基于深度學習的高中化學教學活動設(shè)計

張俊

深度學習不僅是一種先進的教學手段，還是學生理解復(fù)雜化學現(xiàn)象的利器。通過結(jié)合化學知識和深度學習，將探索化學反應(yīng)與電能之間的奧秘，從而使學生更深刻地理解這一領(lǐng)域的原理。

下面以“化學反應(yīng)與電能”為例進行教學設(shè)計，以此提升學生對知識學習的積極性。

一、教材分析

“化學反應(yīng)與電能”的設(shè)計是讓學生理解和掌握化學反應(yīng)的基本原理和電能的產(chǎn)生和利用。首先，化學反應(yīng)方面。教材介紹不同類型的化學反應(yīng)，如酸堿中和、氧化還原反應(yīng)等。學生將學習如何通過化學方程式表示反應(yīng)過程，理解反應(yīng)中的能量變化和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，以此培養(yǎng)實驗操作技能和觀察數(shù)據(jù)的能力。其次，電能的產(chǎn)生和利用。包括電化學反應(yīng)、電池原理、電解等內(nèi)容，學生將了解電能是如何通過化學反應(yīng)轉(zhuǎn)化而來的，以及電能在日常生活和工業(yè)中的應(yīng)用。

二、學情分析

氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)就是電子的獲得和丟失或轉(zhuǎn)移，在高中課程中，學生都知曉，當一個帶著電荷的微粒朝一個方向移動時，它就會產(chǎn)生一種電流，并且形成一個閉合的循環(huán)。所以，在這一節(jié)課中，我們可以進行“鋅粉和稀硫酸直接接觸進行反應(yīng)”的示范實驗，用這種形象的材料剖析原電池的工作機理，不僅可以降低學生的理解難度，也能使他們更容易理解。

三、教學目標

1.首先，讓學生了解它的工作機理及組成元素。其次，可以將電極方程式及單元的全部反應(yīng)寫出公式。最后，讓學生親自做實驗，在觀察和親自實踐中，提高學生的技能，并且能夠更好地解決現(xiàn)實中的問題。

2.首先，讓學生體驗探究知識的過程，掌握正確的探究方法，以此提高他們的探究能力。其次，注重培養(yǎng)學生的綜合能力，特別是解決問題的能力和科學思維。

四、教學重難點

重點：理解原電池的反應(yīng)原理、構(gòu)成條件。

難點：理解原電池的反應(yīng)原理。

五、教學過程

（一）新課導(dǎo)入

教師：化學電池是如何工作的呢？

學生：化學電池通過化學反應(yīng)將化學能轉(zhuǎn)化為電能。

教師：對，化學電池的核心就是化學反應(yīng)。化學電池由正極、負極和電解質(zhì)組成，當正極和負極接觸電解質(zhì)時，就會發(fā)生化學反應(yīng)，從而產(chǎn)生電流。

教師：什么是氧化還原反應(yīng)？它在化學電池中有什么作用？

學生：氧化還原反應(yīng)是一種化學反應(yīng)，反應(yīng)過程中電子從一個原子或分子轉(zhuǎn)移到另一個原子或分子。在化學電池中，氧化還原反應(yīng)將化學能轉(zhuǎn)化為電能。

教師：非常好。氧化還原反應(yīng)是化學電池中的核心反應(yīng)，它通過電子轉(zhuǎn)移將化學能轉(zhuǎn)化為電能。

教師：電解池和原電池有什么不同？

學生：原電池是自發(fā)地將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，而電解池則需要外部電源提供能量進行電解。

教師：回答得很好。原電池能夠自發(fā)地產(chǎn)生電流，而電解池則需要外部電源提供能量才能進行電解。原電池就是把化學能轉(zhuǎn)化成電力的設(shè)備，事實上，我們在高一的時候就對原電池進行了簡要的講解，這一節(jié)我們會對它進行進一步的研究。我們在研究化學過程中，要認識到事物的實質(zhì)，并探究其內(nèi)部的規(guī)律。那么，在化學學習者眼中，電池是如何被創(chuàng)造出來的？大家思考下面的問題。

（1）在構(gòu)成原電池的過程中，應(yīng)具備哪些條件？

（2）如何確定原電池的正極和負極？

（3）電池內(nèi)部構(gòu)造如何？怎么會有電流呢？

教師讓學生分組討論，各自提出看法。

學生分組討論，組長分別記錄小組成員的答案，等待提問。

（設(shè)計意圖：通過對已學內(nèi)容進行提問，加強學生的記憶力，促進他們接受新事物。）

教師：在書寫電極反應(yīng)式時需要注意哪些規(guī)則？

學生：需要注意得失電子的情況、電極的名稱以及電極反應(yīng)的產(chǎn)物。

教師：很好，這些都是書寫電極反應(yīng)式時需要注意的要點。此外，還需要注意電荷守恒和元素守恒。

教師：電池的效率受到哪些因素的影響？

學生：電池的效率受到電極材料、電解質(zhì)、溫度、電流密度等因素的影響。

教師：非常全面。電極材料、電解質(zhì)、溫度和電流密度等因素都會影響電池的效率，了解這些因素有助于我們優(yōu)化電池的設(shè)計和提高電池的性能。在之前的教學中，我們了解到，化學能可以和熱能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，那么化學能和電能是否也能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化呢？在怎樣的情況下，物質(zhì)中的化學能可以轉(zhuǎn)變成電能？是如何做到的？

教師在課堂上進行實驗，提前準備好南孚蓄電池、電流表、蘋果、鋅片、銅片等實驗道具。

首先，教師引導(dǎo)學生將南孚蓄電池與電流表銜接，并提出疑問：同學們看到了什么現(xiàn)象？

學生：南孚蓄電池引起電流表指針的偏移。

教師：那么還有別的情況會導(dǎo)致這種現(xiàn)象嗎？現(xiàn)在我們繼續(xù)實驗。

教師引導(dǎo)學生在蘋果兩端插上兩個金屬片，其中一端為芯片，另一端為銅片，并將兩根導(dǎo)線分別與兩個金屬片相連接，之后在其中接入電流表的正負極，此時可以看到電流表的指針會向一側(cè)偏移，根據(jù)相應(yīng)的比較可以發(fā)現(xiàn)在蘋果兩端插入金屬片后，則會出現(xiàn)跟南孚蓄電池一樣的引起電流表指針偏移的情況。

教師：你們發(fā)現(xiàn)了什么？

學生：蘋果與南孚蓄電池一樣，能夠引起電流表指針的偏移。

教師：這是不是很神奇？那么同學們想不想知道為什么會這樣？通過這節(jié)課的學習，我們就能了解這個奇特的現(xiàn)象。

（設(shè)計意圖：經(jīng)過不同的對比，在激發(fā)學生學習興趣的同時，引發(fā)他們思考。）

（二）化學能和電能

教師在課堂中可以借助多媒體教學課件為學生展示國產(chǎn)手機的電池、紐扣電池、電動車電池等。

教師：同學們，這些都是我們生活中常見的物品，大家或許經(jīng)常使用，但知不知道其原理是什么？又是如何產(chǎn)生的電能？

學生：鋅失去了電子而變?yōu)閆n2+，而氫則獲得了電子產(chǎn)生了氫氣。

從實驗中可以看出，用稀硫酸和鋅進行氧化還原反應(yīng)，并出現(xiàn)了電流。我們稱這個設(shè)備為原電池。

（設(shè)計意圖：學習過程是循序漸進的，有些知識點是存在一定聯(lián)系的，且環(huán)環(huán)相扣，這樣可以幫助學生養(yǎng)成良好的學習習慣。）

（三）原電池的含義

教師為使學生知曉化學能轉(zhuǎn)化為電能的方式，應(yīng)在兩個區(qū)域進行條件的優(yōu)化和還原反應(yīng)架設(shè)，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)能在中間架設(shè)橋梁后，從還原反應(yīng)區(qū)域轉(zhuǎn)移到氧化區(qū)域，以促使電流的形成和運轉(zhuǎn)。為了呈現(xiàn)該工作原理，教師可以采用生動的Flash動畫模擬銅鋅原電池的運作過程（如圖1），希望通過這個模擬，能讓學生更深刻地理解原電池的工作原理。其中，將在不同區(qū)域清晰展示氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，電子如何通過橋梁定向移動，形成電流的過程，提醒學生務(wù)必認真觀察和思考。

教師通過引導(dǎo)學生分析圖1的電路圖，把電池、燈泡、電流表串聯(lián)起來，把開關(guān)合上，讓學生觀看燈泡亮起的線路，然后提問。

教師：如果這個線路要產(chǎn)生電，那么線路中必須有什么東西經(jīng)過？

學生：電子和電流應(yīng)當在線路中通過。

教師：電路中電流與電子的移動方向是怎樣的？

學生：由原來的物理常識可知，電流是從電源的正極到負極。電子電源的負極流動到正極。

教師：這屬于什么裝置類型？此裝置將什么能轉(zhuǎn)化為什么能？

學生：過氧化還原反應(yīng)，將化學能轉(zhuǎn)化為電能。

教師：其中的氧化還原原理是什么？

學生：鋅由于失去了電子而發(fā)生氧化反應(yīng)，氫離子則獲得了電子，從而被還原。

教師：圖中電子流向是什么樣的？

學生：氫離子遷移到銅電極，硫酸根遷移到鋅電極，構(gòu)成一個封閉的回路。

教師：銅片的作用是什么？

學生：銅片是電極，作為承載體起導(dǎo)電的功能。

（四）原電池的工作原理

教師：此裝置中，作為正極材料的是？發(fā)生的是什么反應(yīng)？

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

教師：此裝置中，作為負極材料的是？發(fā)生的是什么反應(yīng)？

學生：電子流出，較活潑，（銅片）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）

總反應(yīng)方程式為：Zn+2H+=Zn2++H2↑

教師：同學們，現(xiàn)在你們知道原電池和電解池分別是如何工作的了嗎？

學生：原電池是通過氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的裝置，也可以說是將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。

教師：試著分析雙液原電池中各部分作用，并分析一下能否用其他物質(zhì)代替。

學生：可以用不能參加化學反應(yīng)的導(dǎo)電體來替代銅電極。鋅電極是反應(yīng)劑、電極材料，不能用其他物質(zhì)代替，硫酸銅鹽是電極反應(yīng)物和離子導(dǎo)體，可以用溶解的、不含負離子的銅鹽取代，而硫酸鋅在這種情況下，可以替代不參加反應(yīng)的溶液，鹽橋能產(chǎn)生同樣作用的離子傳導(dǎo)，可以用導(dǎo)線替代。

教師：我們看到了鋅片上出現(xiàn)紫色的變化，這是怎么回事？

學生：這是在鋅片上形成的銅單質(zhì)。

教師：電池持續(xù)工作的時候，電流是平穩(wěn)的嗎？

學生：現(xiàn)在的情況是不穩(wěn)的，而且針會擺動，過一會兒就不會偏斜了。

教師：這是怎么回事？

學生：這可能是因為鋅和銅的金屬直接接觸，沒有通過導(dǎo)線，因此，電流逐漸衰弱，最后在氧化反應(yīng)中鋅片上生成了銅單質(zhì)。

教師：如何進行電池改進？

學生：將鋅從硫酸銅溶液中分離出來，把鋅放在另一種電解液中而不與硫酸銅液相接觸。

（設(shè)計意圖：以物理電學知識為指導(dǎo)，促使學生在實際學習中不斷地完成原電知識的分析，提升自身的學習效能，進而逐步降低當前學習的難度，以此培養(yǎng)學生的科學探究效能，增強實際探究的深入性，提升學生的化學素養(yǎng)。）

六、教學反思

（一）從學科特點角度來說

本節(jié)課的教學方法注重以實驗事實設(shè)疑為核心，通過學生親身參與直觀、生動的實驗過程，引導(dǎo)他們從實驗中發(fā)現(xiàn)問題，并引發(fā)推理和分析的思考。在實驗中，學生將通過自己的實際操作感受化學反應(yīng)和電能轉(zhuǎn)化的過程，從中發(fā)現(xiàn)一些看似簡單卻引人深思的現(xiàn)象。通過觀察實驗事實，學生將開始思考為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，并提出問題和疑惑，進而深入理解實驗現(xiàn)象背后的化學原理。

（二）從學生心理特點角度來說

在這一節(jié)課上，注重讓學生親自動手操作，認真觀察，積極動腦思考，通過自身的經(jīng)歷獲得結(jié)論，這樣才能讓他們對新奇的東西有很強的求知欲和探究欲望。

（作者單位：陜西省安康市漢濱區(qū)漢濱高級中學）

編輯：趙文靜