袁萍

【摘要】本文以“鹽水玩具車”為真實情境，采用實驗探究的教學(xué)方式完成“四問題——四任務(wù)”的教學(xué)流程，最后以“自主設(shè)計原電池”落實原電池認知模型，旨在落實培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認知”“宏觀辨識與微觀探析”等化學(xué)核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】原電池;教學(xué)設(shè)計;情境;核心素養(yǎng)

一、教材分析

《原電池》在新教材必修第二冊第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第一節(jié)，對比舊人教版第二章第二節(jié)，不同點在內(nèi)容設(shè)計上增加了原電池原理示意圖、簡易電池的設(shè)計與制作，其中含水果電池;模塊設(shè)計上增加了“化學(xué)反應(yīng)與能量”的實踐活動，突出培養(yǎng)學(xué)生的宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。知識內(nèi)容上的相同點既是對氧化還原反應(yīng)的進一步認識，同時也為選修學(xué)習(xí)雙液電池、燃料電池等知識作鋪墊，培養(yǎng)學(xué)生感受宏觀辨識與微觀探析、模型認知與證據(jù)推理的核心素養(yǎng)，體會辯證與統(tǒng)一思想。本節(jié)課融合了氧化還原反應(yīng)、金屬的性質(zhì)、電解質(zhì)溶液等知識，還與物理學(xué)科的電學(xué)相聯(lián)系，綜合性較強。

二、學(xué)情分析

學(xué)生的基礎(chǔ)偏差，對于實驗探究模型意識薄弱，較難跟上實驗探究思維，但為了逐步加深學(xué)生的思維邏輯性，最終采用結(jié)合真實情境的實驗探究及任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方式?；瘜W(xué)是一門以實驗為主的科學(xué)，通過小組實驗為主，感受原電池的形成與工作原理。學(xué)生已有的基礎(chǔ)：知道Zn、Cu單獨與酸反應(yīng)的現(xiàn)象，知道電子與電流的流動方向，了解生活中電池的構(gòu)造等。

前概念：氧化劑與還原劑只能接觸才能反應(yīng)。

困惑點：為何在實驗中正、負極均有氣泡產(chǎn)生;陰、陽離子的移動方向;原電池裝置如何應(yīng)用于化學(xué)電源。

三、教學(xué)目標(biāo)

（1）能從宏觀現(xiàn)象和微觀變化的角度解釋鋅銅原電池的工作原理，真實情境得出原電池概念。

（2）在對鋅銅原電池工作的原理探究的過程中，體驗構(gòu)建原電池的模型，培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)。

（3）依據(jù)實驗現(xiàn)象總結(jié)出原電池的反應(yīng)原理及本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)。

（4）通過獨立設(shè)計新的原電池，設(shè)計新的電池使玩具車啟動，感受化學(xué)變化中能量轉(zhuǎn)化的獨特魅力和價值，培養(yǎng)科學(xué)精神與社會責(zé)任素養(yǎng)。

四、教學(xué)思路

整節(jié)課熟練應(yīng)用科學(xué)實驗探究與問題鏈相結(jié)合的教學(xué)方式，融合真實情境，結(jié)合當(dāng)下能源發(fā)展的主題，深入貫穿培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)精神與社會責(zé)任”素養(yǎng)。

以“鹽水玩具車”為真實情境切入，并播放玩具車運行視頻，分成8小組進行實驗探究以完成“四問題——四任務(wù)”為主線，最后以“自主設(shè)計原電池”落實原電池模型，通過學(xué)生自主設(shè)計培養(yǎng)“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)。具體教學(xué)思路如圖1。

五、教學(xué)過程

1.生活情境導(dǎo)入

任務(wù)一：猜一猜，玩具車跑動的能量轉(zhuǎn)化

【引入】關(guān)于玩具車大家都玩過，接下來看個視頻了解下這種玩具車是如何運行的？

教師：視頻中往這個盒子里滴加了什么？

學(xué)生：鹽水。

教師：滴了之后觀察到什么現(xiàn)象呢？存在哪些能量轉(zhuǎn)化呢？

學(xué)生：有電流產(chǎn)生，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化成電能再轉(zhuǎn)化成動能。滴加的是什么呢？

【演示實驗】教師就有這樣一個玩具車噴一種液體，小小的玩具車（如右圖2）能夠跑動。連接電流表，將電池取出來連接電流表，并觀察現(xiàn)象。

學(xué)生：看到指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)了，說明產(chǎn)生電流

師：這個盒子里面是什么呢？我們拆開看下

學(xué)生：是鋅片、銅片和一塊濾紙。

設(shè)計意圖：看見小小的玩具車，實驗中不明的噴不知名的液體，并且這樣就有電流產(chǎn)生，可以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生對該電池的進一步探究。培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)精神與社會責(zé)任”學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.分組實驗初步建構(gòu)原電池模型

【提出問題】任務(wù)二：找一找，玩具車中的電流從哪里來？

【設(shè)計方案實驗1】將鋅片與銅片先后放入同盛有稀硫酸溶液的燒杯中，觀察鋅片、銅片現(xiàn)象。學(xué)生獨立利用氧化還原反應(yīng)雙線橋解釋鋅片、銅片的現(xiàn)象。

提問1：鋅片上產(chǎn)生氣泡，這種氣體是什么？反應(yīng)原理是什么呢？

學(xué)生1：氫氣

學(xué)生2

問2：既然有電子的轉(zhuǎn)移，那么存在電流嗎？

學(xué)生：不存在。

教師：為什么？

學(xué)生：因為需要有電子的定向移動，可以連接導(dǎo)線

師：怎樣才能將電流體現(xiàn)出來？

學(xué)生：用電流表。

【實驗2】用導(dǎo)線將鋅片、銅片連接起來，觀察并解釋鋅片、銅片上的現(xiàn)象，用電流表體現(xiàn)電流的產(chǎn)生，完成教學(xué)案上的第二部分，繼續(xù)建構(gòu)模型。

教師：觀察到什么現(xiàn)象？

學(xué)生1：觀察到兩邊電池都會產(chǎn)生氣泡，并且鋅片上的氣泡快且多，不能很清晰的看到銅片的現(xiàn)象。

學(xué)生2：可否換一種溶液讓鋅片不產(chǎn)生氣泡，只讓銅片上產(chǎn)生氣泡呢？

教師：好的，那我們先在原有的基礎(chǔ)上補充模型。

學(xué)生

教師：那為什么會出現(xiàn)你們所看到的情況呢？

學(xué)生：因為鋅本身就會與硫酸反應(yīng)，且速率快。

設(shè)計意圖：按照實驗探究的模型：提出問題、設(shè)計實驗方案、評價方案、得出結(jié)論，讓學(xué)生通過實驗學(xué)會收集科學(xué)證據(jù)和確立尋找證據(jù)的途徑;學(xué)會利用實驗?zāi)Ｐ兔枋龌瘜W(xué)變化，解釋化學(xué)現(xiàn)象;培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度去理解宏觀變化的思維以及“證據(jù)推理與模型認知”學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.完善原電池模型——鋅銅原電池

任務(wù)三：完善原電池模型

師：先完善外電路的電子流動方向。

學(xué)生：電流由正極流向負極，電子由負極流向正極。

【問題3】內(nèi)電路（溶液中）的電子流動方向？提示：原電池的條件需要形成閉合回路。

學(xué)生：陰離子流向負極，陽離子流向正極。

【問題4】為什么陰離子向負極移動，陽離子為什么向正極移動？

學(xué)生：正極附近留下大量OH-離子，導(dǎo)致SO24-離子流向負極，同種電荷相互排斥;負極產(chǎn)生大量的陽離子，與SO24- 離子正負電荷相吸。

【問題5】負極發(fā)生什么反應(yīng)，正極發(fā)生什么反應(yīng)？

學(xué)生：負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。

教師：完善初始模型，最終形成鋅銅原電池模型（如圖3左學(xué)生繪制，圖形右）。

【問題6】原電池的模型出來呢，那如何找原電池的正負極呢？

學(xué)生1：活潑性強的金屬做負極，較不活潑的做正極。

學(xué)生2：一般現(xiàn)象表現(xiàn)為逐漸溶解的作負極，一般現(xiàn)象為冒氣泡或析出固體的作正極。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在實驗探究過程中逐漸形成批判精神和創(chuàng)新思維，突出了“證據(jù)推理與模型認知”學(xué)科核心素養(yǎng)。通過實驗現(xiàn)象分析，引導(dǎo)學(xué)生進行，構(gòu)建了鋅銅原電池的結(jié)構(gòu)模型，以此推到原電池的認知模型。

4.發(fā)展原電池模型——能使玩具車跑動的原電池

【設(shè)計新原電池】實驗藥品：電流計（導(dǎo)線）、鎂片、石墨片、銅片、NaCl溶液、稀硫酸，由學(xué)生自主討論，設(shè)計，并畫出內(nèi)外電路模型的離子和電子的流動方向，展示，點評。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生對實驗方案進行創(chuàng)新性優(yōu)化，學(xué)會用已有知識和方法解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”學(xué)科核心素養(yǎng)。

5.改進原電池實驗

針對學(xué)生在以上提出的問題，如果課堂時間有剩余的話，可以選擇儀器或操作的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，僅展示不需講解。

學(xué)生1：可不可以在銅片那邊加入不跟銅反應(yīng)的溶液，這樣銅電極附近就不會產(chǎn)生氣泡了。

學(xué)生2：兩邊的溶液分開可以，在各自的容器中。

學(xué)生3：然后加一根能夠?qū)щ姷你~絲連接兩個容器，這樣可以嗎？

師：由于時間關(guān)系，同學(xué)們可以查閱相關(guān)的資料來解決大家的疑問，以上大家的思考非常不錯。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生從性質(zhì)及所觀察的現(xiàn)象等維度結(jié)合起來，得出最適合的實驗裝置，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神，學(xué)會將所學(xué)知識應(yīng)用于實際生活。

六、教學(xué)反思

《原電池》的教學(xué)設(shè)計主要通過實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)，設(shè)置問題情境，在學(xué)生自主探究、主動構(gòu)建模型的過程中落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。鋅銅原電池是化學(xué)電源的具體模型，它模擬了對象物的正負極、離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體以及閉合回路等。從鋅和硫酸銅溶液的接觸反應(yīng)到單液原電池裝置模型，組織學(xué)生進行實驗，并觀察、分析、解釋實驗現(xiàn)象、推論預(yù)測、設(shè)計裝置、自我評價等，提升學(xué)生對單液原電池工作原理的認識水平，構(gòu)建科學(xué)的原電池模型。

參考文獻：

[1]王晶，鄭長龍.化學(xué)（必修第二冊）[M].人民教育出版社，2019.

[2]宋心琦.化學(xué)（必修Ⅱ）[M].人民教育出版社，2007.

[3]教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].人民教育出版社，2017.

[4]陳博毅，王季常，陳鈺姝等.基于模型認知與手持技術(shù)的化學(xué)能與電能項目式教學(xué)———以“設(shè)計不同類型的化學(xué)電源”為例[J].化學(xué)教育，2020，41（15）： 14-23.