柳聰慧，徐 穎，王宏社，閆 雪

(寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西 寶雞 721013)

隨著新高考“3+1+2”模式和新課程標(biāo)準(zhǔn)的推行和調(diào)整[1]，使得各學(xué)科之間的聯(lián)系越來越緊密，不再讓學(xué)生拘泥于單一的思維模式。對于這種新模式下的12種學(xué)科組合方式的選擇，也更能體現(xiàn)跨學(xué)科融合交叉的重要性。以物理類組合中的“物+化+X”模式為例，對于高中化學(xué)教師來說，若想促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)以及理科能力的提高，還是要建立在分科課程的基礎(chǔ)之上，立足于化學(xué)教學(xué)，同時注意與物理等學(xué)科進(jìn)行適時適度的交叉融合教學(xué)[2]。

1 人教版高中化學(xué)與物理交叉內(nèi)容教學(xué)設(shè)計

1.1 教學(xué)設(shè)計思路

在進(jìn)行教學(xué)過程設(shè)計之前要做好充足的準(zhǔn)備，明確高中化學(xué)與物理這兩個學(xué)科內(nèi)容之間存在的交叉點，并將這些交叉點的內(nèi)容梳理出來，分析交叉內(nèi)容在兩學(xué)科教學(xué)中的教學(xué)進(jìn)度，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度設(shè)計教學(xué)；明確高中化學(xué)與物理兩學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的課程要求以及所要求掌握的內(nèi)容深度區(qū)別，進(jìn)而對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；對化學(xué)和物理教科書進(jìn)行分類和整合，分析本節(jié)內(nèi)容在本章節(jié)或者整個知識體系的重要程度以及判斷兩學(xué)科交叉內(nèi)容如何應(yīng)用；分析學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前對相關(guān)知識掌握情況。根據(jù)分析兩學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)、教科書內(nèi)容，以及學(xué)情等方面，確定本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點及教學(xué)方法，進(jìn)行教學(xué)過程的設(shè)計并且實施；最后，進(jìn)行教學(xué)評價和反思，分析本節(jié)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計存在的缺點和不足，進(jìn)行改進(jìn)和提升。

1.2 教學(xué)設(shè)計案例——以“原電池”教學(xué)設(shè)計為例

【設(shè)計思想】

學(xué)生在初中的物理學(xué)習(xí)中已經(jīng)學(xué)習(xí)了電學(xué)的相關(guān)知識，對電流流向、電流表的使用、電荷守恒定律的相關(guān)知識等都有了一定的了解。在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中，“原電池”這部分內(nèi)容就會涉及到初中物理中電學(xué)這部分知識，這就意味著可以利用已經(jīng)學(xué)過的電學(xué)知識來設(shè)計教學(xué)。這節(jié)課主要是通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生自主去探究和學(xué)習(xí)新知識。這有利于發(fā)揮學(xué)生主體作用，有利于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實驗探究能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系不同學(xué)科之間交叉知識的意識。

【教材分析】

本節(jié)教學(xué)內(nèi)容選自人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書必修二第二章“化學(xué)反應(yīng)與能量”第二節(jié)“化學(xué)能與電能”中的“原電池”片段[3]。從《課程標(biāo)準(zhǔn)》中了解到[4]，關(guān)于學(xué)生對化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的掌握程度，只要求能夠認(rèn)識化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義和應(yīng)用；能夠了解原電池的工作原理和其他的化學(xué)電源。

從跨學(xué)科的知識體系來看，本節(jié)課的內(nèi)容是在學(xué)習(xí)了初中物理的電學(xué)知識，以及化學(xué)中的氧化還原反應(yīng)(必修1)的內(nèi)容后學(xué)習(xí)的。因此，本節(jié)課是對氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的再探索和延伸，是對化學(xué)能與其他能量轉(zhuǎn)換的補(bǔ)充，是建立電化學(xué)基本概念的基礎(chǔ)，還是對化學(xué)和物理這兩門學(xué)科之間存在的交叉內(nèi)容的意識培養(yǎng)。在化學(xué)選修1(化學(xué)與生活)(金屬腐蝕與防護(hù))，以及化學(xué)選修4(化學(xué)反應(yīng)原理)中，還將進(jìn)一步學(xué)習(xí)電化學(xué)的相關(guān)知識，所以本節(jié)課只是為后面知識的學(xué)習(xí)提供理論基礎(chǔ)。綜上所述，在知識結(jié)構(gòu)上“化學(xué)能與電能”這一節(jié)起到了承上啟下的作用。

【學(xué)情分析】

1)通過高中化學(xué)必修一的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了氧化還原反應(yīng)，并且知道氧化還原反應(yīng)可以分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)去探討，知道了電子轉(zhuǎn)移是氧化還原的本質(zhì)；

2)在初中物理學(xué)習(xí)中，已經(jīng)知道電子定向移動會形成電流，并且已經(jīng)初步認(rèn)識氧化還原反應(yīng)的過程中會有電子的定向移動。但是，對原電池還比較陌生，對借助原電池的氧化還原反應(yīng)是否還會有電子的定向移動存在疑惑，對化學(xué)和物理這兩門學(xué)科的交叉滲透學(xué)習(xí)意識不強(qiáng)。

3)知道電解質(zhì)溶液是可以導(dǎo)電的，知道在電場的作用下，溶液中的離子是可以定向移動的。但是對于學(xué)生來說，如何判斷原電池內(nèi)電路中電流流向方面還存在問題。

4)知道能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。由于“化學(xué)能與電能”這部分涉及到的原電池是新知識，所以學(xué)生對于原電池中涉及到的能量轉(zhuǎn)化還不能很快的去接受，可能會認(rèn)為引入原電池這個新裝置會對能量之間的轉(zhuǎn)化有影響。

【教學(xué)目標(biāo)】

教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

表1 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

【教學(xué)過程】

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入教學(xué)

同學(xué)們，你們知道伏打這位物理學(xué)家嗎?就是他發(fā)明了世界上第一塊電池(伏打電池)。正是由于電池的發(fā)明，我們的生活才那么便利。例如，我們生活中用到的筆記本電腦、手機(jī)等，都應(yīng)用到了電池。那么，你們有沒有想過，電池是怎么把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的呢？工作原理又是什么呢？那就讓我們一起來學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容，解開這個謎底吧！

設(shè)計意圖：利用物理史科學(xué)家的故事導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心和興趣，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系不同學(xué)科之間交叉知識的意識，激起他們更深層次探索的欲望。

環(huán)節(jié)二：實驗探究，新課學(xué)習(xí)

師：我們在這節(jié)課的實驗中會用到電流表，那電流表是如何使用的呢？指針偏轉(zhuǎn)能說明什么？

生：指針不同的偏轉(zhuǎn)方向,代表連接的方式不同。正極接正接線柱，負(fù)極接負(fù)接線柱，指針就會向正值的方向偏轉(zhuǎn)(這是正確的方法)。反之向負(fù)極偏轉(zhuǎn)。指針偏轉(zhuǎn)就代表有電流產(chǎn)生。

探究實驗：

①將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。

②用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，并將其插入到盛有稀硫酸的燒杯中，觀察、比較導(dǎo)線連接前后的現(xiàn)象。

③用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表，并將金屬片也插入到盛有稀硫酸的燒杯中，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。

現(xiàn)象：當(dāng)鋅片與銅片插入稀硫酸時，鋅片上有氣泡產(chǎn)生，而銅片上無明顯現(xiàn)象；用導(dǎo)線將鋅片和銅片相連后，銅片上有氣泡產(chǎn)生；串聯(lián)電流表后，發(fā)現(xiàn)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

師：我們接下來先一起分析實驗，為什么鋅片有氣泡產(chǎn)生，而銅片無明顯現(xiàn)象？

生：通過金屬活動性順序表可知，鋅的活動性位于氫前面，因此鋅可以置換出稀硫酸中的H+，生成氫氣；而銅的活動性位于氫之后，和稀硫酸不發(fā)生置換反應(yīng)。

師：找同學(xué)到黑板上書寫鋅和稀硫酸反應(yīng)的離子方程式，并用單線橋標(biāo)注電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目。通過這個方程式，可以發(fā)現(xiàn)，每生成 1 mol 氫氣，就會轉(zhuǎn)移 2 mol 電子。下面來分析實驗，為什么連接導(dǎo)線之后，銅片上有氣泡生成，鋅片的質(zhì)量會減少，難道違背了金屬活動性順序嗎？

師：其實并沒有違背金屬活動性順序，我們在剛剛的演示實驗中，把鋅片電極和銅片電極一同浸入到稀鹽酸中，通過導(dǎo)線連接，形成了一個通路。通過金屬活動性順序表可知，鋅比銅的活動性要強(qiáng)，容易失去2個電子，被氧化為Zn2+進(jìn)入到溶液中，電子則通過導(dǎo)線從鋅片電極流向銅片電極，溶液中有大量的H+，H+從銅片電極獲得電子被還原成了氫原子，氫原子之間再相互結(jié)合成氫分子，以氣體的形式從銅片電極逸出去。這一變化的過程如下：

設(shè)計意圖：連接導(dǎo)線后，實驗的“連接導(dǎo)線之后，銅片上有氣泡生成，鋅片的質(zhì)量會減少”現(xiàn)象會引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，學(xué)生會感到疑惑并且產(chǎn)生想要繼續(xù)解決問題的興趣，教師順勢引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，學(xué)生能夠得到這個過程中有電子轉(zhuǎn)移的過程。在這個分析中已經(jīng)開始建立原電池的模型，而解答學(xué)生疑惑的過程中也是學(xué)生對原電池的探秘。

師：請同學(xué)們回憶一下初中物理中我們所學(xué)習(xí)過的電學(xué)知識，思考以下問問題：

①你是如何判斷電子的流動方向的呢？

②你是怎么判斷出哪個電極是這個裝置(Zn-Cu原電池)的正極？哪個電極是負(fù)極的呢？

生：根據(jù)電子流動方向：負(fù)極→正極；電流方向：正極→負(fù)極。物理上根據(jù)電流表偏轉(zhuǎn)方向可以判斷正負(fù)極。此裝置中，Zn片是電子流出的一極，為負(fù)極；Cu片是電子流入的一極，為正極。

教師再次進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生進(jìn)行思考并回答：由電流表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，可知有電流產(chǎn)生了，那也意味著有電能產(chǎn)生了，這個裝置中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了電能。教師帶領(lǐng)學(xué)生一起引出來原電池概念。

過渡：大家再思考一下，是不是我們把這兩塊金屬電極用導(dǎo)線連接插入到任何液體中，都可以產(chǎn)生電流呢？下面讓我們做實驗來探究一下吧。

探究實驗：用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表，并將金屬片也插入到盛有酒精的燒杯中，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。

現(xiàn)象：兩電極均沒有氣泡產(chǎn)生，電流表指針不偏轉(zhuǎn)。

師：為什么當(dāng)電極插入酒精中，電流表不偏轉(zhuǎn)，沒有電流產(chǎn)生？

生：電解質(zhì)溶液能導(dǎo)電，非電解質(zhì)溶液不導(dǎo)電。酒精不是電解質(zhì)溶液。

師：這就相當(dāng)于物理電學(xué)中的故障電路，酒精作為非電解質(zhì)溶液，不導(dǎo)電，形成了斷路。所以要想形成原電池，一定得是一個閉合的通路。

設(shè)計意圖：在已有的物理電學(xué)知識的基礎(chǔ)之上讓學(xué)生進(jìn)行觀察回答，既調(diào)動學(xué)生充分利用初中知識的熱情，又能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系不同學(xué)科交叉知識的意識。并且，通過實驗，引出原電池的相關(guān)概念原理以及構(gòu)成原電池的條件之一是要形成一個閉合的回路。

環(huán)節(jié)三：習(xí)題鞏固，課堂總結(jié)。

師：本節(jié)課結(jié)合初中物理所學(xué)到的電學(xué)知識以及化學(xué)中的氧化還原反應(yīng)等知識，知道原電池是一個將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；并且通過對實驗的分析，初步了解到原電池的不同區(qū)域分別進(jìn)行著氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，并且可以通過導(dǎo)線傳遞其中的電子形成電流。經(jīng)過分組討論制定方案并進(jìn)行探究實驗，一起歸納原電池的工作原理，并且知道了原電池的形成條件之一，是要形成一個閉合的回路。接下來一起做道練習(xí)題來鞏固一下吧！

設(shè)計意圖：通過進(jìn)行課堂小結(jié)，幫助學(xué)生理清本節(jié)內(nèi)容的思路，有利于學(xué)生新的知識體系的構(gòu)建以及對本節(jié)內(nèi)容的掌握。

練習(xí)題：

如圖裝置中，M棒變細(xì)，N棒變粗。由此判斷下表所列M、N、R物質(zhì)，其中合理的是( )。

裝置編號MNRA鋅銅稀硫酸B銅鐵稀鹽酸C鐵銅硝酸銀D銅鐵蔗糖溶液

評析：本道題主要是考查了原電池的工作原理的相關(guān)知識，屬于基礎(chǔ)性練習(xí)，更側(cè)重于學(xué)生知識點掌握、分析能力的考查。根據(jù)題目中M棒變細(xì)，N棒變粗，可知M為負(fù)極，是失去電子的一極，發(fā)生氧化反應(yīng)；N為正極，是得到電子的一極，發(fā)生還原反應(yīng)。A、D選項，酒精、蔗糖為非電解質(zhì)，酒精、蔗糖溶液不能導(dǎo)電，結(jié)合物理上電路知識，會發(fā)生斷路，不再是通路，電流不能通過，所以A、D選項不符合題意。B選項，鐵電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，變細(xì)，銅電極為正極，氫離子在銅電極放電產(chǎn)生氫氣，電極不會變粗，所以B不符合題意；C選項，形成原電池，此時鐵為負(fù)極，銅為正極，正極上銀離子得到電子在銅電極析出銀單質(zhì)，N棒變粗，所以C符合題意。

設(shè)計意圖：這是一道要應(yīng)用學(xué)科交叉的方法來解答的練習(xí)題，在學(xué)生學(xué)習(xí)完原電池的工作原理等知識之后進(jìn)行聯(lián)系鞏固，幫助學(xué)生掌握此節(jié)內(nèi)容。在解題的過程中會用到物理學(xué)科中電學(xué)的知識。這些已經(jīng)掌握的物理知識為學(xué)生解答化學(xué)問題以及重難點突破方面提供了很大的幫助，促進(jìn)了學(xué)生知識遷移能力以及發(fā)散思維水平的提高，幫助學(xué)生認(rèn)識到學(xué)科交叉的重要性。

2 人教版高中化學(xué)與物理交叉教學(xué)的意義

學(xué)科交叉教學(xué)將多個學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)內(nèi)容進(jìn)行高度整合和聯(lián)系,并且按照合理的邏輯順序進(jìn)行編排，加強(qiáng)了新舊知識之間的關(guān)聯(lián)性,能夠更加有效的促進(jìn)學(xué)科知識間的遷移，若在化學(xué)教學(xué)中實現(xiàn)知識的交叉教學(xué)，不但可以促進(jìn)化學(xué)的學(xué)習(xí),而且對物理等關(guān)聯(lián)學(xué)科的學(xué)習(xí)也會起到很好的正向促進(jìn)作用。這樣不僅豐富了課堂的教學(xué)形式，可以讓學(xué)生多角度去思考和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，而且對培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力有很重要的意義。對于老師來說，在高中化學(xué)和物理進(jìn)行交叉滲透教學(xué)中，教師的知識得到了豐富，自身的綜合素質(zhì)和能力也得到了廣泛的提升，提高了高中化學(xué)學(xué)科課堂教學(xué)的質(zhì)量。從總體來看，進(jìn)行交叉教學(xué)無論對于學(xué)生還是對于老師能力提升都有一定意義。