深度學(xué)習(xí)視野下素養(yǎng)為本的“化學(xué)能與電能”教學(xué)設(shè)計(jì)

楊學(xué)博 康彩鳳

【摘要】通過(guò)重構(gòu)“化學(xué)能與電能”教學(xué)內(nèi)容，以學(xué)生為主體，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，幫助學(xué)生從宏觀、微觀層面更好地理解原電池的原理和形成條件，以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的宏觀辨識(shí)與微觀探析、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】素養(yǎng)為本 原電池 負(fù)極 正極 化學(xué)能與電能 構(gòu)成條件

一、設(shè)計(jì)思路

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出，要重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。本節(jié)教材對(duì)原電池原理內(nèi)容敘述篇幅很少，幾乎就是對(duì)幾個(gè)概念的定義，但同時(shí)又設(shè)置了大量的探究教學(xué)素材，首先，新課演示實(shí)驗(yàn)為探究教學(xué)創(chuàng)設(shè)了問(wèn)題情景，當(dāng)學(xué)生觀察到“銅片上產(chǎn)生氣泡”這一反常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就會(huì)情不自禁地提出一系列問(wèn)題，產(chǎn)生強(qiáng)烈的探索欲望，并提出各種各樣的假設(shè);當(dāng)學(xué)生了解原電池的原理后，教材又設(shè)置了一個(gè)討論題，讓學(xué)生自己歸納“組成原電池的條件”。同時(shí)，課本后面的“家庭小實(shí)驗(yàn)——水果電池”，又是本課時(shí)探究教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用和延伸。所以本節(jié)教材內(nèi)容富有深刻的探究教學(xué)思想內(nèi)涵。因而教學(xué)上采用實(shí)驗(yàn)探究法。

為了更好地實(shí)施探究教學(xué)，筆者對(duì)本節(jié)教材內(nèi)容作了一些處理。

1.整教材知識(shí)順序，先學(xué)習(xí)原電池知識(shí)，課后自主學(xué)習(xí)2009年我國(guó)發(fā)電總量構(gòu)成圖和火力發(fā)電的有關(guān)知識(shí)，第二課時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析討論，火力發(fā)電的利與弊，以鞏固對(duì)原電池概念的再認(rèn)識(shí)。

2.變教材中的教師演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。這樣不僅使學(xué)生觀察到明顯的現(xiàn)象，還能使學(xué)生直接參與知識(shí)的獲得過(guò)程，獲得直接的體驗(yàn)。

3.教材中“組成原電池的條件”這一個(gè)討論題，考慮到我們學(xué)生的知識(shí)遷移能力和概括能力還不是很強(qiáng)，單純的討論可能會(huì)無(wú)從談起，因此教學(xué)中設(shè)計(jì)了一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得直接經(jīng)驗(yàn)，再通過(guò)對(duì)比分析，歸納出規(guī)律，最終得出組成原電池的三個(gè)必要條件。

4.在完成上述內(nèi)容后，如果課堂時(shí)間允許，可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，將剛學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用和鞏固，有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力和發(fā)散思維能力。

“化學(xué)能與電能”一節(jié)，教材內(nèi)容雖然簡(jiǎn)單，但筆者通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)驗(yàn)探究為線索，以學(xué)生為主體，以期有效地落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的課程目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，具體設(shè)計(jì)思路如下：

課前預(yù)習(xí)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)掌握原電池的基本概念。原電池的負(fù)極，正極，與電解質(zhì)溶液的關(guān)系，課堂蘋果實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，突出生活和理論的聯(lián)系，通過(guò)大量分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生總結(jié)出原電池的構(gòu)成條件。并深刻理解正極一般并不參與反應(yīng)，而是導(dǎo)電的作用。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教材分析。本節(jié)課內(nèi)容是本章的一個(gè)重點(diǎn)也是高中化學(xué)的重要基礎(chǔ)理論之一，一是對(duì)前一節(jié)課中“一種能量轉(zhuǎn)化為另一種能量，能量也是守恒的;化學(xué)能是能量的一種形式，它同樣可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如熱能和電能等”論述的補(bǔ)充和完善。二是從反應(yīng)物之間電子轉(zhuǎn)移角度看，原電池概念的形成是氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的拓展和應(yīng)用;三是為后面選修4進(jìn)一步學(xué)習(xí)原電池、電解池和金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)“開路”，所以這節(jié)課起著承前啟后的作用。

2.學(xué)情分析：

（1）知識(shí)基礎(chǔ)。學(xué)生通過(guò)必修I的學(xué)習(xí)，已經(jīng)了解了氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是電子的得失或偏移，通過(guò)初中物理的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道帶電粒子的定向移動(dòng)形成電流，知道電流的形成的基本條件：有電源，形成閉合回路。但是學(xué)生對(duì)于將一個(gè)氧化還原反應(yīng)分為兩個(gè)半反應(yīng)在兩個(gè)不同場(chǎng)所發(fā)生這種情況是第一次接觸，因此在本節(jié)課教學(xué)中設(shè)置了“將鋅粉和稀硫酸直接接觸進(jìn)行反應(yīng)”這一演示實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的直觀材料去分析原電池的工作原理，降低難度，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

（2）實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)一年半的高中學(xué)習(xí)訓(xùn)練，學(xué)生已經(jīng)具備一定動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，且由于物理課上的訓(xùn)練，學(xué)生也已經(jīng)具備一定的電路組裝能力。因此，本節(jié)課主要采用學(xué)生實(shí)驗(yàn)獲得大量的感觀材料之后加以分析的方法來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。采用分組實(shí)驗(yàn)探究、問(wèn)題探討、分析推理和比較歸納等方法，并結(jié)合多媒體進(jìn)行輔助教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)+觀察、討論、推測(cè)+驗(yàn)證的過(guò)程中，利用導(dǎo)學(xué)案，學(xué)習(xí)和理解原電池的概念、原理和構(gòu)成條件。

3.教學(xué)目標(biāo)：

（1）知識(shí)與技能。①了解原電池的工作原理及構(gòu)成條件;②能正確書寫電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)方程式;③通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)的觀察操作及設(shè)計(jì)能力;綜合運(yùn)用有關(guān)的知識(shí)技能和方法，分析解決一些化學(xué)問(wèn)題的高級(jí)技能

（2）過(guò)程與方法。①讓全體學(xué)生經(jīng)歷探究的過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，提高科學(xué)探究能力;②培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式和問(wèn)題意識(shí)。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀。①體驗(yàn)科學(xué)探究的艱辛和喜悅;②培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新，積極實(shí)踐等科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度;③學(xué)會(huì)與他人合作，主動(dòng)交流。

4.教學(xué)重點(diǎn)：了解原電池的反應(yīng)原理及構(gòu)成原電池的一般條件。

5.教學(xué)難點(diǎn)：了解原電池的反應(yīng)原理。

6.教法分析。本課主要采用了實(shí)驗(yàn)探究法、再結(jié)合問(wèn)題探討法、分析推理和比較歸納法等教學(xué)方法，更好地突出本課重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，完成教學(xué)任務(wù)。同時(shí)在教學(xué)中還合理地運(yùn)用多媒體等輔助手段，便于達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

7.學(xué)法指導(dǎo)。根據(jù)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、心理特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)需要，采用分組實(shí)驗(yàn)探究、問(wèn)題探討、分析推理和比較歸納等方法，并結(jié)合多媒體進(jìn)行輔助教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)+觀察+討論+推測(cè)+驗(yàn)證的過(guò)程中，學(xué)習(xí)和理解原電池的概念、原理和構(gòu)成條件。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生養(yǎng)成善于觀察、善于思考的習(xí)慣，并學(xué)會(huì)運(yùn)用觀察、比較、歸納等方法去分析、解決問(wèn)題，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

8.教學(xué)過(guò)程：

【新課引入】上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了化學(xué)能與熱能可以相互轉(zhuǎn)化，那化學(xué)能與電能能否相互轉(zhuǎn)化呢？動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：

①南孚電池可以使靈敏電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)

②在一個(gè)蘋果上一邊插入鋅片，另一邊插入銅片，分別用導(dǎo)線連接到靈敏電流計(jì)的負(fù)極，正極上，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，蘋果插上鋅片，銅片就和南孚電池有了同樣的效果。神奇吧！這是為什么呢？學(xué)習(xí)了這節(jié)課，我們就能夠解釋這神奇的現(xiàn)象了。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)直觀對(duì)比引起學(xué)生極大的興趣，提高學(xué)生的課堂積極性，引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考。

板書：第二節(jié) 化學(xué)能與電能

PPT展示圖片：世界手機(jī)銷量前五的國(guó)產(chǎn)手機(jī)華為，ViVO，OPPO的手機(jī)電池，紐扣電池，電動(dòng)車蓄電池。這些生活必需品的工作原理是什么？它們是如何產(chǎn)生電能的呢？我們來(lái)探究一下。

【生】Zn失去電子變成Zn2+，氫離子得到電子生成H2。

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)4，我們發(fā)現(xiàn)，都發(fā)生了鋅與稀硫酸的氧化還原反應(yīng)，但實(shí)驗(yàn)4有電流產(chǎn)生。我們把實(shí)驗(yàn)4這種裝置叫原電池。

設(shè)計(jì)意圖：一步一個(gè)腳印，環(huán)環(huán)相扣，鍛煉學(xué)生穩(wěn)重求進(jìn)的學(xué)習(xí)態(tài)度，進(jìn)而養(yǎng)成循序漸進(jìn)的良好習(xí)慣。

板書：原電池的概念

將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

【師】我們還發(fā)現(xiàn)，要將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，必須將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行，同時(shí)架設(shè)橋梁，使電子從還原劑區(qū)域轉(zhuǎn)移到氧化區(qū)域發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。

為了幫助大家進(jìn)一步理解原電池的工作原理，我們通過(guò)一個(gè)FLASH動(dòng)畫來(lái)模擬一下銅鋅原電池的 工作原理，請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真觀察。

【生1】鋅失去電子，被氧化，氫離子得到電子，被還原。

【生2】氫離子向Cu極移動(dòng)，硫酸根向Zn極移動(dòng)，形成閉合回路

【生3】Cu極做載體，起導(dǎo)電的作用。

板書：原電池的工作原理

負(fù)極：電子流出，較活潑，（鋅片）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）

正極：電子流入，較不活潑，（銅片）：2H++2e-=H2↑（還原反應(yīng)）

總反應(yīng)方程式為：Zn+2H+=Zn2++H2↑

總結(jié)：負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電子沿導(dǎo)線到達(dá)正極，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子移向正極獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，與此同時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)，這樣一來(lái)，就形成了外電路中電子的定向移動(dòng)，內(nèi)電路中陰陽(yáng)離子的定向移動(dòng)，內(nèi)外電路形成閉合回路，產(chǎn)生電流。

【過(guò)渡】既然我們已經(jīng)了解原電池的工作原理，那么：哪些條件是構(gòu)成原電池的必要條件呢？我們?nèi)匀煌ㄟ^(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得結(jié)果。

給學(xué)習(xí)小組分別設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)，討論分析并利用導(dǎo)學(xué)案完成相關(guān)知識(shí)歸納。學(xué)生總結(jié)，老師板書（表略）。

設(shè)計(jì)意圖：高一學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^差，基本實(shí)驗(yàn)操作仍需大量練習(xí)。通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，同時(shí)促進(jìn)學(xué)生間的協(xié)作能力。踐行“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”的教育理念。

板書：原電池的構(gòu)成條件

①有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種是非金屬導(dǎo)體）作電極

②兩極相連形成閉合回路，且電極材料均插入電解質(zhì)溶液中

③負(fù)極和電解質(zhì)溶液之間必須有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

學(xué)以致用：格林太太是位漂亮、開朗、樂(lè)觀的父女。當(dāng)她開懷大笑的時(shí)候，人們可以發(fā)現(xiàn)她一口整齊潔白的牙齒中鑲有兩顆假牙：其中一顆是黃金的——這是她富有的標(biāo)志;另一顆是不銹鋼的——這是一次車禍后留下的痕跡。令她百思不得其解的是自從車禍后，格林太太經(jīng)常頭疼、夜間失眠、心情煩躁……醫(yī)生絞盡腦汁，格林太太的病情仍未好轉(zhuǎn)……

9.教學(xué)后記與反思。從學(xué)科特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)事實(shí)設(shè)疑，讓學(xué)生從直觀、生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推理和分析，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析的結(jié)果。這樣得出的結(jié)論學(xué)生才能真正理解和牢固掌握。

從學(xué)生心理特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這節(jié)課中重視由學(xué)生自己動(dòng)手操作，動(dòng)眼觀看，動(dòng)腦思考，親身體驗(yàn)得出結(jié)論，滿足學(xué)生對(duì)新鮮事物有強(qiáng)烈的好奇心和探索欲望。

從學(xué)生實(shí)際思維和分析能力來(lái)說(shuō)，學(xué)生的抽象思維和探索能力畢竟還處于初級(jí)階段，尚不成熟，這就決定了他們還不能成為完全獨(dú)立的探索主體，探索活動(dòng)需要在教師的組織引導(dǎo)下，有目的有計(jì)劃地進(jìn)行。因此，本節(jié)課的部分實(shí)驗(yàn)是由教師預(yù)先設(shè)計(jì)的，但同樣起到了實(shí)驗(yàn)探究應(yīng)有的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.2.

課題項(xiàng)目：《深度學(xué)習(xí)視野下的高中化學(xué)必修2單元教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》GHB（2018）3176課題系列論文。