投影】原電池工作原理的認知模型

【設(shè)計意圖】

使學生學會一種“由表及里”、“由宏觀到微觀”、“由現(xiàn)象到本質(zhì)”的科學探究方法，充分體現(xiàn)了“螺旋上升”的變化發(fā)展的哲學思想。深化宏觀辨識、微觀探析、變化觀念、模型認知的化學學科素養(yǎng)。

【資料卡】在氫氧燃料電池中，氫氣直接轉(zhuǎn)化為電能，能量利用率達到60%，比傳統(tǒng)內(nèi)燃機高了整整一倍！這樣大大提高了能源利用率。

數(shù)據(jù)顯示，上汽集團研發(fā)的氫動車僅需大約1kg的氫就能行駛100km，加滿4個儲氫罐（大約5kg的氫氣），只需要3min，與汽油車的加油時間相差無幾，續(xù)航里程達到500km。

【設(shè)計意圖】從科學的角度，培養(yǎng)學生從定性走向定量的學科思想。

【學習任務(wù)二】體悟氫動車的智造

【問題4】使氫動車動起來，要往里面通入氫氣，那氫氣從哪里來？如何獲得氫氣？

【生猜想】電解水，光解水，水煤氣，金屬與酸，氯堿工業(yè)……

【師】電解水產(chǎn)生的氫氣、氧氣能否放電？實驗怎么做？

【生】先談?wù)勛约旱某醪较敕ǎ入娊?，后放電?/p>

【學生分組實驗】氫氧燃料電池充放電

第一步：電解。（展示圖4，提示黑線連接的是電源的負極，作為電解池的陰極，紅線連接的是電源的正極，作為電解池的陽極）

第二步：放電。陰陽兩極生成的氣體可以短時間吸附在多孔石墨棒上，然后做放電實驗。（展示圖5、圖6，強調(diào)分工合作，石墨棒電解5s后，不要拿出來）接上揚聲器，同樣是紅線接紅線，黑線接黑線，聽到有美妙的音樂聲。做完揚聲器實驗后，再次電解，然后接上發(fā)光二極管，看到二極管會亮。

【設(shè)計意圖】通過對氫氧燃料電池的創(chuàng)新改造，設(shè)計出適合學生的分組實驗，讓學生在親自動手實踐中體會科學探究的一般過程和方法，從實驗的假設(shè)到實驗的探究再到對實驗結(jié)果的分析，既重視化學實驗基礎(chǔ)操作的訓練，又加強學生設(shè)計實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，激發(fā)學生學習化學的興趣，提升學生的核心素養(yǎng)。

【拓展應(yīng)用】“冰箭—長征五號”于2016年11月3日20時43分在文昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，成為中國運載能力最大的火箭?；鸺陌l(fā)動機用氫氧作為燃料?？臻g站的能源供應(yīng)：向日時太陽能供電，電解水，作為電解池；背日時氫氧燃料電池進行能源供給，作為原電池。

【小結(jié)】

【師】可充電電池實現(xiàn)了化學能和電能的相互轉(zhuǎn)化。

【小結(jié)】投影太極圖，構(gòu)建可充電電池氧化還原本質(zhì)的轉(zhuǎn)化模型。

【師】太極圖形呈現(xiàn)了一種相互對立、相互轉(zhuǎn)化、陰陽輪轉(zhuǎn)的形式美、和諧美。我們今天研究的原電池、電解池，其本質(zhì)就是氧化還原反應(yīng)。氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)也是既相互對立，又相互統(tǒng)一。

【設(shè)計意圖】從氧化還原的角度對原電池、電解池的過程進行理解，培養(yǎng)學生“對立統(tǒng)一”的唯物辯證觀點，從而全面提高學生的思維辯證能力和科學素養(yǎng)。

【學習任務(wù)三】品味氫動車的價值

【問題5】氫動車能否代替純電動車？

【生】交流討論，自主合作，通過辯論引發(fā)思考。

【小結(jié)】氫動車的優(yōu)點和缺點。

【歷史與展望】氫動車的沿革與發(fā)展

1839年，威廉·格羅甫首先發(fā)現(xiàn)氫燃料電池→2014年，日本上市的豐田Mirai，是第一款量產(chǎn)銷售的氫燃料電池車→2016年，“冰箭—長征五號”發(fā)射升空→2018年，上海上汽集團交付100臺氫燃料電池車→未來……

【設(shè)計意圖】關(guān)注與化學有關(guān)的科學技術(shù)、社會生活、生態(tài)環(huán)境等有關(guān)問題，引導學生能用已有的知識和方法去分析問題，權(quán)衡利弊，全面提高學生的科學精神和社會責任。

【課外探究】氫動車的發(fā)展前景如何？能否推廣使用，是大勢所趨？請做課外調(diào)查研究，撰寫小論文。

五、教學反思

本節(jié)課設(shè)計了不同類型的實驗，承載著不同的教學功能。演示實驗為學生提供感性認識材料，并在此基礎(chǔ)上引導學生思考，從而形成化學概念、理論。學生實驗培養(yǎng)學生實驗技能和能力，養(yǎng)成科學態(tài)度和掌握科學方法。

作為一線化學教師，只有對化學實驗教學的內(nèi)涵有比較清晰的認識，才能真正意識到化學實驗的重要性，才能真正自覺地運用科學的“實驗觀”進行化學教學，以促進實驗教學的有效性。充分利用實驗教學將有效地改變學生的生命狀態(tài)，全面提高學生科學素養(yǎng)，同時也能促進教師的專業(yè)成長，教學相長，育人無界。

參考文獻

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