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        核心素養(yǎng)下電化學(xué)教學(xué)研究

        2021-09-10 06:39:34程龍兵
        新課程·上旬 2021年31期
        關(guān)鍵詞:模型認(rèn)知核心素養(yǎng)思維

        程龍兵

        摘 要:模型認(rèn)知是高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的學(xué)科五大核心素養(yǎng)的重要組成部分,電化學(xué)知識也是新高考的重要考查內(nèi)容,因此在電化學(xué)的教學(xué)過程中如何將復(fù)雜模型進(jìn)行梳理、分析并進(jìn)行合理拆分,形成簡單的基礎(chǔ)模型;然后對基礎(chǔ)模型進(jìn)行重組,外延成新的教學(xué)內(nèi)容。高中電化學(xué)教學(xué)貫徹模型認(rèn)知素養(yǎng),利用模型認(rèn)知思想解決電學(xué)中化裝置問題,有利于提升學(xué)生思維的分析能力,促進(jìn)中學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

        關(guān)鍵詞:核心素養(yǎng);模型認(rèn)知;思維

        化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)的教育過程中,逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力[1]。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》提出化學(xué)核心素養(yǎng)的基本要求,包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”五個方面[2]。在新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下,教師培養(yǎng)學(xué)生的方式也發(fā)生了根本的變化。筆者結(jié)合多年的高中教學(xué)實踐,總結(jié)了電化學(xué)教學(xué)過程中如何利用模型認(rèn)知、經(jīng)典模型的構(gòu)建與拆分等方式解決電化學(xué)的疑難問題,這也是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要知識載體。

        一、基礎(chǔ)模型有助于學(xué)生了解原電池、電解池的結(jié)構(gòu)和工作原理

        筆者在日常教學(xué)中發(fā)現(xiàn),部分學(xué)生在電化學(xué)的學(xué)習(xí)中存在關(guān)鍵性的認(rèn)知能力與遷移能力的不足。主要包括:(1)認(rèn)知角度不明確,無法正確捕捉裝置的考查維度;(2)電化學(xué)基本要素的認(rèn)知不夠全面,同時對裝置要素與原理要素之間的關(guān)系認(rèn)識不夠;(3)缺乏有效的遷移能力。也就是說不能用已有的知識解決陌生素材下電化學(xué)知識的能力。介于學(xué)生在這些方面的困難,本文從電化學(xué)的基礎(chǔ)模型從發(fā),通過深層次構(gòu)建電化學(xué)的應(yīng)用模型,幫助學(xué)生解決模型認(rèn)知問題。結(jié)合當(dāng)代學(xué)者的主流觀點,筆者認(rèn)為原電池和電解池的基礎(chǔ)模型可以概括為圖1所示的裝置,學(xué)生只有掌握基礎(chǔ)模型才能對電化學(xué)基礎(chǔ)的知識有一定的認(rèn)知能力。

        二、經(jīng)典模型的拆分和構(gòu)建有助于學(xué)生解決復(fù)雜的電化學(xué)問題

        目前從課程改革后高考試題的呈現(xiàn)形式可以看出“電化學(xué)知識的高考考查視角更為廣闊和新穎,由傳統(tǒng)單一原理的考查(包括電極反應(yīng)式的書寫,正負(fù)極的判斷,電子、離子的移動方向及溶液濃度、電子轉(zhuǎn)移的計算等)轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)、生活中的實際應(yīng)用、設(shè)計等。筆者認(rèn)為在新課標(biāo)下的電化學(xué)的教學(xué)應(yīng)由知識能力向應(yīng)用能力轉(zhuǎn)變,能有效促進(jìn)學(xué)生綜合思維能力的提升,因此在模型認(rèn)知中讓學(xué)生的思維達(dá)到條理化、可視化,從而使所學(xué)知識系統(tǒng)化。運用這一教學(xué)模式,學(xué)生可以將自己的思維過程、知識結(jié)構(gòu)直觀地呈現(xiàn)出來,有助于解決更多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題,達(dá)到突破電化學(xué)的難點。

        例1.2014年廣東高考題:某同學(xué)組裝了圖2所示的電化學(xué)裝置,電極Ⅰ為Al,其他均為Cu,則

        A.電流方向:電極Ⅳ→A→電極Ⅰ

        B.電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng)

        C.電極Ⅱ逐漸溶解

        D.電極Ⅲ的電極反應(yīng):Cu2++2e-=Cu

        本道高考題是對原電池、電解池綜合的考查。電池的工作原理一般可概括以下幾點:

        (1)理清電化學(xué)中氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)。對原電池而言,負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),正極得電子發(fā)生還原反應(yīng);對電解池而言,陽極伴隨著氧化反應(yīng),陰極伴隨著還原反應(yīng)。

        (2)判斷電解質(zhì)的影響及其陰陽離子的遷移。陽離子總是向陰(正)極方向遷移,陰離子總是向陽(負(fù))極方向遷移。

        (3)正確列出電池總反應(yīng)式。電池總反應(yīng)可以看作兩個電極反應(yīng)即電池半反應(yīng)的疊加,也是氧化還原思想的延伸。

        (4)分析反應(yīng)過程中電池電極上發(fā)生的現(xiàn)象。如電極是否有溶解、沉淀,電極附近是否有氣體逸出,電解質(zhì)溶液中離子的濃度、溶液的顏色是否變化,溶液的pH是否改變等。學(xué)生雖已掌握大部分基礎(chǔ)知識,但這些知識是分離的、片段式的,相關(guān)知識不夠系統(tǒng)和完善。需在教學(xué)中進(jìn)一步提煉和總結(jié),才能讓學(xué)生對知識進(jìn)行綜合性的應(yīng)用。如果將此題進(jìn)行拆分成圖3所示的銅鋁單液原電池、銅鋁雙液原電池(帶鹽橋)、電鍍銅(電解池)三個裝置,從而形成具體簡單的裝置模型,問題便可以迎刃而解。王磊在電化學(xué)認(rèn)識模型及其在高三原電池復(fù)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用:提出不論在何種形式的教學(xué)(新授課、復(fù)習(xí)課和習(xí)題考試)中,學(xué)生會遇到各種各樣的問題任務(wù),因此在課堂中要求在認(rèn)識模型中加入分析型任務(wù)和設(shè)計型任務(wù)的維度和難度。包括裝置反應(yīng)分析、現(xiàn)象分析和設(shè)計電解池、原電池裝置[3]?;诖?,學(xué)生通過本道例題的學(xué)習(xí),建立電化學(xué)系統(tǒng)認(rèn)識模型,落實從原理維度和裝置維度出發(fā)的核心認(rèn)識角度,系統(tǒng)理解裝置的工作原理和構(gòu)成條件,明確原理和裝置的關(guān)系,建立比較清晰的依據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計裝置的主要思路和方法,提高對陌生復(fù)雜的電化學(xué)裝置的分析能力。

        三、經(jīng)典模型的變式設(shè)計有助于學(xué)生建立有序的思維認(rèn)知模型

        許紅梅在教學(xué)訓(xùn)練形式上進(jìn)行研究:提出在電化學(xué)教學(xué)中組織有效的變式訓(xùn)練,如改變電極材料、電解質(zhì)溶液、已知條件、探究角度等,培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力等。在課堂形式上,從學(xué)生需要出發(fā)、注重師生的對話等都是幫助學(xué)生解決困難的有效策略。在教學(xué)過程中,每位學(xué)生都是獨立存在的個體,思維能力和接受方式也不盡相同。教師在課堂上如何有效地將學(xué)科內(nèi)容及核心素養(yǎng)傳遞給每一位學(xué)生,必須在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生有序的認(rèn)知思維。因此,教師通過在課堂教學(xué)中呈現(xiàn)有梯度的習(xí)題,將原本分散的知識和概念歸納整理,不僅降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度,同時幫助學(xué)生構(gòu)建有序的思維體系,為其后期的學(xué)習(xí)和研究奠定良好的基礎(chǔ)。

        例2.用石墨電極電解熔融的NaCl。標(biāo)出電子的運動軌跡,離子的移動方向,寫出相關(guān)的電極反應(yīng)式、總反應(yīng)式。

        變式1:若將例2中熔融的NaCl變成氯化鈉溶液。此時電解質(zhì)溶液中離子的種類有何變化,兩極得失電子的離子種類有何變化,寫出相關(guān)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。

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