常娟

摘要：將數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合應(yīng)用于“原電池”的課堂教學(xué)。使用發(fā)光二極管讓學(xué)生直觀感知電流產(chǎn)生;用傳統(tǒng)實驗視頻讓學(xué)生清晰看到銅鋅原電池銅片上的氣泡，理解原電池原理;用電壓傳感器分別測定不同數(shù)量水果電池串聯(lián)時的電壓，用電流傳感器測定干電池產(chǎn)生的電流，用電壓傳感器檢測電極間距、電極插入水果的深度等對電壓產(chǎn)生的影響，讓學(xué)生深入探究和理解原電池原理和影響因素。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實驗;原電池;課堂教學(xué);教學(xué)設(shè)計

文章編號：1008-0546（2020）02-0087-03 中圖分類號：G632.41 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.028

一、教學(xué)內(nèi)容分析

原電池實驗源于人教版必修2第二章第二節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，是本節(jié)教材的重要實驗。原電池原理是電化學(xué)部分重要的基礎(chǔ)知識，是選修4電化學(xué)學(xué)習(xí)的鋪墊。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)很困難。如何將抽象的內(nèi)容形象化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并喚起學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力？筆者將教材中的傳統(tǒng)實驗作了改進，引入了發(fā)光二極管，通過這種改進學(xué)生能直觀地體驗到化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋９P者將傳統(tǒng)實驗與數(shù)字化實驗融合，引入了電壓傳感器和電流傳感器分別測定原電池電壓的變化和電流的變化。通過曲線的變化讓學(xué)生實時、準(zhǔn)確、直觀地捕捉到原電池發(fā)生的動態(tài)的變化，這是傳統(tǒng)的實驗手段體現(xiàn)不了的。實驗改進后更有效地讓學(xué)生體驗原電池的構(gòu)成條件，理解并掌握原電池的工作原理，初步形成原電池的概念，并能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。

二、教學(xué)過程設(shè)計

1.教學(xué)目標(biāo)

①通過實驗探究認識原電池的工作原理和構(gòu)成條件，初步形成原電池概念;能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式;訓(xùn)練學(xué)生的實驗操作技能。

②通過情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生進行實驗探究。幫助學(xué)生自主構(gòu)建原電池概念，理解和掌握原電池原理;通過實驗，體驗科學(xué)探究的過程，初步養(yǎng)成科學(xué)探究的能力。

③通過探究化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿膴W秘，獲得成就感提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的內(nèi)在驅(qū)動力;通過原電池發(fā)展史體驗科學(xué)探究的艱辛與喜悅，贊賞化學(xué)科學(xué)對個人生活和社會發(fā)展的貢獻。

2.教學(xué)過程

本節(jié)課以實驗展示貫穿始終。

實驗設(shè)計1：

【情境引入】展示一張會發(fā)光和唱歌的生日賀卡，卸掉一顆紐扣電池，連接上自制的水果電池，如圖1。

設(shè)計意圖：以生活中現(xiàn)有的素材入手引入自制的原電池，喚起學(xué)生好奇心。為接下來的學(xué)習(xí)作一個好的鋪墊。

實驗設(shè)計2：

【視頻展示】課堂教學(xué)中考慮到時間的因素，傳統(tǒng)的實驗采取了事先錄制視頻的形式。筆者所在學(xué)校教室都安裝了白板，視頻播放效果較好。圖2和圖3分別是兩個視頻中的圖片。通過觀察和畫面定格學(xué)生觀察到圖2視頻中鋅片和銅片上都有大量氣泡冒出，根據(jù)已學(xué)知識學(xué)生能分析出是氫氣。圖3視頻中觀察到發(fā)光二極管亮了，且可以發(fā)出三種顏色的光，學(xué)生一下子就能分析出產(chǎn)生電了。在老師的引導(dǎo)下學(xué)生體會到原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置，原電池工作原理：

實驗設(shè)計3：

【學(xué)生探究實驗】引導(dǎo)學(xué)生四人一組自主探究構(gòu)成原電池的要素。提供給學(xué)生的材料有：小番茄、白醋、無水乙醇、蒸餾水、鋅片、銅片、碳棒、導(dǎo)線、發(fā)光二極管、燒杯。探究圖片如圖4、圖5。

探究完實驗后請學(xué)生歸納構(gòu)成原電池的要素。

設(shè)計意圖：給學(xué)生一個動手的機會，討論交流的平臺、思考的空間，更有利于抽象思維的發(fā)展，更有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維，更有利于將抽象的知識內(nèi)化。

思考與探究：影響燈泡發(fā)光時間長短的因素有哪些？

實驗設(shè)計4：

【課堂演示實驗】數(shù)字化實驗演示水果電池與簡易電池電壓、電流的變化（圖6-11）。

【學(xué)生課后拓展研究】不同電極材料、不同水果、各種蔬菜構(gòu)成原電池時發(fā)電情況。

白板課件展示原電池發(fā)展簡史。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生了解科學(xué)發(fā)展的曲折與艱辛，體會人類的智慧與偉大，培養(yǎng)科學(xué)自豪感與成就感。

三、教學(xué)反思

本節(jié)課得以順利開展的前提是：筆者所在學(xué)校教室安裝了白板，學(xué)校成立了數(shù)字化實驗社團，這些都為數(shù)字化實驗引入課堂提供了支持。

本節(jié)課引入課題時使用了賀卡，現(xiàn)場演示時因為離學(xué)生距離較遠，學(xué)生觀察時沒有預(yù)期的教學(xué)效果，建議此處改為視頻演示效果更好。教材中的實驗設(shè)計原電池的正負極間接入電流表來驗證產(chǎn)生了電流，筆者作了一些改進，將電流表換成了發(fā)光二極管，更貼近學(xué)生的生活體驗，更能喚起學(xué)生的成就感、興趣和內(nèi)在驅(qū)動力。因為一個原電池產(chǎn)生的電壓太小，不足以使發(fā)光二極管亮，所以筆者設(shè)計了3個原電池串聯(lián)，使用稀硫酸作電解質(zhì)溶液時，學(xué)生能明顯觀察到燈泡由亮到暗的全過程。為什么1個原電池發(fā)光二極管不亮，3個原電池串聯(lián)才亮？受什么因素影響？傳統(tǒng)的實驗手段我們只能看到最終的結(jié)果，不能直觀體驗原因，筆者引入了電壓傳感器分別測定了1個原電池產(chǎn)生的電壓，2個原電池串聯(lián)時產(chǎn)生的電壓，3個原電池串聯(lián)時產(chǎn)生的電壓。數(shù)據(jù)顯示串聯(lián)的電池越多，電壓等倍數(shù)增加，學(xué)生體會到了數(shù)字化實驗直觀、定量的優(yōu)勢。這對于原電池在生活中的應(yīng)用起到啟示作用。使用稀硫酸作電解質(zhì)溶液時，燈泡很快熄滅，電壓傳感器和電流傳感器檢測到電壓和電流逐漸減弱的過程。而使用白醋和水果作電解質(zhì)溶液時燈泡可以亮很長時間，電壓傳感器和電流傳感器檢測到電壓和電流一直保持穩(wěn)定。社團活動中我們用三個圣女果串聯(lián)的3個水果電池可以使發(fā)光二極管亮五天五夜。同時我們用電壓傳感器和電流傳感器檢測使用過的干電池發(fā)現(xiàn)，電壓和電流始終保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。驗證了同學(xué)們心中的猜測，原電池在生活中應(yīng)用時需要保持穩(wěn)定的電壓和電流。從而衍生出同學(xué)們的好奇心：怎么樣才能保持穩(wěn)定的電壓和電流呢？為高二選修四電化學(xué)的學(xué)習(xí)提供鋪墊和動力。接著筆者設(shè)計實驗探究影響電壓大小的因素，數(shù)字化實驗給了同學(xué)們直觀、實時、準(zhǔn)確、靈敏的體驗。開闊了學(xué)生的視野，拓寬了學(xué)生科學(xué)研究的思路。

因為時間的限制，課堂上沒有深入探究更多的變量變化帶來的結(jié)果，筆者建議可以在課后小組活動或社團活動中開展。