常娟

摘要：將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(cè)定不同數(shù)量水果電池串聯(lián)時(shí)的電壓，用電流傳感器測(cè)定干電池產(chǎn)生的電流，用電壓傳感器檢測(cè)電極間距、電極插入水果的深度等對(duì)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(shí)驗(yàn);原電池;課堂教學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2020）02-0087-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。原電池原理是電化學(xué)部分重要的基礎(chǔ)知識(shí)，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(dòng)力？筆者將教材中的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)作了改進(jìn)，引入了發(fā)光二極管，通過這種改進(jìn)學(xué)生能直觀地體驗(yàn)到化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。筆者將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融合，引入了電壓傳感器和電流傳感器分別測(cè)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(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、直觀地捕捉到原電池發(fā)生的動(dòng)態(tài)的變化，這是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段體現(xiàn)不了的。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后更有效地讓學(xué)生體驗(yàn)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(jì)

1.教學(xué)目標(biāo)

①通過實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)操作技能。

②通過情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)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(dòng)力;通過原電池發(fā)展史體驗(yàn)科學(xué)探究的艱辛與喜悅，贊賞化學(xué)科學(xué)對(duì)個(gè)人生活和社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)。

2.教學(xué)過程

本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)展示貫穿始終。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1：

【情境引入】展示一張會(huì)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(jì)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(gè)好的鋪墊。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2：

【視頻展示】課堂教學(xué)中考慮到時(shí)間的因素，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)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(huì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3：

【學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)】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(shí)驗(yàn)后請(qǐng)學(xué)生歸納構(gòu)成原電池的要素。

設(shè)計(jì)意圖：給學(xué)生一個(gè)動(dòng)手的機(jī)會(huì)，討論交流的平臺(tái)、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(shí)內(nèi)化。

思考與探究：影響燈泡發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)短的因素有哪些？

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)4：

【課堂演示實(shí)驗(yàn)】數(shù)字化實(shí)驗(yàn)演示水果電池與簡(jiǎn)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(shí)發(fā)電情況。

白板課件展示原電池發(fā)展簡(jiǎn)史。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生了解科學(xué)發(fā)展的曲折與艱辛，體會(huì)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(shí)驗(yàn)社團(tuán)，這些都為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入課堂提供了支持。

本節(jié)課引入課題時(shí)使用了賀卡，現(xiàn)場(chǎng)演示時(shí)因?yàn)殡x學(xué)生距離較遠(yuǎn)，學(xué)生觀察時(shí)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原電池的正負(fù)極間接入電流表來驗(yàn)證產(chǎn)生了電流，筆者作了一些改進(jìn)，將電流表換成了發(fā)光二極管，更貼近學(xué)生的生活體驗(yàn)，更能喚起學(xué)生的成就感、興趣和內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)橐粋€(gè)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(jì)了3個(gè)原電池串聯(lián)，使用稀硫酸作電解質(zhì)溶液時(shí)，學(xué)生能明顯觀察到燈泡由亮到暗的全過程。為什么1個(gè)原電池發(fā)光二極管不亮，3個(gè)原電池串聯(lián)才亮？受什么因素影響？傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段我們只能看到最終的結(jié)果，不能直觀體驗(yàn)原因，筆者引入了電壓傳感器分別測(cè)定了1個(gè)原電池產(chǎn)生的電壓，2個(gè)原電池串聯(lián)時(shí)產(chǎn)生的電壓，3個(gè)原電池串聯(lián)時(shí)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(huì)到了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)直觀、定量的優(yōu)勢(shì)。這對(duì)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(shí)，燈泡很快熄滅，電壓傳感器和電流傳感器檢測(cè)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(shí)燈泡可以亮很長(zhǎng)時(shí)間，電壓傳感器和電流傳感器檢測(cè)到電壓和電流一直保持穩(wěn)定。社團(tuán)活動(dòng)中我們用三個(gè)圣女果串聯(lián)的3個(gè)水果電池可以使發(fā)光二極管亮五天五夜。同時(shí)我們用電壓傳感器和電流傳感器檢測(cè)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(yàn)證了同學(xué)們心中的猜測(cè)，原電池在生活中應(yīng)用時(shí)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(dòng)力。接著筆者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究影響電壓大小的因素，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)給了同學(xué)們直觀、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、靈敏的體驗(yàn)。開闊了學(xué)生的視野，拓寬了學(xué)生科學(xué)研究的思路。

因?yàn)闀r(shí)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(dòng)或社團(tuán)活動(dòng)中開展。