廖偉梁

摘要：以“電解池電極反應的書寫”復習課為例，通過典型例題充分暴露學生的知識漏洞和思維漏洞，引導學生分析推理加以證實或證偽，在彌補知識和思維漏洞的過程中，建構認知模型，完善知識網絡，最終促進學生“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)的提升。

關鍵詞：證據(jù)推理與模型認知;電解池;電極反應;復習課教學

文章編號：1008-0546（2019）06-0047-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.014

“證據(jù)推理與模型認知”是化學學科核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學生在高中化學課程學習過程中逐漸發(fā)展起來的，是在解決實際問題所表現(xiàn)出來的必備品格和關鍵能力。在教學中進行“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，能夠幫助學生掌握化學核心知識、提高化學核心能力、培養(yǎng)化學核心態(tài)度。本文以“電解池電極反應的書寫”復習課為例，探討在教學實踐中融人證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)的養(yǎng)成和落實。

一、教學背景

電化學是高中化學教學的重點和難點內容，也是歷年高考命題的熱門內容。高考考綱明確要求學生能理解原電池和電解池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應和總反應方程式。通過查閱近幾年全國及各省市高考題發(fā)現(xiàn)，有關電化學知識的考查呈現(xiàn)以下三方面特點：一是考查角度多樣化：主要涵蓋電化學基本原理、電極反應及總反應方程式的書寫、陰陽離子的移動方向及濃度變化、兩極產生的實驗現(xiàn)象以及與氧化還原有關的計算等;二是考查形式綜合化：既有選擇題的正誤判斷，也有與實驗題、化工流程題和反應原理題相結合，融合實驗操作、元素化合物、化學平衡等考點綜合考查;三是考查情景陌生化：電化學都是以新的信息包裝成陌生新穎的原電池和電解池呈現(xiàn)出來，如2018年全國I卷的石墨烯電池、Ⅱ卷的“可呼吸”二次電池，2017年全國I卷的鋼管樁、Ⅲ卷的全固態(tài)鋰硫電池等。這些考查特點導致學生非常容易失分，給他們帶來了很強的畏懼心理。如果可以正確書寫電極反應，許多與電化學相關的高考題都會迎刃而解。

二、設計思路

要保證“準確、快速書寫電解池電極反應”，要求學生需要在離子方程式、氧化還原反應、元素化合物及電化學基礎等方面具有扎實的基礎知識，同時在電極材料的判斷、常見類型書寫、陌生電極的書寫和電解原理的實際應用等拓展性知識方面也有較高要求。由這些基礎性知識和拓展性知識形成“電解池電極反應的書寫”認知模型圖（見圖1），任何知識的漏洞，都可能導致書寫的錯誤。本節(jié)課以“電解池電極反應的書寫”為主題，通過課前回顧、分類組合、即時演練、互動講解、歸納總結和鞏固提升等六個教學環(huán)節(jié)（見圖2），通過典型例題充分暴露學生的知識漏洞和思維漏洞，引導學生分析推理加以證實或證偽，在彌補知識和思維漏洞的過程中，建構認知模型，完善知識網絡，最終促進學生“證據(jù)推理與模型認知”學科核心素養(yǎng)的提升。

三、教學實施

1.課前回顧

師：（畫出一個原電池裝置示意圖，見圖3中的圖a，然后反問學生）請問這是電解池嗎？

生：不是，因為沒有電源。

師：（在圖a的基礎上增加一個電源，見圖3中的圖b，進一步問學生）請問這是電解池嗎？

生：是的。

師：（在圖b的基礎上將鉑電極換成鋁電極，見圖3中的圖c，進一步問學生）請問這是電解池嗎？

生：也是（有同學不敢吭聲，但是大部分同學給出了肯定的答案）。

問題1：請根據(jù)以下示意圖，回顧電解池的構成條件。

生：外接電源、兩個電極、電解質溶液、閉合回路。

師：非常好，看來大家新課的學習效果很不錯。

設計意圖：通過三種實驗裝置的辨別，讓學生回顧電解池的基本構造和形成條件，幫助學生通過宏觀、微觀與符號之間的相互轉換，形成化學學習的核心思維模式，為電解池電極反應的書寫和證據(jù)推理能力的培養(yǎng)奠定基礎。

2.分類組合

問題2：提供四種電解質溶液（cuCl2溶液、NaOH溶液、NaCI溶液、AgNO3溶液）。當電極材料均為鉑電極時，這四種溶液分別屬于哪種電解類型？（黑板上提供四種電解類型供學生選擇：電解電解質型、電解水型、放氫生堿型、放氧生酸型。）

生：CuCI2溶液是電解電解質型，NaOH溶液是電解水型，NaCl溶液是放氫生堿型，AgNO3溶液是放氧生酸型。

師：非常好。

問題3：現(xiàn)提供兩種電極材料（鉑電極和鋁電極），結合上述四種電解質溶液，采用分類組合的方式，把能構成電解池的所有可能情況全部畫出來。

（學生積極思考，并不時與小組同學討論。）

學生1：我通過與小組同學討論，總共畫出了16種情況。

師：哇，非常好，團隊的力量果然是無限的！答案就是16種。

問題4：從電解池的角度來看，這16種情況有沒有哪些效果是一樣的呢？

（學生1有點愕然，沒有反應過來。此時學生2主動舉手要求回答問題。）

學生2：16種所有可能的情況中，根據(jù)電極材料的不同，可以分為四種情況，陰陽極均為鉑電極有四種（組合A），陰陽極均為鋁電極有四種（組合B），鉑電極做陽極、鋁電極做陰極有四種（組合c），鋁電極做陽極、鉑電極做陰極有四種（組合D）。其中，組合A和組合C效果是一樣的，組合B和組合D效果是一樣的。具體如下表1所示：

（為了方便表示，表格對16種情況進行了編號，格式為“組合編號+電解質溶液編號”，如“A-①”代表組合A的第1種情況，即陰陽極均為鉑電極、電解質溶液為CuCI2溶液。）

師：哇，厲害??！可以分享一下你是如何發(fā)現(xiàn)的嗎？

學生2：（臉上洋溢著滿滿的成就感）當鋁片作陰極時，不會得到電子，與惰性電極的作用是一樣的，即組合A和C效果相同，組合B和D效果相同。

師：此處應有掌聲。（全班立即響起掌聲，為學生2的分享喝彩。）這位同學講得非常好！雖然可能的情況有16種之多，但是經過分類處理，16種就變成了8種。希望大家能夠具備這種化繁為簡的思維，即把數(shù)量眾多的事物進行分類處理，這樣就會變得很簡單。

設計意圖：通過不同電極材料和電解質溶液的變化，促使學生充分打開思維空間，通過設問和鼓勵的方式，引導學生提出所有可能情況（16種），接著引導學生通過收集證據(jù)、分析推理加以“證偽”（由16種變?yōu)?種），最終使問題由繁雜變得簡單且有條理。

3.即時演練

問題5：寫出組合A和組合B的所有電極反應和總反應方程式。（八個小組各派一名小組成員在黑板上展示一下書寫過程。）

設計意圖：通過書寫過程的展示，暴露學生的知識漏洞和思維漏洞，準確判斷學生的掌握情況，為“互動講解”創(chuàng)造教學契機，提高課堂教學的針對性。

4.互動講解

學生展示書寫過程結束后，另外再安排學生在老師的引導下點評書寫過程。以下是經過整理的錯誤展示、錯因分析和糾錯策略：

設計意圖：通過點評學生的書寫過程，歸納了5種錯誤類型（常識不足型、基礎不牢型、原理混淆型、模棱兩可型和能力欠佳型），通過分析推理尋找錯誤原因，并且根據(jù)錯因有針對性地提供糾錯策略，建立錯誤類型、錯因分析和糾錯策略之間的邏輯關系，彌補知識和思維的漏洞，建構知識網絡，提高學生的證據(jù)推理能力。

5.歸納總結

問題6：請根據(jù)以上分析和講解，總結“準確、快速書寫電解池電極反應和總反應”的步驟。

師生共同總結：一是“定”：根據(jù)電極材料和電解質溶液的不同確定反應物和生成物;二是“寫”：根據(jù)“陽失陰得”、元素及電荷守恒寫出電極反應;三是“查”：檢查是否符合離子方程式的書寫規(guī)則、檢查生成物是否會與電解質溶液繼續(xù)反應、檢查是否滿足元素及電荷守恒。

設計意圖：將“零散”的糾錯策略加以提煉，總結出書寫電解池電極反應和總反應的三個步驟，為學生后續(xù)的學習提供相對固化的模式，幫助學生在提高證據(jù)推理能力的基礎上建立“電解池電極反應的書寫”的認知模型，為學生運用模型理解電解的本質和規(guī)律奠定基礎。

設計意圖：將課堂總結的書寫步驟加以靈活運用，讓學生進一步理解電解的基本原理，了解電解原理在制備物質（①為制備氫氧化亞鐵、②為制備高鐵酸鈉）和污水處理（③為處理含SO3^2-的廢水、④為處理含NO2^-的廢水）等方面的應用，讓學生感受電解的價值，增強社會責任感。

四、教學反思

1.利用典型例題，暴露學生知識與思維漏洞

本節(jié)課選擇的例題，有常見電極反應的書寫，也有易錯和陌生電極反應的書寫，既達到了鞏固學生基礎知識和基本技能的目的，又幫助學生掌握了陌生電極反應的書寫技巧。在書寫過程中，暴露了學生在離子反應、氧化還原反應、元素化合物和電化學基礎等方面的知識漏洞，也暴露了他們化學思維的含糊、淺顯、疏漏和局限的特點，這些漏洞的暴露為教學提供了有利的素材。

2.通過精心設計，落實化學學科核心素養(yǎng)

在“分類組合”這一教學環(huán)節(jié)中，學生通過“證據(jù)推理”，將16種電解池的組合變?yōu)?種;在“互動講解”這一教學環(huán)節(jié)中，在教師的引導下，學生通過“證據(jù)推理”，將電極反應和總反應中書寫錯誤一一找出，并且對具體錯誤提供詳盡的錯因分析和糾錯策略，讓學生的知識漏洞得以彌補、思維偏差得以糾正;在“歸納總結”和“鞏固提升”兩個教學環(huán)節(jié)，學生的知識網絡得到進一步完善、認知模型得到進一步鞏固、思維水平得到進一步提高，最終促進了“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)的落實。

3.運用教學藝術，提升復習課的效率

鑒于學生的生理、心理特點，在枯燥的復習課堂上注意力難以持續(xù)集中。為了避免復習課成為枯燥乏味的習題課，本節(jié)課注重將知識問題化、問題情境化，通過不同的語言和語調以及豐富的肢體動作，引導學生積極主動思考問題，鼓勵他們自由表達所思所想，讓課堂氣氛輕松活躍，有力地保證了復習課的效果。

本節(jié)課給“電解池電極反應的書寫”復習課教學提供了可參考的范例，如何幫助學生將復雜的電化學原理圖化簡為電解池的基本模型，如何將書寫的方法與技巧轉化為學生的解題能力，如何將本節(jié)課的思維訓練方式應用于其他類型的課例……這些都是下一步教學要解決的問題。