一、“結(jié)構(gòu)課堂”內(nèi)涵、理論指導(dǎo)與實(shí)施策略的支持

1．“結(jié)構(gòu)課堂”的內(nèi)涵

“結(jié)構(gòu)課堂”是指把課堂與教學(xué)統(tǒng)一在結(jié)構(gòu)之中，形成內(nèi)在的邏輯與進(jìn)階上升，達(dá)到教學(xué)形式與教學(xué)內(nèi)容相輔相成、形式邏輯與內(nèi)容邏輯緊密結(jié)合之美。筆者提出的化學(xué)“結(jié)構(gòu)課堂”是將形式之美與邏輯之美統(tǒng)攝在一起，合二為一，構(gòu)建成高效開放的教學(xué)模式。

2．“結(jié)構(gòu)課堂”的理論指導(dǎo)

吉登斯提出的結(jié)構(gòu)化理論強(qiáng)調(diào)行動(dòng)與結(jié)構(gòu)相互制約而形成的結(jié)構(gòu)二重性關(guān)系，吉登斯認(rèn)為，能動(dòng)性的發(fā)揮滲透在個(gè)體行動(dòng)流中，即在動(dòng)機(jī)的激發(fā)過程、行動(dòng)理性化再到行動(dòng)的反思性監(jiān)控三者之間的流動(dòng)過程中。現(xiàn)當(dāng)代課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)必須重建：（1）現(xiàn)當(dāng)代課堂教學(xué)中的師生能動(dòng)者的身份“重塑”；（2）現(xiàn)當(dāng)代課堂教學(xué)中規(guī)則的“重建”：（3）現(xiàn)當(dāng)代課堂教學(xué)資源的“再造”；（4）現(xiàn)當(dāng)代課堂教學(xué)活動(dòng)中的二重性——特別強(qiáng)調(diào)和突出教師和學(xué)生、學(xué)生之間的相互溝通、相互激勵(lì)、啟發(fā)和分享，它以發(fā)展學(xué)生的多種才能為目的，是既有競(jìng)爭(zhēng)又有合作的一種教學(xué)方法，在教學(xué)中確立“主體一客體、主體一主體、主體一客體一主體”之新型多元關(guān)系，很好地解放了學(xué)生，發(fā)展了學(xué)生素養(yǎng)。

3．“結(jié)構(gòu)課堂”實(shí)施策略的支持

問題化的實(shí)踐策略：這是統(tǒng)領(lǐng)全過程的策略，基于真實(shí)情境所引發(fā)的思維沖突，或是對(duì)于實(shí)踐成果的質(zhì)疑批判、遷移發(fā)展所引發(fā)的需要解決的新問題。

結(jié)構(gòu)化的引導(dǎo)策略：結(jié)構(gòu)化引導(dǎo)是邏輯化和主體化的統(tǒng)一，要依據(jù)學(xué)科的內(nèi)在邏輯、主體的原生態(tài)思維，預(yù)設(shè)、生成由表及里、由淺入深的結(jié)構(gòu)化問題，才能展示內(nèi)隱的、包含失敗的豐富結(jié)構(gòu)。

變化式的發(fā)展策略：在前述實(shí)踐基礎(chǔ)上開展對(duì)變式性、創(chuàng)新性問題的再研究，推進(jìn)學(xué)習(xí)的深入，實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)價(jià)值認(rèn)同和自我認(rèn)同。

思想化的凝練策略：一是學(xué)習(xí)過程所包含的科學(xué)方法、學(xué)科思想；二是學(xué)習(xí)過程中主體的科學(xué)審美、情感態(tài)度；三是學(xué)習(xí)內(nèi)容包含的價(jià)值觀念、家國(guó)情懷。

二、“結(jié)構(gòu)課堂”的具體操作與實(shí)施

筆者提出的“結(jié)構(gòu)課堂”的實(shí)踐框架由5大環(huán)節(jié)構(gòu)成：1．確立教學(xué)目標(biāo)，2．篩選關(guān)鍵要素，3．優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)，4．促進(jìn)過程共生，5．強(qiáng)化反饋調(diào)節(jié)。

三、“結(jié)構(gòu)課堂”——原電池原理課堂教學(xué)實(shí)施過程

情境導(dǎo)入一：（科學(xué)史話1）公元1799年，科學(xué)家伏打（伏特）以含食鹽水的濕抹布，夾在銀和鋅的圓形板中間，堆積成圓柱狀，制造出最早的電池——伏打電池。將不同的金屬片插入電解質(zhì)水溶液形成的電池，通稱伏打電池。今天把它的原理模型提煉出來就是我們?cè)诒匦拚n程中學(xué)過的原電池，也稱單液原電池。單液電池原理模型如圖1所示（回顧必修課程學(xué)過的相關(guān)內(nèi)容——第一次模型引入）。

教材從一開始就說這種原電池的缺點(diǎn)，同學(xué)們通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)來探究下它有哪些缺點(diǎn)呢？

學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)探究一：討論分析單液電池在實(shí)際應(yīng)用中有何弊端。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1．按照?qǐng)D2所示連接好數(shù)字化傳感器。

2．紅色導(dǎo)線夾鏈接銅片，黑色導(dǎo)線夾鏈接鋅片，采集數(shù)據(jù)2 min。

3．觀察鋅片、銅片、平板電腦電流示數(shù)的變化并如實(shí)記錄。

4．實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將電極從電解質(zhì)溶液中取出，用濾紙擦干；如實(shí)書寫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

單液電池實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納分析：（單液原電池溫度傳感器與電流傳感器采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖如圖3所示）

電極現(xiàn)象：鋅片、銅片上有均有紅色物質(zhì)析出。

電流曲線：電流曲線不穩(wěn)定，逐漸減小。

溫度變化：溫度曲線明顯升高，說明部分化學(xué)能未能轉(zhuǎn)化為電能，而是變成了熱能。

猜想原因：①Zn與Cu2+直接接觸發(fā)生反應(yīng)，Zn片、附著在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原電池，促進(jìn)了Cu在鋅片表面析出。②轉(zhuǎn)移的電子沒有經(jīng)過導(dǎo)線，電流逐漸衰減；Cu2+、Zn2+混在一起，降低了電極電勢(shì)差。③因氧化劑與還原劑直接接觸（會(huì)發(fā)生非原電池反應(yīng)），放電時(shí)間短，轉(zhuǎn)化為電能的效率不高。

該裝置能量轉(zhuǎn)化率低的原因是什么？如何解決？（第一次翻轉(zhuǎn)進(jìn)階）

小組討論，解決問題的關(guān)鍵：還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸，即分成雙液。

這樣行嗎？不行，2個(gè)溶液間缺少離子導(dǎo)體，無法形成閉合回路。

情境導(dǎo)入二：（科學(xué)史話2）1836年，丹尼爾根據(jù)伏打電堆發(fā)明世界上第一個(gè)實(shí)用電池，并用于早期鐵路的信號(hào)燈。丹尼爾電池就是今天所要學(xué)習(xí)的帶鹽橋的雙液電池。帶鹽橋的雙液電池相比于傳統(tǒng)的單液電池，在能量密度、使用壽命、安全性等方面都有所提高。雙液電池原理模型如圖4所示（第二次建模）。

鹽橋的作用：（略）。但我們測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，教材上的U型管雙液原電池電流并不比單液原電池電流大，反而變小了！說明盡管雙液電池比單液電池有很多優(yōu)點(diǎn)，但也不是完美的！

學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)探究二：雙液電池在實(shí)際應(yīng)用中有何優(yōu)缺點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)及所得數(shù)據(jù)如圖5所示。

電極現(xiàn)象：鋅片上無明顯變化；銅片上有紅色物質(zhì)析出。

電流曲線：電流曲線平穩(wěn)，但示數(shù)較小。溫度變化：

溫度曲線變化不明顯，說明化學(xué)能基本全部轉(zhuǎn)化為電能。

小組討論歸納：大家先從理論角度討論變小的原因是什么？（從鹽橋內(nèi)離子移動(dòng)距離和離子運(yùn)動(dòng)通道2個(gè)方面思考對(duì)原電池內(nèi)阻的影響。）

一是鹽橋距離長(zhǎng)，離子運(yùn)動(dòng)距離變長(zhǎng)，二是鹽橋與電解質(zhì)溶液接觸面積小，離子運(yùn)動(dòng)通道變窄，導(dǎo)致原電池內(nèi)阻變大電流變小。

如何改進(jìn)？（第二次翻轉(zhuǎn)進(jìn)階）

①將鹽橋加寬變短！②藥品用量依然較大，能否設(shè)計(jì)更微型化的原電池？

小組討論研究微型化創(chuàng)新方案：

1．濾紙條作為反應(yīng)池；

2．蘸有飽和KCl液濾紙當(dāng)作鹽橋。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1．如圖6所示，在銅片上放一層濾紙滴加5滴CuSO4；鋅片上放濾紙滴加5滴ZnSO4；用鑷子夾取蘸有飽和KCI溶液的濾紙，再與2塊金屬片緊貼好，用小玻璃片壓住濾紙，用魚尾夾同定好。

2．讀取數(shù)據(jù)2 min，測(cè)完請(qǐng)及時(shí)斷開電路。

3．導(dǎo)線夾與金屬片接觸即可，避免接觸溶液。

趣味實(shí)驗(yàn)：將電極插入兩瓣未分開的橘子，為何兩瓣未分開的橘子也能產(chǎn)生電流？

強(qiáng)調(diào)“膜”的功能：分區(qū)但又允許離子通過。相對(duì)于鹽橋，上面2例中的“浸了KCl溶液的隔板”和“兩瓣未分開的橘子中的膜”優(yōu)勢(shì)在哪？

情境導(dǎo)入三：（科學(xué)史話3）1950年W．朱達(dá)首先合成了離子交換膜，應(yīng)用時(shí)主要是利用它的離子選擇透過性。高中化學(xué)中常見的有：陽離子交換膜，陰離子交換膜，質(zhì)子交換膜。

學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)探究三：原電池的高效化與微型化創(chuàng)新改進(jìn)——帶離子交換膜的微型化電池。

經(jīng)過分析、設(shè)計(jì)與討論，按照?qǐng)D7組裝原電池裝置，并連接傳感器與平板電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

采集完數(shù)據(jù)（如圖8所示）后，對(duì)離子交換膜的微型化電池有哪些優(yōu)勢(shì)做出分析歸納和總結(jié)（對(duì)照單液電池和雙液電池）。

帶離子交換膜的微型化電池優(yōu)點(diǎn)：體積小、藥品用量少（1 mL）、電流持久較穩(wěn)定、實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便快速、陽膜可重復(fù)使用、廢棄濾紙無污染綠色化學(xué)等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)比分析：其分析見表1。

至此，建立起原電池理想化模型如圖9所示。（第三次建模和第三次進(jìn)階）

（構(gòu)成原電池四要素及其功能略。）

課堂反饋調(diào)節(jié)——精選有關(guān)陌生電池的原理分析題讓學(xué)生演練（過程略）。

基金項(xiàng)目：本論文系中國(guó)教師教育發(fā)展研究院科研活動(dòng)綜合委員會(huì)“重點(diǎn)規(guī)劃課題”2022年度立項(xiàng)課題“基于新課程新教材的高中化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)案例及應(yīng)用效果評(píng)價(jià)研究”（課題號(hào)：JYF2104628）的階段性研究成果。

（收稿日期：2024 -04 - 26）