靳培培

（無(wú)錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 江蘇 無(wú)錫 214123）

中學(xué)教育已經(jīng)從“傳授式教學(xué)”進(jìn)入“素養(yǎng)為本”的教育時(shí)代。將知識(shí)之于情境，以建構(gòu)化學(xué)模型認(rèn)知為橋梁，如同鹽之于湯而入味［1］。

在人教版《普通高中教科書(shū) 化學(xué) 選擇性必修1 化學(xué)反應(yīng)原理》中“原電池的工作原理”教學(xué)過(guò)程中，筆者通過(guò)創(chuàng)設(shè)若干個(gè)富有層次性且彼此關(guān)聯(lián)的問(wèn)題情境、利用生活中常見(jiàn)的橘子開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，從而幫助學(xué)生建構(gòu)認(rèn)知模型，激發(fā)他們自主探究的欲望，收到了很好的教學(xué)效果。

一、真實(shí)問(wèn)題情境和模型認(rèn)識(shí)建構(gòu)概述

新課改的核心要求是發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，通過(guò)基于核心素養(yǎng)的教學(xué)，幫助學(xué)生形成必備品格和關(guān)鍵能力，讓學(xué)生能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，會(huì)生活。生活中處處是化學(xué)，化學(xué)即生活。因此，在化學(xué)教學(xué)中引入一些與化學(xué)有密切關(guān)聯(lián)的真實(shí)問(wèn)題情境是可能的，也是十分必要的［2］。創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，將課堂教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生生活聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生有共情，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)化學(xué)理論知識(shí)分析與處理現(xiàn)實(shí)的生活問(wèn)題，使學(xué)生在對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的分析和處理中，最終學(xué)會(huì)以化學(xué)的角度來(lái)看生活，并以化學(xué)的思想指導(dǎo)日常生活，有效落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要部分，是五個(gè)維度之一，要求學(xué)生通過(guò)“分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律”［3］。在化學(xué)課堂中，我們提取真實(shí)問(wèn)題情境中的關(guān)鍵要素，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后進(jìn)行歸納總結(jié)，應(yīng)用抽象和簡(jiǎn)化的方法進(jìn)行認(rèn)知模型建構(gòu)，再將模型應(yīng)用于新的情境中并不斷完善新的模型。

二、基于真實(shí)問(wèn)題情境和模型認(rèn)知建構(gòu)的教學(xué)實(shí)踐

1.學(xué)情分析及目標(biāo)確定

在知識(shí)層面上，通過(guò)必修部分以及化學(xué)能與熱能的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了氧化還原、能量相互轉(zhuǎn)化以及單池單液原電池的相關(guān)知識(shí)。但是，他們的認(rèn)知是局限的，學(xué)生不知道如何將氧化還原反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移應(yīng)用到實(shí)際生活中，也不知道化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能需要借助什么樣的裝置和條件。在能力層面上，高二學(xué)生已經(jīng)具備了一定的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手、觀察、分析問(wèn)題的能力，思維過(guò)程都有了很大的提高。在情感層面上，學(xué)生課業(yè)壓力大，自主實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)能極大的激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。綜上，本節(jié)課以學(xué)生為主體，通過(guò)設(shè)計(jì)有趣的探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)原電池工作原理進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)，深入理解原電池原理，掌握構(gòu)成原電池的條件，并進(jìn)一步探究如何使原電池提供穩(wěn)定持續(xù)的電流；通過(guò)小組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)和思維碰撞的樂(lè)趣，讓學(xué)生在“玩”中學(xué)，學(xué)中“玩”。

2.教學(xué)流程

3.教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境、引出問(wèn)題

【化學(xué)史話】伏特電池的發(fā)現(xiàn)。

【演示實(shí)驗(yàn)】模擬伏特電池——鋅-銅-稀硫酸原電池。

【教師】在必修2中，我們已經(jīng)簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)了原電池的工作原理，請(qǐng)大家結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回顧鋅-銅-稀硫酸原電池的工作原理。

【學(xué)生】討論并講解原電池的工作原理。（略）

【教師】提煉鋅-銅-稀硫酸原電池模型。（略）

【教師】鋅-銅-稀硫酸原電池可以產(chǎn)生電流，但是老師發(fā)現(xiàn)除了銅片，鋅片上也產(chǎn)生大量氣泡，而且電池工作一段時(shí)間后，電流衰減明顯，這是為什么呢？

【學(xué)生】鋅片直接與稀硫酸接觸，直接反應(yīng)生成氫氣，有一部分電子沒(méi)有通過(guò)導(dǎo)線到達(dá)銅片，有一部分發(fā)生了非原電池反應(yīng)。

【教師】非常好！上述電池我們稱(chēng)為單池單液電池，單池單液電池因氧化劑與還原劑直接接觸，所以放電時(shí)間短，轉(zhuǎn)化為電能的效率不高，如何提高效率呢？下面我們做專(zhuān)門(mén)探究。

設(shè)計(jì)意圖：以化學(xué)史引入課題，不僅能讓學(xué)生領(lǐng)悟化學(xué)理論的形成和發(fā)展，使化學(xué)知識(shí)變得生動(dòng)具體，還能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到每個(gè)理論的發(fā)展都不是一蹴而就的，而是前人大量實(shí)踐的結(jié)果，激發(fā)學(xué)生的探究欲。利用學(xué)生熟悉的鋅-銅-稀硫酸原電池為例引出單池單液電池存在化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能效率不高的弊端，從而提出如何提高轉(zhuǎn)化率這一問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的探究欲。

環(huán)節(jié)二：橘子實(shí)驗(yàn)、探究問(wèn)題

【教師】實(shí)驗(yàn)桌上有兩瓣橘子、銅片、鋅片、導(dǎo)線、培養(yǎng)皿、靈敏電流計(jì)，請(qǐng)大家利用以上材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，觀察能否產(chǎn)生電流并提煉出模型。

【學(xué)生】分組實(shí)驗(yàn)。

【教師】利用希沃軟件上傳各小組提煉的模型并請(qǐng)小組代表進(jìn)行匯報(bào)。

組1：利用一瓣橘子、銅片、鋅片、導(dǎo)線、培養(yǎng)皿、靈敏電流計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)生電流。模型見(jiàn)圖2。

圖2 原電池模型（一瓣橘子）

組2：利用兩瓣未分開(kāi)的橘子、銅片、鋅片、導(dǎo)線、培養(yǎng)皿、靈敏電流計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)生電流。模型見(jiàn)圖3。

圖3 原電池模型（兩瓣相連橘子）

組3：利用兩瓣分開(kāi)的橘子、銅片、鋅片、導(dǎo)線、培養(yǎng)皿、靈敏電流計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果未產(chǎn)生電流。模型見(jiàn)圖4。

圖4 原電池模型（兩瓣分開(kāi)橘子）

【教師】第2 組同學(xué)利用兩瓣未分開(kāi)的橘子做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)生了電流。老師有個(gè)疑問(wèn)，兩瓣橘子雖然未分開(kāi)，但是中間有一層膜隔開(kāi)，像是分在兩個(gè)電解池一樣，但是為什么能產(chǎn)生電流呢？

【學(xué)生】說(shuō)明膜雖然分了區(qū)但是允許離子通過(guò)。

【教師】非常好！化學(xué)上也有一層類(lèi)似功能的膜——離子交換膜。

PPT：離子交換膜圖片及功能介紹。

【教師】通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)原電池可以設(shè)計(jì)成兩個(gè)電解池。

【教師】第3組同學(xué)將兩瓣橘子分開(kāi)，結(jié)果沒(méi)有產(chǎn)生電流，相信同學(xué)們都已經(jīng)知道了原因。怎樣改進(jìn)能讓這個(gè)裝置產(chǎn)生電流呢？實(shí)驗(yàn)桌上有KCl 溶液、濾紙，請(qǐng)大家小組討論并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

【學(xué)生】分組實(shí)驗(yàn)。

【教師】請(qǐng)小組代表匯報(bào)并提煉模型。

組1：將兩瓣橘子靠在一起，結(jié)果產(chǎn)生電流。模型同圖3。

組2：在培養(yǎng)皿里倒入KCl溶液浸泡兩瓣橘子，結(jié)果產(chǎn)生電流。模型同圖3。

組3：在濾紙上滴KCl溶液，再將濾紙搭在兩瓣橘子上，結(jié)果產(chǎn)生電流。模型見(jiàn)圖5。

圖5 原電池模型（“搭橋”）

【教師】同學(xué)們都很聰明！老師對(duì)第3種搭橋的方法很感興趣，請(qǐng)問(wèn)這個(gè)裝置為什么能產(chǎn)生電流呢？

【學(xué)生】浸有KCl 溶液的濾紙起到了傳遞離子的作用。

【教師】非常好！化學(xué)上有一種類(lèi)似作用的橋，稱(chēng)之為鹽橋。

【教師】展示鹽橋并投影鹽橋的介紹。

【教師】通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)可以利用離子交換膜或者鹽橋?qū)蓚€(gè)電解池聯(lián)通，從而設(shè)計(jì)成原電池，像圖5這樣的裝置我們稱(chēng)之為雙池單液電池。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)計(jì)原電池讓學(xué)生進(jìn)一步理解原電池的工作原理和構(gòu)成條件。通過(guò)對(duì)不能產(chǎn)生電流的原電池的改進(jìn)這一探究實(shí)驗(yàn)引出鹽橋，同時(shí)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和探究欲。通過(guò)提煉模型提高學(xué)生從證據(jù)推理到模型認(rèn)知的建構(gòu)，從而發(fā)展學(xué)生今后利用建構(gòu)的模型解決實(shí)際問(wèn)題的能力。另外，利用生活中常見(jiàn)的橘子為實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)原來(lái)利用生活用品就可以進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，拉近了化學(xué)與生活的距離，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

環(huán)節(jié)三：拓展思維、解決問(wèn)題

【教師】通過(guò)剛才的學(xué)習(xí)相信同學(xué)們已經(jīng)對(duì)原電池的原理有了進(jìn)一步的理解，下面請(qǐng)大家按圖中裝置及所給材料，根據(jù)Zn+CuSO4====ZnSO4+Cu設(shè)計(jì)原電池并進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。

【學(xué)生】分組實(shí)驗(yàn)。

【教師】請(qǐng)小組代表進(jìn)行匯報(bào)。

組1：負(fù)極材料為鋅片、正極材料為銅片，正極和負(fù)極電解液都選擇CuSO4溶液。結(jié)果發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，鋅片和銅片上都有紅色物質(zhì)析出。

組2：負(fù)極材料為鋅片、正極材料為銅片，正極液選擇CuSO4溶液，負(fù)極液選擇ZnSO4溶液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，銅片上有紅色物質(zhì)析出，鋅片上無(wú)明顯現(xiàn)象。

組3：負(fù)極材料為鋅片、正極材料為銅片，正極液選擇CuSO4溶液，負(fù)極液選擇NaCl 溶液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，銅片上有紅色物質(zhì)析出，鋅片上無(wú)明顯現(xiàn)象。

【教師】第1組為什么鋅片上也析出紅色物質(zhì)？第2組和第3組為什么能產(chǎn)生電流并在銅片上析出紅色物質(zhì)？

【學(xué)生】分析原理。（略）

【教師】同學(xué)們說(shuō)得非常好！雙池單液電池因?yàn)檫€原劑和氧化劑還是接觸的，所以能量的轉(zhuǎn)化率仍然不高。像第2組和第3組這樣的電池我們稱(chēng)之為雙池雙液電池，雙池雙液電池能夠避免氧化劑與還原劑直接接觸發(fā)生非原電池反應(yīng)，使電子盡可能通過(guò)外電路轉(zhuǎn)移，所以它的電能效率高，放電時(shí)間長(zhǎng)。

【教師】總結(jié)單池單液電池、雙池單液電池、雙池雙液電池的發(fā)展。

設(shè)計(jì)意圖：利用所學(xué)知識(shí)根據(jù)反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同電解液對(duì)能量轉(zhuǎn)化率的影響，從而引出雙池雙液原電池并總結(jié)出雙池雙液原電池的優(yōu)點(diǎn)。問(wèn)題之間環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中自然而然地接受了新知識(shí)。同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，讓學(xué)生了解科學(xué)探究的步驟，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)探究的基本方法，提高思維的發(fā)散性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)。

三、基于真實(shí)問(wèn)題情境和模型認(rèn)知建構(gòu)的教學(xué)實(shí)踐的教學(xué)反思

本節(jié)課筆者根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定教學(xué)問(wèn)題，將教學(xué)目標(biāo)隱藏于相互關(guān)聯(lián)的若干問(wèn)題中，且利用學(xué)生熟悉的化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，即蘊(yùn)含問(wèn)題的情境。然后由問(wèn)題情境引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)置真實(shí)、有吸引力的學(xué)習(xí)任務(wù)，即提出問(wèn)題。最后，學(xué)生積極參與到課堂中來(lái)，體驗(yàn)對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和探索過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程中既培養(yǎng)了學(xué)生提出、分析、解決問(wèn)題的能力也讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的內(nèi)化，情感態(tài)度和價(jià)值觀的升華，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的意義建構(gòu)。

在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境有利于學(xué)生系統(tǒng)地理解知識(shí)和牢固地掌握知識(shí)。學(xué)生不是直接接受教師呈現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)和結(jié)論，而是通過(guò)解決具體形象的問(wèn)題得出結(jié)論。這樣的呈現(xiàn)方式可以讓學(xué)生知道為什么要學(xué)習(xí)這個(gè)知識(shí)，這個(gè)知識(shí)是怎樣來(lái)的以及這個(gè)知識(shí)有什么用處，從而學(xué)生可以進(jìn)一步靈活遷移、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境還可以激發(fā)學(xué)生的探索和求知欲。學(xué)生之所以覺(jué)得課堂枯燥、所學(xué)的知識(shí)沒(méi)有用處，最主要的原因就是學(xué)生無(wú)法把所學(xué)知識(shí)與生活建立聯(lián)系。真實(shí)的情境可以拉近課堂和生活的距離，將抽象的知識(shí)置于具體的問(wèn)題載體中，讓學(xué)生感受到知識(shí)源于生活，知識(shí)用于生活，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲。