基于“模型认知”的《原电池》教学设计

汪爱华

[摘要]《原电池》的教学设计主要通过实验探究，设置问题情境，让学生从动手实验到观察现象再到分析推导，构建原电池的结构模型，体验科学的认识过程：感性一实验一理性（证据推理）一应用（模型认知），在学生自主探究、主动构建模型的过程中落实核心素养的培养。

[关键词]模型认知;原电池;教学设计

[中图分类号]

G633.8

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（ 2020） 23-0068-02

“原电池”是高中化学学科体系的核心知识之一，它的教学是氧化还原反应理论的延伸与应用，也是后续电化学知识的基础。原电池的教学是体现学科交叉，科学理论联系实际，培养学生思维能力和探究能力的好素材[1]。新课标中关于原电池的教学要求是：认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用，了解原电池及常见化学电源的工作原理。电化学内容是高中化学的学习难点，也是培养学生“模型认知”学科核心素养的重要素材。

在高二阶段，学生已经初步了解原电池的工作原理及构成条件，但只对简单原电池有一定的知识储备。本节课是人教版选修4《化学反应原理》第四章第一节《原电池》的第一课时，教学中，若依照教材的内容设置，把锌铜原电池作为第一认知模型[2]，并由此总结原电池的构成条件，容易使学生的思维“固化”，从而得出错误印象：①负极的电极材料一定参加电极反应，而正极材料不参加反应;②正负极一定是活泼性不同的金属（或者正极有碳），负极比正极活泼;③一定要有电解质溶液，而且电解质溶液还得与负极材料反应;④一定是溶液中的阳离子在正极得到电子发生反应……这些错误印象会影响学生对单液原电池的分析，进而造成学生对双液电池工作原理产生理解障碍。

为此，笔者调整了教学方案，基于学生的学习基础和认识水平，通过五个环节使学生深入认知电池模型，突破思维障碍。高二学生已具有基本的实验操作能力和氧化还原、反应热的理论基础，可以通过自主探究实验，体会从理论到实践，再从实践到理论的认知规律。在探究单液原电池的优化过程中，建立认识原电池的角度和思路模型[3]，使学生的学习能力得到很好的呈现和提升，把“模型的认知”学科核心素养的培养与教学细节相融合，能够真正做到素养落地，拓宽学生分析原电池的思维角度，提升学生的思维能力。具体教学设计内容如下。

一、教学目标与评价目标

1.教学目标

（1）引导学生通过实验探究单液原电池，从宏观到微观的理论角度对原电池进行分析，帮助学生掌握原电池的工作原理及构成条件，同时发展学生的“宏观辨识与微观探析”学科核心素养。

（2）引导学生通过对比实验，观察现象、收集实验信息、分析讨论，总结单液原电池的缺点，找出改进方法并进行原电池模型设计，同时掌握盐桥的作用及工作原理。活动过程中培养学生的“证据推理与模型认知”学科核心素养。

（3）引导学生通过自主探究，按要求设计陌生原电池模型，加深学生对双液原电池工作原理的理解和应用。在问题情境中激发学生的学习兴趣，培养学生探索真理的科学精神与态度。

2.评价目标

（1）通过学生实验探究单液原电池，诊断学生对原电池的工作原理和构成条件的认知水平和思维疑点。

（2）通过对比实验的探究过程，考查学生的动手能力、信息收集与处理能力，诊断学生的思维生成过程。

（3）通过学生动手设计陌生原电池的活动过程，考查学生对双液原电池工作原理的理解水平和应用知识解决实际问题的能力。

二、教学重难点

1.教学重点：双液原电池的工作原理和设计。

2.教学难点：盐桥的作用和原理。

三、教学流程

四、教学环节设计

环节一情境导入

让学生列举生活中电池应用的例子。学生踊跃发言，举出各种例子，感受电池的应用广泛。

设计意图：激发学生的学习兴趣，引导学生关注生活，培养学生的“科学精神与社会责任”学科核心素养。

环节二知识回顾

让学生回忆原电池的有关内容，总结原电池的构成条件：（1）有两个活泼性不同的电极;（2）有电解质溶液;（3）形成闭合回路;（4）能自发地发生氧化还原反应。

设计意图：让学生有意识地联系化学变化中的能量转化，从不同视角对化学变化进行研究，逐步揭示各类变化的特征与规律。

环节三分组实验

实验探究：（1）观察锌和硫酸铜溶液的反应;（2）设计锌铜单液原电池，并进行实验观察;（3）书写电极反应方程式。

实验1：锌片表面有紫红色物质生成;锌失去电子成为离子，电子通过导线传给Cu电极，Cu电极上的电子传给溶液中的铜离子生成Cu。这样便产生了电流，形成了原电池。

实验2：锌片表面有紫红色物质生成;而Cu片上无明显现象;电流表发生偏转，证明形成了原電池，电流表指针偏转的方向就是电子的流动方向。

设计意图：让学生通过实验学会收集科学证据和确立寻找证据的途径;学会利用实验模型描述化学变化，解释化学现象;培养学生从微观的角度去理解宏观变化的思维以及“证据推理与模型认知”学科核心素养。

环节四 电池改进

问题1：电池继续工作时，电流稳定吗？什么现象可以说明？锌片表面有紫红色物质生成，说明了什么？（从能量转化的角度）

学生回答：不稳定，电流表指针不停地晃动，最后停止偏转;Zn极上有Cu生成，电流表指针停止偏转，猜想是Zn片表面的Cu阻止了Zn发生反应。接触反应造成能量损失。

问题2：如何进行电池改进呢？

方案1：将Zn从CuSO4中分离开来。

方案2：将Zn放在其他电解质中，比如ZnSO4，不接触硫酸铜。