邱亞莉 吳曉紅

摘 ?要 電化學(xué)是高中化學(xué)重要知識(shí)，是高考必考考點(diǎn)。從內(nèi)容的選取與編排、概念引出與原理應(yīng)用等方面對(duì)中美高中化學(xué)教材中電化學(xué)知識(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，并得出利用類比策略、聯(lián)系已有經(jīng)驗(yàn)、滲透STSE理念三方面啟示，以期為課程改革和教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞 高中化學(xué);教材;電化學(xué);STSE理念

中圖分類號(hào)：G633.8 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）15-0134-03

0 ?前言

電化學(xué)是對(duì)氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用，知識(shí)面涉及寬，理論性強(qiáng)，不僅是高中化學(xué)知識(shí)的重要組成部分，也是高考考查的熱點(diǎn)。本文選取美國(guó)主流高中化學(xué)教材Chemistry： Concepts and Application（下文簡(jiǎn)稱美版教材）和我國(guó)人教版高中化學(xué)教材就電化學(xué)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析，并簡(jiǎn)要提出幾點(diǎn)啟示，以期為我國(guó)化學(xué)教材編寫及一線化學(xué)教師教學(xué)提供參考與啟示。

1 ?中美高中化學(xué)教材電化學(xué)知識(shí)比較研究

1.1 ?對(duì)電化學(xué)相關(guān)知識(shí)的對(duì)比分析

我國(guó)人教版高中化學(xué)教材電化學(xué)知識(shí)分布于必修2第六章和選修1第三章，美版教材安排在第十七章，具體內(nèi)容見表1。中美高中化學(xué)教材關(guān)于電化學(xué)知識(shí)都置于氧化還原反應(yīng)之后，但所在章節(jié)和內(nèi)容略有差異。

我國(guó)人教版高中化學(xué)教材將電化學(xué)知識(shí)置于化學(xué)反應(yīng)與能量知識(shí)體系中，以化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化為主線，在必修階段通過原電池簡(jiǎn)單介紹化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，學(xué)生很容易理解;在選修階段學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)與能量的轉(zhuǎn)化及化學(xué)平衡后，接著再學(xué)習(xí)電化學(xué)，較必修階段，選修部分電化學(xué)內(nèi)容更加系統(tǒng)、全面，難度較大，這樣螺旋式排列的方式，由易到難、由淺到深，比較符合學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣。

而美版教材是以氧化還原反應(yīng)原理為主線，即在介紹了氧化還原反應(yīng)之后，提出問題：氧化還原反應(yīng)涉及電子轉(zhuǎn)移，為何一種元素可以接受其他元素的電子？在反應(yīng)開始前，你能否預(yù)測(cè)出哪種元素被氧化，哪種元素被還原嗎？然后引出原電池、電解池的相關(guān)內(nèi)容。

1.2 ?對(duì)電化學(xué)知識(shí)編排特點(diǎn)的對(duì)比分析

人教版高中化學(xué)教材電化學(xué)知識(shí)主要集中在選修1《化學(xué)反應(yīng)原理》這一冊(cè)書中，在介紹了化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的能量可與其他形式的能量相互轉(zhuǎn)化后，在第四章介紹化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識(shí)。根據(jù)奧斯貝爾的學(xué)習(xí)理論，這屬于概念學(xué)習(xí)中的下位學(xué)習(xí)，這樣的編排更有利于學(xué)生對(duì)新知識(shí)進(jìn)行同化和順應(yīng)[1]。

而美版教材則是從化學(xué)反應(yīng)類型的角度進(jìn)行編排，即學(xué)習(xí)了酸堿反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)之后，介紹電化學(xué)，電化學(xué)內(nèi)容相當(dāng)于氧化還原反應(yīng)的拓展和延伸。這樣的編排有利于學(xué)生遷移應(yīng)用所學(xué)的氧化還原知識(shí)理解電化學(xué)的原理。

中美高中化學(xué)教材在編排和呈現(xiàn)上所應(yīng)用的學(xué)習(xí)理論雖有所不同，但都可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

1.3 ?對(duì)原電池概念引出的對(duì)比分析

人教版高中化學(xué)教材運(yùn)用對(duì)比實(shí)驗(yàn)引出原電池的概

念：首先將鋅片與銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察到只有鋅片上有氣泡產(chǎn)生;接著將鋅片與銅片用導(dǎo)線相連，銅片上有氣泡產(chǎn)生;最后用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)電流表，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。通過引導(dǎo)學(xué)生觀察并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終引出原電池的概念。

美版教材則是以“檸檬電池”為情境載體，讓學(xué)生在課前起步實(shí)驗(yàn)中做檸檬電池，學(xué)生通過改變檸檬中銅片和鋅片的位置可以觀察到明顯的電勢(shì)差（電壓）變化?；诖颂岢鰡栴}：鋅片、銅片、檸檬的作用分別是什么？檸檬電池與普通電池有何異同？其他水果電池能否取得相同的結(jié)果？讓學(xué)生帶著這一系列問題進(jìn)入原電池的正式學(xué)習(xí)中。通過聯(lián)系學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過的氧化還原反應(yīng)引出電子流動(dòng)的方向即電流的方向，根據(jù)電解質(zhì)可以導(dǎo)電這一特點(diǎn)說明檸檬在檸檬電池中的作用，然后順?biāo)浦郏v解檸檬電池中哪一極發(fā)生氧化反應(yīng)，哪一極發(fā)生還原反應(yīng);再通過電壓表中電勢(shì)差變化這一現(xiàn)象引出電勢(shì)差的概念，并強(qiáng)調(diào)“檸檬電池”之所以能產(chǎn)生電流，是因?yàn)檎?fù)兩極的電勢(shì)差;最后回到氧化反應(yīng)上，通過表格呈現(xiàn)不同金屬被氧化的難易程度，解釋為何“檸檬電池”中鋅片被氧化。在這一系列鋪墊的基礎(chǔ)上引出原電池的概念：通過運(yùn)行自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電壓的化學(xué)電池為原電池。

通過上述對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，雖然中美兩版高中化學(xué)教材都借助實(shí)驗(yàn)解釋原電池，但仍存在較大差異。人教版高中化學(xué)教材采用的是布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論：首先通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)起學(xué)生的求知欲;然后對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進(jìn)行探究，這樣由現(xiàn)象到本質(zhì)，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而總結(jié)出原電池的概念。而美版教材運(yùn)用的是奧蘇貝爾的認(rèn)知同化學(xué)習(xí)理論——先行組織者策略：在前面學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)及電解質(zhì)的前提下，以“檸檬電池”為情境線索，聯(lián)系學(xué)生已有的氧化還原知識(shí)，將學(xué)生的認(rèn)知有邏輯地進(jìn)行同化和順應(yīng)，自然而然地引出原電池的概念。

1.4 ?對(duì)電化學(xué)應(yīng)用的對(duì)比分析

人教版高中化學(xué)教材中電化學(xué)的應(yīng)用主要分布于正文及資料卡片、科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)等欄目中，且教材將原電池及電解池在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用進(jìn)行了分類，如原電池主要用來做化學(xué)電源在生產(chǎn)生活中發(fā)揮作用，而化學(xué)電源按類型可以分為一次電池、二次電池、燃料電池。在介紹每種類型的電池時(shí)，以其中某一個(gè)具體的電池為例，介紹其工作原理、電極反應(yīng)并總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景。

美版教材中電化學(xué)的應(yīng)用主要分布于正文及工作原理、化學(xué)與技術(shù)、生活與化學(xué)、化學(xué)工作者欄目中，且在不同的欄目和位置陳述方式不同：在正文部分介紹應(yīng)用主要介紹碳鋅干電池、鉛蓄電池的工作原理，電極反應(yīng)及應(yīng)用于何處;在“工作原理”欄目介紹了心臟起搏器、鎳鉻充電電池、氫氧燃料電池，并通過展示圖片將使用的注意事項(xiàng)及反應(yīng)原理用圖片加備注的形式呈現(xiàn);在“化學(xué)與技術(shù)”欄目則將相關(guān)工藝流程分解為若干步進(jìn)行介紹，如在介紹如何從銅礦到銅導(dǎo)線時(shí)，將這一過程分為采礦，礦砂的富集、灼燒、冶煉、精煉，電導(dǎo)線的生產(chǎn)，電導(dǎo)線的拉伸等步驟，清晰地呈現(xiàn)出從銅礦到銅導(dǎo)線的具體過程;在“生活中的化學(xué)”欄目介紹了CD的制作過程，和“化學(xué)與技術(shù)”欄目類似，這一欄目也將制作過程分步驟呈現(xiàn)，并在其中貫穿化學(xué)反應(yīng)原理。

值得一提的是，美版教材在欄目中介紹完原電池的應(yīng)用后都會(huì)提出一個(gè)小問題，問題是在電化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上的適當(dāng)拓展，激發(fā)學(xué)生發(fā)散性思維。如在展示完氫氧燃料電池的工作原理后，提出這樣的問題：“假如燃料電池的利用率為75%，剩余25%的能量是以什么形式消失的？”[2]

通過以上對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)：人教版高中化學(xué)教材在介紹原電池在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用時(shí)以講述不同類型電池所涉及的電化學(xué)知識(shí)為主，而美版教材則從電化學(xué)與健康、工業(yè)、生活、汽車等方面介紹原電池在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，且對(duì)具體的制作和應(yīng)用過程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 ?啟發(fā)與思考

通過以上分析可看出，兩版教材在內(nèi)容選取和編排上各有特色，可以從中得到以下幾點(diǎn)啟示。

2.1 ?合理利用類比策略

奧蘇貝爾等人強(qiáng)烈主張將新知識(shí)融入一個(gè)更大、更有意義和組織性的知識(shí)脈絡(luò)中，這種融入的過程需要通過向?qū)W生提供線索來引發(fā)，因?yàn)榫€索可以提醒學(xué)生將已有經(jīng)驗(yàn)與新知識(shí)聯(lián)系在一起。類比就可以提供這樣的線索[3]。美版教材“電化學(xué)”這一章節(jié)多次用到這一策略，例如：在引出電解池需要外加電源這一特點(diǎn)時(shí)，它將其與騎自行車上山必須通過踩踏板提供能量進(jìn)行類比;在講解電勢(shì)差時(shí)將向容器中注入水水位升高與電子不斷向正極流動(dòng)形成電勢(shì)差進(jìn)行類比。這樣的類比與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，可以變抽象為形象，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度。

2.2 ?聯(lián)系學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)總是要涉及學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并以自身已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)來理解和構(gòu)建新知識(shí)。電化學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，就可利用這一點(diǎn)。例如：在教學(xué)原電池概念和原理時(shí)，可聯(lián)系學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的氧化還原反應(yīng)知識(shí)解釋電子是如何移動(dòng)的;在說明“檸檬電池”中檸檬的作用時(shí)，先引導(dǎo)學(xué)生回顧電解質(zhì)是可以導(dǎo)電的化合物，然后解釋其可以導(dǎo)電是因?yàn)闄幟仕峥梢噪婋x出部分H+，不僅具有酸味，還可以作為導(dǎo)電的離子。像這樣聯(lián)系學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，不僅可以幫助學(xué)生將未知變?yōu)橐阎铱梢约由钇鋵?duì)知識(shí)的理解，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)達(dá)到事半功倍的效果。

2.3 ?滲透STSE理念

STSE是科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境四門學(xué)科的交叉融合?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》提出：在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)重視STSE內(nèi)容主題的選擇和組織，緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際[4]。電化學(xué)這一部分知識(shí)很好地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。比

如：從銅礦石到銅導(dǎo)線涉及粗銅精煉知識(shí)，體現(xiàn)了化學(xué)與生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)系;光盤的制作涉及電鍍的知識(shí)，體現(xiàn)了化學(xué)與生活的關(guān)系;利用電解法可除去有毒廢棄物涉及電解原理，體現(xiàn)了化學(xué)與環(huán)境的關(guān)系;等等。這樣不僅可以使學(xué)生真實(shí)地感受到化學(xué)來源于生活，同時(shí)應(yīng)用于生活，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)觀和社會(huì)責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)

[1]施良方.學(xué)習(xí)論[M].北京：人民教育出版社，2001：211-239.

[2]菲利普，王祖浩.化學(xué)：概念與應(yīng)用[M].杭州：浙江教育出版社，2008.

[3]姜海娟，李廣洲.中學(xué)化學(xué)教材中的類比策略：基于一套美國(guó)化學(xué)教材的分析[J].化學(xué)教育，2011，32（11）：10-12.

[4]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.