高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新與實(shí)踐

在深化基礎(chǔ)教育改革的背景下，高中化學(xué)教師要改變傳統(tǒng)的直接灌輸?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué)模式。本文以原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，在反思傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問題的基礎(chǔ)上，探討了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法，以及探究式教學(xué)法和小組合作學(xué)習(xí)法等新教學(xué)方法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，分析了現(xiàn)代教育技術(shù)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用。教師借助這些創(chuàng)新舉措，不僅能豐富高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，還能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維。

一、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的重要性

教師對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新意義重大。以原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師過于重視理論知識(shí)的灌輸，導(dǎo)致學(xué)生無法深入理解抽象概念。而創(chuàng)新后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能直觀呈現(xiàn)復(fù)雜的原電池原理，讓學(xué)生真正理解相關(guān)知識(shí)，充分發(fā)揮高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值。例如，教師通過設(shè)計(jì)新穎的原電池裝置，應(yīng)用生活中常見的物品，能讓學(xué)生直觀感知電流產(chǎn)生的過程，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力、問題解決能力和邏輯思維能力，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，讓學(xué)生深入理解原電池原理的本質(zhì)。

二、原電池原理實(shí)驗(yàn)設(shè)置與步驟

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)置

原電池原理實(shí)驗(yàn)是“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池”一課的內(nèi)容。學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)對(duì)氧化還原反應(yīng)有了初步的認(rèn)識(shí)，了解了氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的情況。而原電池原理實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)正是通過氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。通過學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，學(xué)生能從能量轉(zhuǎn)化的角度深入理解氧化還原反應(yīng)的知識(shí)。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)能為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)電源、電池的工作原理等內(nèi)容奠定理論基礎(chǔ)。

（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)原理與步驟

主要以銅鋅原電池為例探究原電池原理。銅鋅原電池原理是鋅和硫酸銅溶液之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在這個(gè)反應(yīng)中，鋅原子失去電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)： ；溶液中的銅離子得到電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)： Cu²⁺+2e^-=Cu 。電子從鋅電極流出，經(jīng)過導(dǎo)線流向銅電極，從而在外電路中形成電流。在溶液中，陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，構(gòu)成閉合回路[1]

具體實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）準(zhǔn)備材料：鋅片、銅片、硫酸銅溶液、檢流計(jì)、導(dǎo)線、大燒杯等。

（2）操作過程：用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，在導(dǎo)線中間接入檢流計(jì)，然后將鋅片和銅片平行插入盛有硫酸銅溶液的大燒杯中。

（3）觀察現(xiàn)象：檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表明電路中有電流通過。鋅片逐漸溶解，質(zhì)量減少，說明鋅在發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子變成鋅離子進(jìn)入溶液。銅片表面有紅色物質(zhì)析出，質(zhì)量增加，說明溶液中的銅離子在銅片上得到電子被還原成銅單質(zhì)。通過對(duì)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察和分析，學(xué)生可以深入理解原電池的工作原理。

三、原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

（一）創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

1.基于生活素材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用生活中的常見材料設(shè)計(jì)原電池實(shí)驗(yàn)，并鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐探究，以此讓學(xué)生直觀地了解原電池的工作原理，理解化學(xué)知識(shí)與生活之間的聯(lián)系。在實(shí)踐過程中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新。以水果電池實(shí)踐活動(dòng)為例，學(xué)生要先準(zhǔn)備銅片、鋅片、檸檬、導(dǎo)線和靈敏電流計(jì)等，然后將銅片和鋅片間隔一定距離插入檸檬中，并用導(dǎo)線將銅片、鋅片和靈敏電流計(jì)連接起來，最后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生可以觀察到靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這表明電路中有電流通過。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，銅片和鋅片為電極，而檸檬中含有多種電解質(zhì)，能夠?yàn)樵姵胤磻?yīng)提供離子環(huán)境。由于鋅的金屬活動(dòng)性比銅強(qiáng)，因此鋅原子會(huì)在負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子會(huì)通過導(dǎo)線流向正極銅片。溶液中的氫離子能在銅片表面得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，從而形成電流[2]。通過主動(dòng)參與實(shí)踐過程，學(xué)生能夠直觀地了解生活中有一些水果可以為原電池提供電解質(zhì)溶液，深刻理解原電池的工作原理。這種利用生活中常見物品制作電池的實(shí)驗(yàn)，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維，讓學(xué)生感受到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂趣和實(shí)用性，提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

2.對(duì)比探究式實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了讓學(xué)生深入理解原電池的工作原理以及不同因素對(duì)原電池性能的影響，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生開展對(duì)比探究式實(shí)驗(yàn)。在探究不同電極材料對(duì)原電池性能的影響時(shí)，教師可以準(zhǔn)備多組實(shí)驗(yàn)裝置。一組以銅片和鋅片為電極，另一組以鐵片和鋅片為電極。教師可讓學(xué)生將相應(yīng)電極插入相同的電解質(zhì)溶液（如稀硫酸）中，用導(dǎo)線連接電極并接入靈敏電流計(jì)，構(gòu)建閉合回路。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以觀察到不同電極實(shí)驗(yàn)裝置的靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)程度不同。通過對(duì)比這兩組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生可以明白電極材料不同會(huì)對(duì)原電池的性能產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而深入理解電極材料在原電池中的作用以及金屬活動(dòng)性對(duì)原電池反應(yīng)的影響。這種教學(xué)模式能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法

1.探究式教學(xué)法

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師運(yùn)用探究式教學(xué)法，能為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維。以原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，教師可通過如下路徑創(chuàng)新性運(yùn)用探究式教學(xué)法。

（1）創(chuàng)設(shè)生活情境，引導(dǎo)學(xué)生提問。在課前，教師可展示生活中常見的電池，如手機(jī)電池、汽車電瓶等，同時(shí)提出“這些生活中常見的電池是如何將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的？原電池的工作原理是什么？構(gòu)成原電池的條件有哪些？”等問題，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行實(shí)踐探究，自主查閱資料。這樣可以激發(fā)學(xué)生探究問題的欲望，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)化學(xué)知識(shí)的理解。

（2）引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。教師可組織學(xué)生進(jìn)行分組討論，讓其針對(duì)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。例如，針對(duì)“構(gòu)成原電池的條件有哪些？”這個(gè)問題，學(xué)生可以設(shè)計(jì)改變電極材料、改變電解質(zhì)溶液、斷開或閉合回路等實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)來探究各個(gè)因素對(duì)原電池形成的影響。在學(xué)生設(shè)計(jì)方案的過程之中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，大膽創(chuàng)新，同時(shí)要讓學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)的可行性和安全性。在確定實(shí)驗(yàn)方案后，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如電極上氣泡的產(chǎn)生情況、金屬片的溶解情況、靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況等，并讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析和解釋。教師可提出“鋅片為什么會(huì)溶解？銅片上為什么會(huì)產(chǎn)生氣泡？電流是如何產(chǎn)生的？”等問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考與分析，解釋各種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，以此加深學(xué)生對(duì)原電池工作原理的理解，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力與動(dòng)手操作能力。

（3）引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師可引導(dǎo)其根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，總結(jié)原電池的工作原理和構(gòu)成條件。在學(xué)生總結(jié)時(shí)，教師要鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和邏輯推理能力。對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的異常情況，如電流不穩(wěn)定、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期有偏差等，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析原因，思考解決方案，以此培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。

2.小組合作學(xué)習(xí)法

在原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，能夠有效促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和合作能力，激發(fā)學(xué)生的思維，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)開始前，教師要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、性格特點(diǎn)、興趣愛好等，將學(xué)生分成多個(gè)小組[3]。教師要確保每個(gè)小組的成員在能力和性格上具有一定的互補(bǔ)性，以便其在小組合作中能夠充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)。

在小組合作學(xué)習(xí)中，教師要幫助小組成員明確自己的職責(zé)，從而提高他們合作學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。在小組開展原電池原理相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)，組長(zhǎng)要合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，組織小組成員討論實(shí)驗(yàn)方案，并協(xié)調(diào)各成員的工作[4]。實(shí)驗(yàn)操作員要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和安全性。記錄員要認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)過程中的各種數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，包括電解質(zhì)溶液的變化、電流大小、電極表面的變化等。匯報(bào)員要在小組討論的基礎(chǔ)上，整理和總結(jié)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析思路，做好在全班匯報(bào)時(shí)清晰、準(zhǔn)確表達(dá)的準(zhǔn)備。

（三）融合現(xiàn)代教育技術(shù)

1.虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的運(yùn)用

在原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐領(lǐng)域，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有不可替代的作用。它能為學(xué)生帶來安全、高效且直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

從安全性角度來看，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)消除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的安全隱患。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需接觸硫酸、硫酸銅等腐蝕性化學(xué)試劑，存在發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。而虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠讓學(xué)生在安全的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，充分保障學(xué)生的安全，這使其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中極具優(yōu)勢(shì)。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可反復(fù)利用性也是其重要特點(diǎn)。學(xué)生能夠多次進(jìn)行原電池原理實(shí)驗(yàn)，自由調(diào)整電極材料、電解質(zhì)溶液濃度等，不再受到實(shí)驗(yàn)材料和條件的限制。通過多次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以細(xì)致觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化，深入探究原電池原理，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

除此之外，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還擁有將微觀過程可視化的功能。在傳統(tǒng)的原電池原理實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生難以直接觀察原電池的電子轉(zhuǎn)移和離子移動(dòng)等微觀過程。而借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以借助現(xiàn)代技術(shù)直觀看到鋅原子在負(fù)極失電子、電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極銅片以及銅離子在銅片上得電子被還原的過程。這不僅能幫助學(xué)生有效突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，深入理解原電池的工作原理，還能豐富教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

2.多媒體資源輔助教學(xué)

在原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師運(yùn)用多媒體資源，能夠幫助學(xué)生深入理解相關(guān)知識(shí)。動(dòng)畫是一種直觀的多媒體內(nèi)容，能讓學(xué)生站在獨(dú)特的視角，深入了解鋅原子失去電子成鋅離子進(jìn)入溶液、電子沿導(dǎo)線流動(dòng)至銅電極、銅離子在銅電極得電子被還原的全過程。這種呈現(xiàn)方式能讓學(xué)生在生動(dòng)形象的畫面中輕松掌握復(fù)雜的知識(shí)。

視頻資源在教學(xué)實(shí)踐中的創(chuàng)新運(yùn)用同樣成效顯著。在原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可展示原電池知識(shí)在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車電池、手機(jī)電池的充放電過程等，讓學(xué)生了解化學(xué)知識(shí)在生活中的應(yīng)用，養(yǎng)成觀察生活的習(xí)慣，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。此外，教師也可通過視頻清晰展示與雙液原電池有關(guān)的復(fù)雜內(nèi)容，幫助學(xué)生更好地理解相關(guān)知識(shí)，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

結(jié)語

總而言之，高中化學(xué)原電池原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新與實(shí)踐是一個(gè)持續(xù)不斷的過程，需要教師不斷探索和改進(jìn)。教師需要不斷學(xué)習(xí)，加強(qiáng)自身能力，更新自身教學(xué)理念，力求在教學(xué)上有新的突破，找到更新穎有效的教學(xué)方式，從而引領(lǐng)學(xué)生更好地探索化學(xué)知識(shí)。相信在未來的教學(xué)實(shí)踐中，教師能夠找到更多具有創(chuàng)新性和實(shí)踐價(jià)值的實(shí)驗(yàn)方法和教學(xué)方式，為高中化學(xué)教育的進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。

[參考文獻(xiàn)]

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作者簡(jiǎn)介：李慧（1972一），女，山東省濰坊第七中學(xué)。