基于發(fā)展高中生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)改革
——以“化學(xué)能與電能”教學(xué)為例

李延紅，吳海霞，傅玉琴

（洛陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南洛陽 471934）

1 教學(xué)內(nèi)容分析及教學(xué)現(xiàn)狀

高中化學(xué)人教版必修二教材第二章 “化學(xué)反應(yīng)與能量”中第二節(jié)“化學(xué)能與電能”第一課時“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”[1]，該課時的主要內(nèi)容包括：（1）了解原電池的定義；（2）知道原電池的形成條件；（3）了解原電池的工作原理；（4）學(xué)會原電池正、負(fù)極的判斷；（5）掌握原電池電極反應(yīng)式的書寫。

關(guān)于“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”，很多教師的教學(xué)重點放在了原電池正負(fù)極的判斷和電極反應(yīng)式的書寫，往往忽略了啟發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生深度理解原電池的工作原理。課堂教學(xué)中大多數(shù)教師都是重視知識的理解和掌握，而忽略了發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)思想和創(chuàng)新點

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出，發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，是“積極開展素養(yǎng)為本的課堂教學(xué)實踐，主動探索素養(yǎng)為本的課堂教學(xué)模式和策略”，該文通過幾個策略，將教學(xué)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，使學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂落地，以期培養(yǎng)學(xué)生必備品格和關(guān)鍵能力[2]。

3 設(shè)計內(nèi)涵和設(shè)計思路

核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力[3]?；瘜W(xué)作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)之一，研究化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，對學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力有著獨(dú)特的作用，主要體現(xiàn)在“宏觀辨識和微觀探析”“變化觀念和平衡思想”“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”“科學(xué)探究和創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任”5 個核心素養(yǎng)維度上，基于核心素養(yǎng)的教學(xué)是指以核心素養(yǎng)培育為導(dǎo)向，通過優(yōu)化教學(xué)設(shè)計使核心素養(yǎng)落地課堂，培養(yǎng)學(xué)生必備品格和關(guān)鍵能力[4]。

在教學(xué)設(shè)計上，以水果電池作為情境線，以Cu-Zn 原電池作為知識線，以小組活動作為任務(wù)線，以多元評價作為素養(yǎng)線，使學(xué)生在課堂上始終處于主體地位，從而突出重點、突破難點，通過學(xué)生主動參與課堂，使學(xué)生的知識水平有所提高，合作精神有所增強(qiáng)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，競爭意識和社會責(zé)任。

4 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過教師的演示實驗，讓學(xué)生感知實驗中同一個化學(xué)反應(yīng)的能量變化，從而培養(yǎng)學(xué)生的變化觀念。（2）通過引導(dǎo)學(xué)生從多個維度，多個角度度辨識原電池的正負(fù)極，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識和微觀探析的能力。（3）通過學(xué)生的分組實驗，交流合作，歸納出原電池的形成條件，從而培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和合作意識。（4）通過原電池的模型，引導(dǎo)學(xué)生觀察宏觀的現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生對微觀電子轉(zhuǎn)移的探析，得出原電池的工作原理，推理出正負(fù)極電極反應(yīng)式的書寫，從而培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力。（5）通過對目前電力來源的討論、分析、小組交流，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任。

5 教學(xué)流程

5.1 通過情境導(dǎo)入、演示實驗認(rèn)識原電池，培養(yǎng)變化觀念和平衡思想

教師：教師展示由水果電池供電的音樂賀卡模型，并提問“為什么水果能像電池一樣供電？”

學(xué)生：學(xué)生對神秘的賀卡產(chǎn)生期許，對水果發(fā)電產(chǎn)生興趣和疑問。

過渡：為什么我組裝的這樣的裝置能使音樂賀卡發(fā)出聲音，它的原理是什么？我們能不能在實驗室找一個類似的裝置也讓音樂賀卡發(fā)出聲音或讓電子表顯示時間呢？

學(xué)習(xí)任務(wù)一：原電池的能量變化及其構(gòu)成條件。

教師演示實驗如下。

（1）將金屬鋅插入稀硫酸溶液中；（2）將金屬鋅、銅一起插入稀硫酸中；（3）將金屬鋅、銅用導(dǎo)線連接插入稀硫酸溶液中。

教師：請同學(xué)們仔細(xì)觀察并認(rèn)真描述這3 個實驗的現(xiàn)象，分別涉及哪些能量轉(zhuǎn)化？

學(xué)生：實驗一現(xiàn)象：固體逐漸溶解，金屬鋅表面有氣泡冒出，在此過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能。

實驗二現(xiàn)象：金屬鋅逐漸溶解，金屬鋅表面有氣泡冒出；金屬銅片上無現(xiàn)象；在此過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能。

實驗三現(xiàn)象：金屬鋅逐漸溶解，銅片上有氣泡冒出；在此過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。

教師：實驗三中化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，請思考：它能通過一個化學(xué)反應(yīng)源源不斷地提供電能嗎？為什么？

學(xué)生：不能，不符合能量守恒定律。

教師：回顧實驗，學(xué)生分小組探究，合作交流，討論得出原電池的構(gòu)成條件，最后教師總結(jié)得出原電池的構(gòu)成條件。

設(shè)計意圖：利用新奇模型來激發(fā)學(xué)生的興趣，并通過設(shè)置懸疑，讓學(xué)生帶著疑問進(jìn)入學(xué)習(xí)，通過教師的演示實驗，分組實驗培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，使學(xué)生在參與中獲取新知，從而激發(fā)學(xué)生的興趣，參與探索，解決問題。演示實驗?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，學(xué)生感知實驗中同一個化學(xué)反應(yīng)既能由化學(xué)能轉(zhuǎn)成熱能，又能由化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，從而培養(yǎng)學(xué)生的變化觀念[5]。

5.2 通過巧妙的設(shè)置問題鏈，幫助學(xué)生如何判斷原電池的正負(fù)極

學(xué)習(xí)任務(wù)二：從宏觀和微觀的角度判斷原電池的正負(fù)極。

教師：結(jié)合剛才的演示實驗，問題一：為什么電流計的指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)？問題二：結(jié)合物理學(xué)知識，Cu-Zn-H2SO4原電池中，你能判斷電子的流向，電流的流向嗎？問題三：在該原電池中，哪一極為正極？哪一極為負(fù)極？

學(xué)生：（1）有電流產(chǎn)生；（2）電子從鋅電極到銅電極；電流由銅電極到鋅電極；（3）銅電極為正極，鋅電極為負(fù)極。

教師引導(dǎo)：讓我們一起認(rèn)真觀察、仔細(xì)分析，哪些直觀的、宏觀現(xiàn)象可以幫助我們判斷原電池的正、負(fù)極？

學(xué)生小組合作，交流，討論，小組展示如下。

判斷方法：（1）從電極材料看，一般情況下，較活潑的金屬為負(fù)極，較不活潑的金屬或非金屬為正極；（2）從反應(yīng)現(xiàn)象看：電極質(zhì)量減輕的為負(fù)極，電極質(zhì)量增加或有氣泡冒出的為正極；（3）從反應(yīng)類型看：發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的為正極。

教師引導(dǎo)學(xué)生再從微觀的角度分析正、負(fù)極判斷，失去電子的為負(fù)極，得到電子的為正極，也就是說，電子流出的電極為負(fù)極，電子流入的電極為正極。

教師：在原電池正負(fù)極的判斷中，既有宏觀的判據(jù)，又有微觀的判據(jù)，我們可以根據(jù)不同類型的原電池，或者從宏觀上來判斷，或者從微觀電子的得失方面上來判斷。

設(shè)計意圖：原電池正負(fù)極的判斷有很多種，有宏觀辨識方面的，也有微觀電子得失角度探析的原電池正負(fù)極。一方面，宏觀上辨識原電池的正負(fù)極有多種方法，引導(dǎo)學(xué)生從多個維度和多個角度辨識原電池的正負(fù)極，培養(yǎng)學(xué)生的宏觀辨識能力，通過這樣的判斷方法，能培養(yǎng)學(xué)生的宏觀辨識能力；另一方面，從微觀角度探析原電池的正、負(fù)極。從而歸納出各類原電池正負(fù)極的判斷依據(jù)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識和微觀探析的能力。

5.3 通過分組探究實驗，培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究和創(chuàng)新意識

學(xué)習(xí)任務(wù)三：探究原電池的形成條件。

溫馨提示：（1）根據(jù)已具備的氧化還原反應(yīng)的知識，結(jié)合剛才的演示實驗利用提供的實驗用品，設(shè)計一套電池裝置；（2）注意觀察現(xiàn)象并認(rèn)真記錄；（3）各小組推薦合適的人選準(zhǔn)備展示匯報該組的實驗成果；（4）注意實驗安全。

設(shè)計意圖：設(shè)計小組探究實驗，教師提供儀器和試劑，讓學(xué)生通過自己組裝，判斷是否能形成原電池，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和合作意識。通過小組實驗，通過不同小組的不同實驗，見表1，小組之間的交流，用不同的電極材料，電解質(zhì)溶液，進(jìn)而總結(jié)出形成原電池的條件，給學(xué)生創(chuàng)新的空間，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

表1 探究原電池的形成條件實驗分組情況

5.4 通過引導(dǎo)學(xué)生書寫電極反應(yīng)式，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理和模型認(rèn)知能力

學(xué)習(xí)任務(wù)四：通過Cu-Zn-稀H2SO4原電池模型，推斷電極反應(yīng)式的書寫方法及原則。

教師：教師展示Cu-Zn-稀H2SO4原電池裝置模型根據(jù)宏觀上觀察到的現(xiàn)象，該原電池鋅片逐漸溶解，銅片上有氣泡冒出；微觀上金屬鋅失去電子，電解質(zhì)溶液中的氫離子得到電子，該如何書寫該原電池的電極反應(yīng)式呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生書寫電極反應(yīng)式：

負(fù)極：Zn - 2e- = Zn2+

正極：2H++2e- = H2

兩者相加，得出總的電極反應(yīng)式：Zn+2H+=Zn2++H2

過渡語：同學(xué)們仔細(xì)觀察如何由總反應(yīng)拆分成正、負(fù)極的反應(yīng)呢？

學(xué)生：根據(jù)氧化還原反應(yīng)，根據(jù)化合價升降，根據(jù)電子的得失都可以拆分。

教師總結(jié)：化合價升高、失去電子、發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極；化合價降低，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)[5]的為正極，以此來拆分成兩個半反應(yīng)。

設(shè)計意圖：通過原電池的模型，引導(dǎo)學(xué)生觀察宏觀的現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生對微觀的電子轉(zhuǎn)移進(jìn)行探析，幫助學(xué)生提取有關(guān)的有用的信息，用化學(xué)符號以電極反應(yīng)式的形式，結(jié)合氧化還原反應(yīng)的電子得失，從而推理出正負(fù)極電極反應(yīng)式的書寫，以此來突破該節(jié)課的難點，從而培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力。

5.5 通過本節(jié)課的拓展延伸，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會責(zé)任

學(xué)習(xí)任務(wù)五：小組討論：電力來源知多少？然后小組展示。

小組展示：電力的來源主要有火力發(fā)電，太陽能發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電，新能源發(fā)電等。

設(shè)計意圖：通過對電力來源的討論、分析、小組交流，知道目前以火力發(fā)電為主。但火力發(fā)電影響并污染了環(huán)境，以此為契入點，引導(dǎo)學(xué)生為解決這一問題，作為國家的接班人，應(yīng)該努力學(xué)習(xí)，爭取以后開發(fā)新能源電池，為低碳生態(tài)的社會責(zé)任盡一份力。

6 教學(xué)效果和反思

通過“化學(xué)能與電能”的教學(xué)設(shè)計，選取“水果電池”情境導(dǎo)入，通過設(shè)置不同的學(xué)習(xí)任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生積極地探索，討論合作與交流，是學(xué)生體驗到學(xué)習(xí)的樂趣，感受到科學(xué)知識在社會生活中的重要性。電極反應(yīng)式是該節(jié)課的難點，在書寫電極反應(yīng)式的教學(xué)過程中，采用“宏觀現(xiàn)象—微觀分析—化學(xué)符號表達(dá)電極反應(yīng)式”的表達(dá)方式[6]。用化學(xué)符號書寫電極反應(yīng)的時候，結(jié)合實驗?zāi)Ｐ?，觀察宏觀現(xiàn)象，通過電子轉(zhuǎn)移的微觀探析，聯(lián)系氧化還原反應(yīng)，從而達(dá)到培養(yǎng)證據(jù)推理和模型認(rèn)知的能力目標(biāo)。

通過課內(nèi)拓展，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會責(zé)任體現(xiàn)得不夠明顯，需要在以后的教學(xué)中引起注意。在課堂歸納總結(jié)時，如果讓學(xué)生解釋“水果電池”讓音樂賀卡發(fā)聲的原理，還能用什么樣的水果代替，不僅可以達(dá)到首尾呼應(yīng)的效果，也可以提高學(xué)生解決實際問題的能力，在以后的教學(xué)中也要引起注意。

核心素養(yǎng)背景下，一線教師應(yīng)該努力提高化學(xué)核心素養(yǎng)培育的教學(xué)設(shè)計能力，搭建真實情境，實施多元評價策略，保障學(xué)科核心素養(yǎng)的有效達(dá)成，在教學(xué)中設(shè)置不同的任務(wù)活動承擔(dān)核心素養(yǎng)發(fā)展的目標(biāo)，這也是一線教師和學(xué)者不斷努力和探索的方向。