創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)踐研究
———以“電解池”第一課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例

◇ 廣東 玉桂鳳

隨著新課改的逐漸深入，學(xué)科核心素養(yǎng)已成為當(dāng)前教育改革關(guān)注的焦點(diǎn).化學(xué)課堂是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要基地，教師如能創(chuàng)設(shè)一系列高質(zhì)量的問題情境，引領(lǐng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中利用證據(jù)進(jìn)行推理、分析、歸納、總結(jié)，形成相關(guān)的認(rèn)知模型，實(shí)現(xiàn)在認(rèn)知活動中培養(yǎng)和提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，則能成為高效的課堂.那么在化學(xué)課堂中如何通過創(chuàng)設(shè)問題情境來培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，本文以“電解池”第一課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說明.

1 教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)主題內(nèi)容

本節(jié)是人教版高中化學(xué)《選修4》第四章“電化學(xué)基礎(chǔ)”第三節(jié)的內(nèi)容，是新授課.本節(jié)內(nèi)容主要包括電解的定義、裝置、原理、電極的判斷和電極名稱、電極反應(yīng)、放電的順序、電解原理的應(yīng)用等.這節(jié)內(nèi)容與前面所學(xué)的原電池結(jié)合起來，就構(gòu)成了中學(xué)化學(xué)電化學(xué)知識，它既涉及理論知識，又與元素化合物知識密切相關(guān).

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前的教學(xué)設(shè)計(jì)基本上是先讓學(xué)生直觀地感受到電解現(xiàn)象的存在，了解電解池的基本裝置，然后再進(jìn)一步理解電解池的工作原理.如果再演示不同電解質(zhì)溶液及不同電極對電解現(xiàn)象影響的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更易掌握離子放電順序的規(guī)律；創(chuàng)設(shè)問題情境，更能激發(fā)學(xué)生的求知欲.

1.3 教學(xué)的思想與創(chuàng)新點(diǎn)

本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)探究為中心，采用的是創(chuàng)設(shè)問題情境—實(shí)驗(yàn)探究—解決問題—再提出問題的方法展開探索的過程.充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，教師作為引導(dǎo)，以學(xué)為中心”的新課改精神，充分調(diào)動學(xué)生參與課堂的積極性、主動性.

每個(gè)環(huán)節(jié)都以創(chuàng)設(shè)問題情境為導(dǎo)向進(jìn)行探索，根據(jù)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)特點(diǎn)，在教學(xué)中補(bǔ)充了不同電解質(zhì)溶液及金屬作電極的學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神及主體性與合作精神.

1.4 教學(xué)目標(biāo)

1)宏觀角度認(rèn)識電解池模型.通過觀察電解實(shí)驗(yàn)，初步建立電解池的概念，認(rèn)識到電解池是將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的裝置.

2)微觀角度分析本質(zhì)原因.從溶液中陰陽離子移動的方向、得失電子、能量變化對電解原理進(jìn)行分析.

3)變化觀理解電解池的原理.通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、電極的判斷、氧化還原觀、離子放電規(guī)律、電極反應(yīng)等進(jìn)一步推理、理解電解原理.

4)建立電解過程的模型認(rèn)知.運(yùn)用對比探究實(shí)驗(yàn)、分類、歸納、概括等方法收集證據(jù)，探究電解過程的規(guī)律及實(shí)質(zhì)，推理與建立分析電解池的一般思路.

5)體現(xiàn)科學(xué)精神和社會責(zé)任感.通過對“銅鑰匙”“手機(jī)充電”等問題的分析，體會化學(xué)與生活的關(guān)系，感受電解的應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)將化學(xué)成果應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識.

1.5 教學(xué)流程

表1 教學(xué)流程

1.6 教學(xué)實(shí)錄

環(huán)節(jié)1創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)思考

在科技迅速發(fā)展的今天，電腦和手機(jī)成為生活的必需品，但有時(shí)正用手機(jī)聯(lián)系或處理非常緊急的事情時(shí)，手機(jī)突然沒有電了，這時(shí)我們想到的是馬上給手機(jī)充電.充電是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程，那么電能如何轉(zhuǎn)化為化學(xué)能就是這節(jié)課我們要研究的問題.

環(huán)節(jié)2實(shí)驗(yàn)探究，初得結(jié)論

【問題1】如圖1所示，將兩根碳棒用導(dǎo)線相連插入氯化銅溶液中，兩個(gè)電極的表面是否有現(xiàn)象產(chǎn)生?

【問題2】圖2 所示為電解氯化銅溶液的演示實(shí)驗(yàn)，如果將圖1 裝置的兩根碳棒接通電源，情況又怎樣呢?

圖1

圖2

【實(shí)驗(yàn)探究1】學(xué)生分組完成課本第79 頁實(shí)驗(yàn)4-2.

藥品和儀器：碳棒、導(dǎo)線、電源、氯化銅溶液、淀粉碘化鉀試紙.

【學(xué)生活動】觀察、記錄、分析、討論：

(1)圖1中，兩個(gè)電極的表面無明顯現(xiàn)象.

(2)圖2 中右邊碳棒上有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，且能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{(lán)，左邊碳棒上有紅色物質(zhì)析出.

環(huán)節(jié)3深入分析，掌握原理

【問題3】通電前，氯化銅溶液中含有哪些微粒?通電時(shí)這些微粒怎么移動? 通電后兩個(gè)電極各發(fā)生什么反應(yīng)? 各屬于什么反應(yīng)類型? 能量如何轉(zhuǎn)化?構(gòu)成條件怎樣?

【教師活動】投影“電解氯化銅溶液微觀模擬”并指出電極名稱.

【學(xué)生活動】分組討論，書寫電極方程式.

陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑(氧化反應(yīng)).

陰極：Cu2＋＋2e－＝Cu(還原反應(yīng)).

能量變化：電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能.

構(gòu)成條件：1)兩個(gè)電極(能導(dǎo)電的金屬或非金屬)；2)電解質(zhì)；3)有外加直流電源，并形成閉合回路.

【問題4】在電解過程中，電子是如何形成閉合電路的?

【學(xué)生活動】看課本第80頁，歸納電子流動方向：電源負(fù)極→電解池陰極→電解質(zhì)溶液→電解池陽極→電源正極；離子移動方向：陽離子→陰極，陰離子→陽極.

【過渡】陰、陽離子分別在陽極、陰極上失、得電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)；我們把陰、陽離子失、得電子的過程叫放電.

環(huán)節(jié)4對比分析，形成結(jié)論

【問題5】CuCl2溶液中有自由移動的Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，為什么只有Cu2＋、Cl－放電，而H＋、OH－卻不能在兩極放電呢?

【師生活動】學(xué)生相互討論，教師引導(dǎo)分析.

離子得、失電子的先后順序應(yīng)是由離子的氧化性、還原性相對強(qiáng)弱決定的.氧化性強(qiáng)的離子先得電子，還原性強(qiáng)的電子先失電子.所以在CuCl2溶液中Cu2＋和Cl－先放電.

【問題6】在電解氯化銅溶液的裝置中，若把電解質(zhì)溶液分別換成氯化鈉溶液、硫酸銅溶液，兩電極發(fā)生的反應(yīng)又會是怎樣的呢? 試寫出電極反應(yīng)方程式.

【實(shí)驗(yàn)探究2】探究電解質(zhì)溶液不同時(shí)對電解的影響(電極都為碳棒)(分組實(shí)驗(yàn)).

實(shí)驗(yàn)器材：反應(yīng)容器(U 形管)、直流電源、導(dǎo)線、電極(碳棒)、淀粉碘化鉀試紙.

第1組：NaCl溶液；第2組：CuSO4溶液.

【學(xué)生活動】匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并書寫電極方程式.

電解氯化鈉溶液：

陰極反應(yīng)：2H＋＋2e－＝H2↑.

陽極反應(yīng)：2Cl－－2e－＝Cl2↑.

電解硫酸銅溶液：

陰極反應(yīng)：Cu2＋＋2e－＝Cu.

陽極反應(yīng)：4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑.

【師生活動】離子放電的先后順序：

陽離子放電：Ag＋＞Hg2＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋；

陰離子放電：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根.

【問題7】前面的學(xué)習(xí)一直在強(qiáng)調(diào)碳棒作電極，如果不是碳棒作電極，結(jié)果又會怎樣?

【實(shí)驗(yàn)探究3】探究電解質(zhì)溶液相同，電極對電解的影響(小組實(shí)驗(yàn)).

實(shí)驗(yàn)器材：反應(yīng)容器(U 形管)、直流電源、導(dǎo)線、電極(碳棒、鐵片)、淀粉碘化鉀試紙.

【學(xué)生活動】演示對比實(shí)驗(yàn)(電解質(zhì)溶液相同，只改變電極).

1)兩個(gè)電極都換成了鐵片；

2)陽極換成了鐵片，陰極為碳棒；

3)陰極換成了鐵片，陽極為碳棒.

【學(xué)生匯報(bào)小結(jié)】鐵片作陰極時(shí)，鐵片本身不反應(yīng)，鐵片作陽極時(shí)自身被氧化而溶解，所以書寫電極反應(yīng)式時(shí)要注意陽極是活性材料還是惰性材料.

環(huán)節(jié)5小結(jié)提升，學(xué)以用致

2 教學(xué)后記

本節(jié)課采用創(chuàng)設(shè)問題—實(shí)驗(yàn)探究—再創(chuàng)設(shè)問題—對比分析—解決問題等教學(xué)方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；通過問題驅(qū)動，逐步完成對新知識的建構(gòu)，通過實(shí)驗(yàn)探究，加深對電解池反應(yīng)原理的理解.整節(jié)課充分體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求.