王旭斌

摘要：發(fā)揮自制實(shí)驗(yàn)教具特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情;探究電解工作原理及應(yīng)用;感受學(xué)科知識(shí)與社會(huì)環(huán)境的關(guān)系;從而培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)和科學(xué)品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：自制教具;創(chuàng)新設(shè)計(jì);電解原理及應(yīng)用;化學(xué)核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2018）10-0084-04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、對(duì)自制教具在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用的認(rèn)識(shí)

化學(xué)作為一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的代表性學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器一定是開(kāi)展化學(xué)教學(xué)必備的物質(zhì)條件，因?yàn)榛瘜W(xué)的教與學(xué)只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式才是最直觀、最高效的，所以化學(xué)的有效教學(xué)必然要依托化學(xué)儀器。

當(dāng)然任何版本高中化學(xué)教材中涉及到實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，都有指定的實(shí)驗(yàn)裝置和器材，而這些器材基本上是常規(guī)的實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式、方法上都會(huì)有一定的固化和束縛，不能充分滿(mǎn)足新課改背景下培養(yǎng)科學(xué)思維和創(chuàng)造性的需求，并且教師的個(gè)性化教學(xué)也受到了限制。所以在化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)教學(xué)背景的新理念下“低成本，少污染，充分利用生活中常見(jiàn)的物品和廢棄物”也是實(shí)驗(yàn)學(xué)科教育的原則之一，依據(jù)教學(xué)需要，自己動(dòng)手，就地取材（例如：吸管、筆芯、礦泉水瓶、點(diǎn)滴管，別針，注射器、吊瓶、鉛筆芯，電池等有效材料），制作出匹配的、有效的、科學(xué)環(huán)保的實(shí)驗(yàn)教具。讓自制教具在對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究中發(fā)揮出普通教具不具有的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極探究，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和教具，這不僅能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)技能的掌握能力，而且也能培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、思維能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力[1]，對(duì)激發(fā)學(xué)生用科學(xué)的態(tài)度發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的化學(xué)問(wèn)題以及深刻理解化學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境之間的相互關(guān)系有很大的幫助。

二、基于利用自制教具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)流程

[師]今天老師有雙重身份，是一名教師同時(shí)還是一名神奇的魔術(shù)師……

1.實(shí)驗(yàn)一教師演示“白葡萄酒”變“紅葡萄酒”

（教具制作：將十顆1.5V紐扣電池設(shè)計(jì)組裝后隱藏于學(xué)生常用的兩支自動(dòng)鉛筆中，電池正、負(fù)極分別與兩鉛筆芯相接后作為魔術(shù)棒;用滴加有5-6滴酚酞試劑的飽和碘化鉀溶液作為“白葡萄酒”;教具優(yōu)點(diǎn)：普通鉛筆作為電解魔術(shù)棒非常隱蔽，電解迅速，顏色變化明顯、趣味、懸疑。見(jiàn)圖1。）

設(shè)計(jì)意圖：利用自制教具，教師以魔術(shù)師的角色出現(xiàn)，將裝在酒杯中的“白葡萄酒”，用魔術(shù)棒輕輕攪拌后迅速變成“紅葡萄酒”，讓學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑，從而激發(fā)學(xué)生求知欲，猜想到底是什么神奇的魔力將“白葡萄酒”變成了“紅葡萄酒”，設(shè)置懸念，為后面電解內(nèi)容的教學(xué)做好鋪墊。

2.實(shí)驗(yàn)二教師演示電解水

[師]電解其實(shí)是我們熟悉的字眼，在初中科學(xué)中我們就了解過(guò)電解水，那么同學(xué)們自己觀察過(guò)電解水嗎？對(duì)電解水的產(chǎn)物又該如何驗(yàn)證呢？接下來(lái)由我來(lái)演示電解水，我們一起感受一下。

（教具制作：將一個(gè)MEA快速電解水模塊裝置的出氫端和出氧端分別用橡膠軟管與帶刻度的注射器連接而成。教具優(yōu)點(diǎn)：電解快速，便于觀察氣體體積比及檢驗(yàn)氣體方便。見(jiàn)圖2。）

[生]電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣，體積比為2：1。

設(shè)計(jì)意圖：利用現(xiàn)成的快速電解水模塊電解水，可以直接、快速觀察氫氣和氧氣的產(chǎn)生，用注射器收集氣體可以觀察氫氣、氧氣的體積比為2：1，氫氣利用注射器蘸取肥皂液吹出氫氣泡后用明火點(diǎn)燃檢驗(yàn)的趣味驗(yàn)證方法，氧氣利用注射器吹出氧氣使帶火星的木條復(fù)燃來(lái)檢驗(yàn)。電解水及檢驗(yàn)方式新穎、有趣，能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生自己嘗試實(shí)驗(yàn)的積極性，同時(shí)為后面教學(xué)重點(diǎn)——電解原理的探究做好鋪墊。

[師]我們一起感受了電解水，接下來(lái)同學(xué)們自己動(dòng)手體驗(yàn)電解氯化銅溶液。

3，實(shí)驗(yàn)三學(xué)生操作電解氯化銅溶液

[教具制作：截取5cm點(diǎn)滴管固定在小燒杯上作為電解槽，管中注人約0.3mLlmol·L^-1的CUCl

（1）實(shí)驗(yàn)步驟

①如圖所示，用注射器向軟管口加入約0.3mLlmol·L^-1的CUCl_榕溶液。

②用9V干電池作電源，負(fù)極與鋼針連接，正極與鉛筆芯（軟管口堵有蘸取KI-淀粉溶液的小棉球）連接后，分別插入軟管電解液中觀察，10s后再取出電極觀察。

[師]請(qǐng)同學(xué)們描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)照電解水和電解氯化銅溶液的不同結(jié)果，分析為什么水中溶解氯化銅之后電解產(chǎn)物發(fā)生改變？

[生]現(xiàn)象：鋼針頭明顯有紫紅色固體析出，鉛筆芯端有氣體析出，小棉球變成藍(lán)紫色，思考電解水和電解氯化銅產(chǎn)物不同的原因。

設(shè)計(jì)意圖：首先，打破了教科書(shū)上常規(guī)的U型管，高電壓電解氯化銅溶液，換成了用輸液小軟管作電解槽，鋼針、鉛筆芯作電極，9V干電池電解氯化銅，具備微型、微量、快速、現(xiàn)象明顯、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，提示學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谠械幕A(chǔ)上依據(jù)探究目的，可以重新設(shè)計(jì)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，注重科學(xué)、環(huán)保，感知學(xué)科與社會(huì)、環(huán)境的必然聯(lián)系;其次，與電解水的現(xiàn)象差異對(duì)比，引出電解池工作原理的微觀探究及為“放電順序”這一難點(diǎn)的教學(xué)做好鋪墊。

[師]學(xué)習(xí)化學(xué)的過(guò)程我們要懂得通過(guò)觀察、辨識(shí)一定條件下物質(zhì)變化的宏觀現(xiàn)象差異，運(yùn)用化學(xué)微觀層面的知識(shí)去分析理解，接下來(lái)我們就通過(guò)分析電解水和電解氯化銅溶液的微觀過(guò)程來(lái)解決前面的疑間及學(xué)習(xí)電解的工作原理。見(jiàn)圖4。

[師]請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)電解微觀過(guò)程總結(jié)電解池的工作原理，理解不同微粒的放電順序，明確電解他的構(gòu)造及相關(guān)電解概念。

[師生歸納]1.電解定義;2.電解池概念;3.構(gòu)成電解池的條件;4.放電順序;5.工作原理。

設(shè)計(jì)意圖：利用微觀分析法解決電解水和電解氯化銅溶液的宏觀差異，明確電解相關(guān)概念，突出本堂課教學(xué)重點(diǎn)——電解工作原理、突破不同粒子放電順序這一教學(xué)難點(diǎn)，并且培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)物質(zhì)在特定條件下可能具有的性質(zhì)和發(fā)生的變化，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識(shí)和微觀探析的能力。

[師]掌握了電解的基本原理，接下來(lái)讓同學(xué)們來(lái)感受一下電解在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。

4.實(shí)驗(yàn)四學(xué)生操作電解應(yīng)用系列實(shí)驗(yàn)

（教具制作：取兩支25mL塑料注射器，管體側(cè)面對(duì)應(yīng)位置開(kāi)孔后用塑料軟管對(duì)接密封作為電解槽，注射器正上方相應(yīng)位置分別開(kāi)口插入高溫淬火過(guò)的2B鉛筆芯作為電極，針頭處換成帶開(kāi)關(guān)的醫(yī)用軟管便于控制電解產(chǎn)生的氣體。教具優(yōu)點(diǎn)：多功能電解裝置，對(duì)電解產(chǎn)物的檢驗(yàn)方便并且環(huán)保，一定條件既是電解池裝置又是原電池裝置，對(duì)電化學(xué)教學(xué)有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)），見(jiàn)圖5。

（1）實(shí)驗(yàn)步驟：

①取如圖所示裝置，裝有飽和食鹽水，關(guān)閉開(kāi)關(guān)。鉛筆芯兩頭分別按要求與電源對(duì)應(yīng)正、負(fù)極相接，用9V電池電解、觀察，2min后切斷電源。

②陰極產(chǎn)生的氣體蘸取肥皂液吹出小泡接近明滅檢驗(yàn)、電解后的溶液利用注射器推出少量液體于小試管中加酚酞觀察。

③陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體，打開(kāi)開(kāi)關(guān)幾秒后關(guān)閉，觀察濕潤(rùn)的KI-淀粉棉團(tuán)。

[師]請(qǐng)同學(xué)們按照實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)原理。

[生]現(xiàn)象：陽(yáng)極蘸有KI-淀粉的棉團(tuán)變成藍(lán)紫色，陰極檢驗(yàn)出有H₂產(chǎn)生，溶液變成紅色。

原理：陽(yáng)極：

陰極：2H₂O+2e-= HZ T +20H-（粉紅色）。

設(shè)計(jì)意圖：自制多功能電解裝置在電解飽和食鹽水時(shí)，不論是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，還是產(chǎn)物的檢驗(yàn)操作，具備明顯、易行。對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的方式、方法及方向都是一種啟迪，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)所發(fā)揮出的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生更深刻地理解氯堿工業(yè)的基本原理，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生敢于創(chuàng)新和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

④關(guān)閉開(kāi)關(guān)，繼續(xù)用9V電池電解約1min后停止。

⑤取一微型馬達(dá)（啟動(dòng)電壓約0.15V）與兩鉛筆芯相接，觀察能否將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

[生]現(xiàn)象：馬達(dá)啟動(dòng)工作，說(shuō)明化學(xué)能最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

原理：正極：C12+2e一2C1-;

負(fù)極：Hz 2e-+ 20H-= 2H₂O，形成燃料電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

設(shè)計(jì)意圖：接上微型馬達(dá)后，馬達(dá)啟動(dòng)工作，學(xué)生立馬產(chǎn)生濃厚興趣，產(chǎn)生疑問(wèn)，馬達(dá)啟動(dòng)需要電，電來(lái)自哪里呢？學(xué)生又會(huì)順其自然地去思考電能是如何轉(zhuǎn)化而來(lái)的，再過(guò)渡到燃料電池的相關(guān)內(nèi)容來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)原理，因此這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，既可以考查學(xué)生對(duì)已學(xué)的燃料電池知識(shí)點(diǎn)的掌握情況又是電解原理應(yīng)用的鮮明例子，同時(shí)讓學(xué)生明白能量變化觀念和平衡思想也是化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的方向Q

⑥打開(kāi)開(kāi)關(guān)，將陰極氣體排出，滴加1-2滴酚酞于醫(yī)用塑料管口，吸人注射器，觀察溶液顏色變化，輕輕推拉陽(yáng)極注射器活塞，讓陽(yáng)極的氣體和溶液充分混合后再觀察溶液顏色變化。

侄）思考以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程及產(chǎn)物分析，了解相關(guān)應(yīng)用。

[生]現(xiàn)象：陰極溶液先變紅后褪色。

原理：陽(yáng)極：

陰極：（粉紅色）;

相關(guān)反應(yīng)：

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生得出紅色溶液最終褪色的原理是陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣和陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉在注射器推拉過(guò)程中充分接觸后反應(yīng)生成了氯化鈉和次氯酸鈉的緣故，由此引出該電解反應(yīng)的另一個(gè)應(yīng)用，制取“84”消毒水。

[師]高考鏈接

例題：某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時(shí)，為使被完全吸收制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，以下對(duì)電源電極名稱(chēng)和消毒液的主要成分判斷正確的是（）

A.a為正極，b為負(fù)極;NaClO和NaCl

B.a為負(fù)極，b為正極：NaCIO和NaCI

C.a為陽(yáng)極，b為陰極;NaC10和NaCI

D.a為陽(yáng)極，b為陰極;NaCIO和NaCl

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合新型多功能電解裝置制取“84”消毒液的原理與高考題無(wú)縫鏈接，體驗(yàn)高考題其實(shí)很注重考查生活實(shí)際應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)操作與培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)緊密聯(lián)系在一起。

[師]我們一起來(lái)破解魔術(shù)。

陽(yáng)極：（棕黃色）;

陰極：（粉紅色）。

棕黃色+粉紅色=酒紅色

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)提示告知魔術(shù)中所用道具的構(gòu)成及“白葡萄酒”的實(shí)際成分，再引導(dǎo)學(xué)生利用電解的知識(shí)解釋“白葡萄酒”變成“紅葡萄酒”的原理，而電解魔術(shù)更是一個(gè)有趣的電解應(yīng)用，當(dāng)然破解魔術(shù)與引題前呼后應(yīng)給本堂課做了很好的結(jié)尾。

[師]同學(xué)們對(duì)課堂教學(xué)中使用到的實(shí)驗(yàn)裝置有什么評(píng)價(jià)，說(shuō)說(shuō)自己的感受，希望同學(xué)們嘗試自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教具，體會(huì)實(shí)驗(yàn)樂(lè)趣。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生感受自制教具在教學(xué)應(yīng)用中體現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，鼓勵(lì)學(xué)生能和同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究的成果，提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的想法，培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，樹(shù)立具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念等。

三、基于核心素養(yǎng)下“自制教具”對(duì)化學(xué)教與學(xué)的思考

化學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生在化學(xué)認(rèn)知活動(dòng)中發(fā)展起來(lái)的并在解決與化學(xué)相關(guān)問(wèn)題中表現(xiàn)出來(lái)的關(guān)鍵核心素養(yǎng)，它凸顯了化學(xué)本質(zhì)特征;反映了化學(xué)基本問(wèn)題;揭示了化學(xué)科學(xué)思維;體現(xiàn)了課程育人價(jià)值1210

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，多媒體及先進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器在化學(xué)教學(xué)中已舉足輕重，但自制教具在化學(xué)教學(xué)上仍有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樽灾平叹呖捎行囵B(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性;較傳統(tǒng)儀器更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)造能力;可充分培養(yǎng)師生的創(chuàng)新精神131，并且從環(huán)保方面來(lái)說(shuō)，自制教具設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)是以環(huán)保、節(jié)能為最終目的，因此不可忽視簡(jiǎn)單自制教具給教師和學(xué)生在化學(xué)教與學(xué)過(guò)程中的啟發(fā)，因?yàn)樗o扣化學(xué)教學(xué)宗旨，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，所以教師在自制教具的同時(shí)更應(yīng)該引領(lǐng)學(xué)生也自主設(shè)計(jì)、改裝、開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教具讓學(xué)生真實(shí)體會(huì)學(xué)科精神和社會(huì)責(zé)任。

參考文獻(xiàn)

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