提角度，構(gòu)模型

雷素娟 寧曉強(qiáng)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化是促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識向化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，強(qiáng)調(diào)教師在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)應(yīng)高度重視化學(xué)知識的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，充分認(rèn)識知識結(jié)構(gòu)化對學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的重要性。電化學(xué)知識分布在“化學(xué)反應(yīng)原理”模塊，是中學(xué)生必須掌握的核心理論之一，是“化學(xué)反應(yīng)原理”板塊的重要組成部分，對學(xué)生深入學(xué)習(xí)電化學(xué)知識起著重要的作用。普通高中教材中涉及的電化學(xué)知識主要是指原電池和電解池的工作原理及其應(yīng)用，其內(nèi)容特點(diǎn)是概念多而集中，原理抽象且復(fù)雜。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

電化學(xué)研究電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)換，其為推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展和世界文明進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)，在能源、新材料、環(huán)境保護(hù)、信息技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)等方面優(yōu)勢獨(dú)特，這使得電化學(xué)內(nèi)容成為歷年高考的重點(diǎn)。近年來，電解池和原電池中涉及隔膜的問題越來越多，形成了常考常新的特點(diǎn)。從教材看，選擇性必修一中的燃料電池、紐扣電池和電解飽和食鹽水裝置中都涉及了隔膜，但并未對隔膜的作用和選擇進(jìn)行介紹。

（二）學(xué)情分析

根據(jù)我前期的統(tǒng)計(jì)，含膜電化學(xué)裝置存在原料多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)容接軌科技前沿，計(jì)算難度大等問題。同時(shí)，學(xué)生對電化學(xué)原理缺乏深入認(rèn)識，對隔膜作用沒有本質(zhì)理解，導(dǎo)致對真實(shí)情境下的含膜電化學(xué)裝置分析過程顯得十分吃力。

基于以上分析，以提升電化學(xué)相關(guān)知識的結(jié)構(gòu)化水平、形成認(rèn)識電化學(xué)原理的視角與思路為導(dǎo)向，進(jìn)行含膜電化學(xué)裝置的專題復(fù)習(xí)，幫助學(xué)生提煉認(rèn)識視角，構(gòu)建思維模型。

（三）教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)要求，基于“教學(xué)評一體化”的課程理念設(shè)定了以下教學(xué)目標(biāo)。

1.通過復(fù)習(xí)常見的電解池和原電池裝置的工作原理，認(rèn)識電化學(xué)裝置的本質(zhì)特征，提升相關(guān)知識結(jié)構(gòu)化水平，構(gòu)建認(rèn)識電化學(xué)裝置的一般模型。

2.通過分析電化學(xué)裝置的本質(zhì)特征，提煉認(rèn)識電化學(xué)裝置的物質(zhì)視角和能量視角，構(gòu)建解決電化學(xué)裝置物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化問題的思維模型。

3.運(yùn)用解決電化學(xué)裝置物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化問題的思維模型，基于生產(chǎn)生活情境，提升解決問題的能力，體會(huì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中化學(xué)學(xué)科知識的應(yīng)用價(jià)值。

（四）設(shè)計(jì)思路

在化學(xué)學(xué)科理解理論、最近發(fā)展區(qū)理論的指導(dǎo)下，我依次展開了以下三個(gè)教學(xué)板塊（見文末圖1）。

以上內(nèi)容，通過“原電池與電解池本質(zhì)上有何共性”“為什么需要隔膜”“如何選擇隔膜”等問題驅(qū)動(dòng)，形成了環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中用。

二、教學(xué)過程

▲前測：發(fā)現(xiàn)真實(shí)教學(xué)問題

以問題為導(dǎo)向的教學(xué)是基于學(xué)生學(xué)習(xí)痛點(diǎn)，發(fā)揮學(xué)生主體作用的教學(xué)。本節(jié)課前，我對近年來高考題中電化學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整理、歸納，并通過紙筆測試、學(xué)生訪談、數(shù)據(jù)分析等，從中發(fā)現(xiàn)了含膜電化學(xué)問題專題復(fù)習(xí)的教學(xué)價(jià)值，并設(shè)計(jì)、實(shí)施了以下教學(xué)活動(dòng)。

▲環(huán)節(jié)一：歸納認(rèn)識，抽提角度

根據(jù)前測中發(fā)現(xiàn)學(xué)生缺乏對電化學(xué)原理的認(rèn)識，或雖有對物質(zhì)變化與能量變化的認(rèn)識，但缺乏關(guān)聯(lián)等問題，設(shè)計(jì)了第一個(gè)教學(xué)活動(dòng)：歸納認(rèn)識，抽提角度。

依托原電池和電解池基礎(chǔ)知識，對比鋅銅原電池和電解飽和食鹽水裝置，從物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的角度讓學(xué)生分析它們的共性，抽提出認(rèn)識電化學(xué)裝置的兩個(gè)視角——即物質(zhì)視角和能量視角。接著，讓學(xué)生寫出電極反應(yīng)式，標(biāo)出裝置的離子遷移方向、電子運(yùn)動(dòng)方向和電流方向。學(xué)生通過對比找出電極反應(yīng)、離子遷移、電子運(yùn)動(dòng)和電流方向的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，將原電池和電解池的原理打通，構(gòu)建了電化學(xué)裝置原理的一般模型。（見圖2）

▲環(huán)節(jié)二：關(guān)聯(lián)角度，構(gòu)建模型

基于以上認(rèn)識，為了便于學(xué)生理解隔膜在電化學(xué)裝置中的作用，將物質(zhì)和能量視角建立關(guān)聯(lián)，我設(shè)計(jì)了第二個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：關(guān)聯(lián)角度，構(gòu)建模型。

針對任意的含膜電化學(xué)裝置，選擇隔膜類型時(shí)應(yīng)該從什么角度入手呢？能否構(gòu)建適用于電化學(xué)裝置隔膜選擇的一般思維模型呢？我的教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

第一步：展示學(xué)生最為熟悉的鋅銅原電池裝置的視頻和照片，發(fā)現(xiàn)鋅電極上的“異?！爆F(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)原電池裝置存在能量利用率低等問題。產(chǎn)生該問題的本質(zhì)原因是氧化和還原反應(yīng)未完全分區(qū)進(jìn)行，使學(xué)生意識到在電化學(xué)裝置中引入隔膜的必要性。

接下來思考，應(yīng)該用什么類型的隔膜呢？帶著這個(gè)問題，我首先介紹了隔膜的分類以及雙極膜的工作原理（見圖3），為后續(xù)雙極膜的應(yīng)用做鋪墊。結(jié)合物質(zhì)轉(zhuǎn)化與電流產(chǎn)生的需要，學(xué)生經(jīng)過小組討論，最終確定了上述原電池隔膜的類型。

第二步：展示電解飽和食鹽水裝置，引導(dǎo)學(xué)生分析其弊端，討論如何從選擇隔膜的角度來解決問題。學(xué)生也很快確定了隔膜的類型。

第三步：讓學(xué)生將以上兩個(gè)問題的解決過程進(jìn)行對比分析，思考找出確定隔膜類型的一般思路。學(xué)生經(jīng)過小組討論交流，提煉并關(guān)聯(lián)分析電化學(xué)裝置物質(zhì)視角與能量視角，構(gòu)建解決電化學(xué)裝置物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化問題的思維模型。（見圖4）

▲環(huán)節(jié)三：模型應(yīng)用，遷移提升

認(rèn)識視角和認(rèn)識思路的建立，能幫助學(xué)生形成解決真實(shí)化學(xué)問題的“本事”。解決化學(xué)真實(shí)問題的“本事”就是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的本質(zhì)。與此同時(shí)，化學(xué)學(xué)科的價(jià)值就在真實(shí)問題的解決過程中充分體現(xiàn)。為此，我設(shè)計(jì)了第三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：模型應(yīng)用，遷移提升。

○遷移應(yīng)用1：首先，我選取了利用電解法合成次磷酸的案例，抽提其合成原理，形成真實(shí)問題呈現(xiàn)給學(xué)生。教學(xué)過程中，學(xué)生通過自主閱讀背景材料，明確次磷酸是具有還原性的一元弱酸等信息，再結(jié)合之前建立的問題認(rèn)識視角和思維模型分析、討論、交流，最后明確電解池中三處隔膜的類型應(yīng)如何選擇，及選擇錯(cuò)誤或去掉相應(yīng)隔膜會(huì)有何影響。

○遷移應(yīng)用2：上述遷移學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生在課堂上能較快地分析解決問題。在接下來的遠(yuǎn)遷移問題中，我以利用工業(yè)電滲析法使海水淡化創(chuàng)設(shè)情境，呈現(xiàn)利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行海水淡化的裝置及原理，首先引導(dǎo)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)該裝置存在的改進(jìn)提升空間，然后對比研究人員改進(jìn)后的裝置示意圖，最終使學(xué)生認(rèn)識到從物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的視角進(jìn)行分析，結(jié)合思維模型，可以準(zhǔn)確、快速地解決隔膜選擇問題，同時(shí)體會(huì)隔膜在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值。

○提升應(yīng)用3：課后，我以堿循環(huán)法脫除煙氣中的SO2為背景，設(shè)計(jì)了一道素養(yǎng)習(xí)題。經(jīng)過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能運(yùn)用含膜電化學(xué)裝置的思維模型進(jìn)行多角度分析，并設(shè)計(jì)隔膜類型來優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際問題，達(dá)到了本節(jié)課的預(yù)設(shè)目標(biāo)。

三、教學(xué)反思

通過本節(jié)課的教學(xué)，針對高考化學(xué)基本概念和原理的科學(xué)復(fù)習(xí)，我進(jìn)行了以下方面的反思。

1.系統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)化。散的知識點(diǎn)不便于提取，難以遷移。復(fù)習(xí)過程中，在鞏固舊知識的基礎(chǔ)上，使知識之間建立有效的邏輯關(guān)聯(lián)，形成結(jié)構(gòu)化，學(xué)生才能有效解決陌生情境下的真實(shí)問題。

2.認(rèn)識視角顯性化。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的本質(zhì)是創(chuàng)新的本事。創(chuàng)新的本事表現(xiàn)為“舉一反三”?！耙弧笔鞘裁茨兀俊耙弧笔蔷哂袕V泛可遷移性的對問題的認(rèn)識視角與認(rèn)識思路。在教學(xué)中，顯性化認(rèn)識視角有利于學(xué)生面對陌生情境時(shí)，能順利地發(fā)現(xiàn)“該從哪里想”這個(gè)問題。

3.特征問題模型化。模型是對事物的本質(zhì)抽象與顯性化呈現(xiàn)，它包含了對事物的本質(zhì)認(rèn)識，以及認(rèn)識事物的視角或程序。它的外顯可以幫助學(xué)生在面對復(fù)雜問題時(shí)有“模型”可參考、有程序可依照，從而大大提升解決問題的能力。

4.知識問題情境化。學(xué)生所學(xué)的知識產(chǎn)生于前人對真實(shí)問題的解決，經(jīng)過去情境化成為學(xué)科知識，它的有效學(xué)習(xí)需要經(jīng)過教學(xué)的再情境化，由此，知識才能“活”起來，具有可遷移性。因此，在復(fù)習(xí)中不宜就題論題，需要盡可能地為題目中的知識賦予合理的情境。只有在真實(shí)情境中“學(xué)”，在真實(shí)問題中“用”，才能體會(huì)知識的有“價(jià)”。

5.痛點(diǎn)問題專題化。復(fù)習(xí)內(nèi)容聚焦是有效復(fù)習(xí)的前提。將復(fù)習(xí)內(nèi)容整理、規(guī)劃形成復(fù)習(xí)專題，能減少信息干擾，有利于將復(fù)習(xí)導(dǎo)向問題本質(zhì)，加深學(xué)生對知識的理解，發(fā)展學(xué)生的思維，使學(xué)生形成穩(wěn)定的學(xué)科素養(yǎng)。