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        數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在原電池課堂教學(xué)中的應(yīng)用

        2020-02-28 11:47:01常娟
        化學(xué)教與學(xué) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:數(shù)字化實(shí)驗(yàn)原電池教學(xué)設(shè)計(jì)

        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。

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