侯瓊瑋

摘要：“銅鋅原電池及其原理”作為高中電化學(xué)啟蒙章節(jié)，起到了承上啟下的進階作用。在新高考背景下，基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育，電化學(xué)的教學(xué)應(yīng)注重教材與生活實際的關(guān)聯(lián)，及其在生產(chǎn)中的遷移應(yīng)用。在課堂上建立真實的問題情境，設(shè)計合適的課堂活動，使學(xué)生浸潤在“體驗式”的真實科研情境之中，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)體驗場，力求還原真實的探究路徑，是實現(xiàn)這一目標的有效途徑之一。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);學(xué)生活動;學(xué)生體驗;科學(xué)探究;原電池

文章編號：1008-0546（2020）11-0015-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.004

一、問題的提出

核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中，逐步形成的適應(yīng)個人終生發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念和平衡思想”“證據(jù)推理和模型認知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”和“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”5個維度，展現(xiàn)了學(xué)生通過化學(xué)課程學(xué)習(xí)形成的關(guān)鍵能力和必備品格。

上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）中針對新高考改革增加了化學(xué)、技術(shù)與社會模塊，其中涵蓋了化學(xué)與生活、化學(xué)與工業(yè)的內(nèi)容，旨在凸顯化學(xué)是一門來源于生活、應(yīng)用于實際的學(xué)科。高中化學(xué)學(xué)習(xí)的思維特點在于：從理論知識的學(xué)習(xí)到實際生產(chǎn)生活的升華，即應(yīng)用已學(xué)化學(xué)知識分析實際問題，這是一個知識建構(gòu)的過程，也是一個深刻理解化學(xué)知識并解決實際問題的過程。

學(xué)科知識和技能的形成、建立和深化是一個螺旋式上升的過程。學(xué)生在初中學(xué)習(xí)階段接觸到的電化學(xué)內(nèi)容主要是水能夠在電解條件下分解為氫氣和氧氣，由于學(xué)生并不理解電化學(xué)相關(guān)原理，因此只知其然，而不知其所以然——電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化。作為高中電化學(xué)啟蒙章節(jié)，“銅鋅原電池及其原理”起到了承上啟下的進階作用。在常規(guī)原電池教學(xué)中，以銅鋅原電池探究實驗入手，引導(dǎo)學(xué)生感知電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化;以銅片上產(chǎn)生氣泡的異?，F(xiàn)象為認知沖突點，激發(fā)學(xué)生求知欲，并以此為抓手得出原電池的電極、電極反應(yīng)等相關(guān)概念，教學(xué)過程關(guān)注相關(guān)內(nèi)容的邏輯順序和知識的系統(tǒng)性。但是，這樣的教學(xué)缺少與實際應(yīng)用的紐帶，學(xué)生難以感受學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義，不利于落實指向核心素養(yǎng)的教學(xué)要求。

高中電化學(xué)內(nèi)容具有較強的理論性，反應(yīng)原理、電極判斷等內(nèi)容與生活實際存在一定距離。《普通高中化學(xué)課程標準》中提出電化學(xué)的教學(xué)要求為“認識化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應(yīng)用”，強調(diào)了電化學(xué)的理論學(xué)習(xí)對于生產(chǎn)實際的指導(dǎo)作用。單世乾提出“電化學(xué)教學(xué)應(yīng)充分挖掘生產(chǎn)實際素材，設(shè)計合適的實驗探究活動來學(xué)習(xí)原電池的基本原理，引導(dǎo)學(xué)生理解電池的改進與發(fā)展的理論依據(jù)及方法，從而應(yīng)用于生產(chǎn)實際問題的解決”。

因此，電化學(xué)的教學(xué)應(yīng)：（1）利用好已有知識，注重教學(xué)素材與生活實際的關(guān)聯(lián);（2）注重理論知識在生產(chǎn)實際中的遷移應(yīng)用?；谝陨蟽牲c，筆者認為，在課堂上應(yīng)建立真實的問題情境，以實驗探究活動為載體，強化學(xué)生從理論到實際的“體驗”過程，使學(xué)生充分“浸潤”在真實的問題探究環(huán)境中，以實現(xiàn)從書本知識到實際生活生產(chǎn)的思維轉(zhuǎn)變。筆者以“化學(xué)史”為線索，從原電池的起源說起、探究原電池生電奧秘并親自設(shè)計電池，旨在以學(xué)生為主角重現(xiàn)歷史，體會電池設(shè)計與發(fā)展的科學(xué)思想以及培養(yǎng)敢于質(zhì)疑和創(chuàng)新的科學(xué)精神，發(fā)展學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng)。

二、基于核心素養(yǎng)的學(xué)生活動設(shè)計

1.解析教學(xué)要求

《上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）》（以下簡稱“基本要求”）中對基礎(chǔ)型課程氧化還原反應(yīng)中的原電池部分作了如下要求（表1）：

基礎(chǔ)型課程側(cè)重“認知”理論，而拓展型課程更側(cè)重“應(yīng)用”理論指導(dǎo)實際。在新授課教學(xué)中，教師既不能一味關(guān)注基礎(chǔ)型知識的落實，也不宜過度提升思維要求，因此，“度”的把握不容小覷。合理設(shè)計組織“體驗式”課堂教學(xué)活動，使學(xué)生浸潤在真實的問題情境中，是調(diào)控把握“度”的方式之一。

《基本要求》中對學(xué)習(xí)經(jīng)歷作如下描述：選擇身邊常見化學(xué)試劑或身邊的物質(zhì)與常用儀器制作簡易原電池，觀察、記錄有關(guān)實驗現(xiàn)象，運用分析、演繹、類比等方法對宏觀現(xiàn)象進行微觀解釋和表達，體驗化學(xué)變化中能量轉(zhuǎn)化的獨特魅力。從中不難看出其要求教師關(guān)注學(xué)生思維發(fā)展，將理論學(xué)習(xí)與科學(xué)研究相聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)象背后存在的規(guī)律等要求?！吧磉叀钡娜〔姆绞接欣诩ぐl(fā)學(xué)生興趣，啟迪學(xué)生的思維，更有利于將科學(xué)探究的精神延伸至課外，在生活中融會貫通核心素養(yǎng)。

學(xué)習(xí)的過程應(yīng)是一個感性的認識經(jīng)過思維加工上升到理性認知，并加以實踐的過程。借助有意義的生活素材，強化學(xué)生“體驗”的過程，是實現(xiàn)從感性到理性，從理洼再到實踐的有效途徑。

2.從教學(xué)線索到學(xué)生活動

原電池的發(fā)展過程中滲透了多種探索路徑和思維方式，但是科學(xué)家的探索之路與生活實際存在一定距離，學(xué)生能夠從中了解科學(xué)家探索過程的艱辛，卻較難真實體會科學(xué)探索的過程，也較難內(nèi)化為自己的科學(xué)探索品質(zhì)。選擇“身邊”的物質(zhì)是一種將科學(xué)情境滲透進生活的取材方式，有利于學(xué)生浸潤在生活情境中感受真實的科學(xué)探索過程，課堂教學(xué)要為學(xué)生創(chuàng)造的情境，是能夠?qū)⒗碚撝R融人其中以達到融會貫通的目的。

此階段學(xué)生已經(jīng)了解氧化還原、化學(xué)反應(yīng)伴隨能量變化等知識，因此本節(jié)內(nèi)容其實是基于以上內(nèi)容的升華和應(yīng)用，在教學(xué)設(shè)計過程中以學(xué)生活動為載體、基礎(chǔ)型知識的落實為抓手、拓展型課程的思維方式為培養(yǎng)對象來開展課堂教學(xué)活動。教學(xué)設(shè)計中，需要拿捏好提升的“度”。教師先要有整體的電化學(xué)教學(xué)意識，既不能盲目提高，也要關(guān)注思維進階。在學(xué)生活動設(shè)計中，同樣也要張弛有度。

圍繞著“發(fā)現(xiàn)電一探究電一應(yīng)用電”這一教學(xué)線索，選取具有代表性意義的幾個歷史事件，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)背景進行適當?shù)男薷暮驼?，以求適應(yīng)學(xué)生現(xiàn)有認知水平，并借此提升科學(xué)思維方式，是設(shè)計學(xué)生活動的關(guān)鍵所在。因此在本設(shè)計中，筆者借伽伐尼的青蛙實驗作為線索，引導(dǎo)學(xué)生模擬情景再現(xiàn)，設(shè)計實驗“看見電子”，從“看見電子”的多種現(xiàn)象中逐步構(gòu)建原電池模型，并通過自制電池發(fā)動小車的活動形式對其掌握程度進行診斷。力求使學(xué)生能夠準確描述分析銅鋅原電池的實驗現(xiàn)象，同時能夠?qū)υ姵刂须娮拥牡檬б约斑\動方向和規(guī)律有深度認識（圖1）。

三、基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)實施環(huán)節(jié)

1.感受電——創(chuàng)設(shè)情境，初建模型

[視頻]TED和BBC剪輯視頻——模擬伽伐尼的青蛙實驗。

[演示實驗]串聯(lián)原電池給玩具青蛙通電，青蛙跳舞。

[教師]盡管兩種“動”的呈現(xiàn)方式不同，但其原理卻有著異曲同工之妙。請你找找它們在組成上的相似之處。

[學(xué)生]金屬、溶液。

設(shè)計意圖：通過“伽伐尼的青蛙實驗”的視頻資料以及給玩具青蛙通電這兩個以“青蛙動起來”聯(lián)結(jié)起來的事件，制造不同背景但是相同原理的情境啟發(fā)學(xué)生的思考。問題的產(chǎn)生來源于真實的情境，真實的情境可以是歷史上真實發(fā)生過的事件，也可以是人為營造的場景。考慮到伽伐尼的青蛙實驗在課堂演示的可行性問題，改用視頻資料替代，同時結(jié)合使用原電池組給玩具青蛙通電跳舞這一環(huán)節(jié)，達到異曲同工的目的，即應(yīng)用相同的實驗原理，不同的呈現(xiàn)方式，增加了實驗演示的視覺沖擊性和趣味性，使學(xué)生真切感受到能量的轉(zhuǎn)化過程。

[活動]利用磁性貼紙模擬伽伐尼的青蛙實驗?zāi)Ｐ停墒掷L添加裝置）（圖2）。

[教師]展示學(xué)生搭建的模型，分析是否能夠再現(xiàn)伽伐尼的青蛙腿抽搐實驗。

設(shè)計意圖：基于以上對于兩個青蛙實驗的共同組成部分的討論，讓學(xué)生動手模擬伽伐尼的實驗?zāi)Ｐ?，并對是否能夠再現(xiàn)青蛙抽搐這一實驗現(xiàn)象進行討論分析，旨在讓學(xué)生體驗“閉合回路”在構(gòu)成原電池時的職能，同時通過體驗搭建過程，潛移默化地形成原電池組成的雛形。

2.探究電——科學(xué)發(fā)現(xiàn)，始于細節(jié)

[活動]實驗設(shè)計，“看見”電子。

請同學(xué)們以小組為單位，選用所提供的實驗器材和試劑

①想一想，設(shè)計若干種能夠“看見”電子轉(zhuǎn)移的實驗（表2）;

②做一做：選擇其中一種或者幾組實驗動手做一做，注意全面觀察，及時記錄看到的所查反應(yīng)現(xiàn)象。

③想一想：從這些現(xiàn)象中你得到什么結(jié)論？

[教師]請同學(xué)分享他們的實驗結(jié)果。

[教師]結(jié)合氧化還原反應(yīng)，你怎樣理解“鋅是負極？銅是正極？”

[學(xué)生]鋅片是負極，負極失電子，因為鋅片比銅片更易失電子。

[教師]最后誰得到了鋅失去的電子？

[學(xué)生]氫離子（硫酸）得到電子。

[教師]在剛才的實驗中，你是否找到有力的證據(jù)證實你的推理。

[學(xué)生]銅片上有氣泡產(chǎn)生。（如果沒有，請大家重復(fù)實驗，找找實證）

[教師]在銅片上溶液中的氫離子得到電子生成氫氣。

[教師]很多同學(xué)做了相同的實驗，卻不是每個人都看到氣泡。相信當年一定也有許多人遇到過與蛙腿抽搐類似的事件，卻唯有伽伐尼對這一宏觀現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)進行了探析?？茖W(xué)的發(fā)現(xiàn)始于細節(jié)，止于錯過，善于觀察、善于發(fā)現(xiàn)是科學(xué)探索之路的第一步。

設(shè)計意圖：這一環(huán)節(jié)的設(shè)計主要有三個意圖：第一，是從宏觀辨識過渡到微觀探析層面，借助電流表來“看見”肉眼看不見的電子轉(zhuǎn)移過程。學(xué)生已有“電荷的定向移動形成電流”的知識儲備，因此，能夠借助電流計將可觀察的宏觀表象與微粒運動聯(lián)系起來，建立起宏觀與微觀世界之間的橋梁;第二，學(xué)生活動設(shè)計中要求畫出實驗裝置簡圖，旨在通過體驗構(gòu)圖過程，構(gòu)建原電池模型的圖像。記錄觀察到的實驗現(xiàn)象，一方面考察學(xué)生對于實驗現(xiàn)象的觀察能力，另一方面引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)用語解釋化學(xué)現(xiàn)象，以此來概括化學(xué)原理。觀察是科學(xué)研究中最重要的素質(zhì)之一，科學(xué)探究和科學(xué)發(fā)現(xiàn)都是基于觀察結(jié)果的深入探索，因此，有必要在課堂科學(xué)探索的過程中滲透這一思想——親身體驗與“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”的擦肩而過，學(xué)生能夠真切感悟科學(xué)探究過程中對于細節(jié)把握的重要意義;第三，“最后誰得電子”以及“從剛才的實驗過程中找實證”的設(shè)置滲透“證據(jù)推理與模型認知”的核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會評價并整合搜集到的有關(guān)證據(jù)，應(yīng)用邏輯推理，對所研究的問題進行詮釋。

3.應(yīng)用電——設(shè)計電池，延續(xù)故事

[教師]電池發(fā)展史簡介（如伏打電池、丹尼爾電池）

[活動]結(jié)合原電池的相關(guān)知識，利用所提供的材料設(shè)計一個電池來發(fā)動小車，并使小車朝著指定方向啟動（圖3、圖4），比一比，哪一組是最佳設(shè)計組。

[教師]（勝利組）說說如何迅速設(shè)計出電池。

[學(xué)生]氯化鈉是電解質(zhì)溶液，存在離子;碳片是導(dǎo)體，能夠?qū)щ?鎂片比碳片更容易失電子，所以鎂片是負極。

[教師]將同學(xué)們剛才做的這個小小的原電池放大，就是我國首創(chuàng)的海洋電池，它是將同學(xué)們剛才用鎂片換成鋁板作為負極，碳為正極，海水為電解質(zhì)溶液，利用空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。海洋電池大規(guī)模用于燈塔等海邊或島嶼上的小規(guī)模用電，因為電線難以跨過海為燈塔供電，所以海洋電池的發(fā)明解決了這一難題。海洋電池沒有怕壓部件，在海洋下任何深度都可以正常工作.，海洋電池成為了海洋用電設(shè)施的能源新秀。

[教師]在最初的玩具青蛙跳舞實驗中，老師正是串聯(lián)了幾個原電池組，為青蛙供電，這就是后來的伏打電池。

[視頻]TED剪輯視頻——伏打電池。

[總結(jié)]（配合BBC視頻，邊播放邊演講）電的故事從原電池開始，正一步步改變著我們的生產(chǎn)和生活。如今，各個國家電池研究已經(jīng)成為每年必做的科學(xué)項目。電的故事還沒有結(jié)束，也許正等待著你們?nèi)パ永m(xù)

設(shè)計意圖：本堂課的教學(xué)基本要求中指出“復(fù)述原電池概念和原電池組成”“識別原電池的正負極及發(fā)生反應(yīng)的類型”，設(shè)計這一環(huán)節(jié)的目的是對這一教學(xué)目標的反饋評價。學(xué)生在設(shè)計電池時，首先要選擇合適的材料、并正確連接正負極，才能朝著實驗要求的方向發(fā)動小車，其次是選擇合適的溶液（酒精和氯化鈉）、最后需要形成閉合回路。在電池設(shè)計過程中并沒有要求學(xué)生復(fù)述原電池的構(gòu)成要素，但卻在潛移默化中對課堂學(xué)習(xí)情況進行了評估和當堂反饋，在學(xué)生陳述設(shè)計思想之時既能得到課堂落實結(jié)果，又強化了實踐過程。而這一電池的設(shè)計原理類似于我國首創(chuàng)的海洋電池，因此在完成電池設(shè)計后引入海洋電池的介紹，滲透愛國主義教育，同時激勵他們將所掌握的知識投入到實際生活與生產(chǎn)中去，是培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的重要契機。在總結(jié)環(huán)節(jié)，配合視頻的震撼音效，教師對電池的未來進行展望，將課堂主旨升華。

四.基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實踐思考

基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)，區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)，教學(xué)的核心目標要求實現(xiàn)從“獲取知識”到終態(tài)目標轉(zhuǎn)變?yōu)椤八仞B(yǎng)發(fā)展”的認識過程目標。

在上述教學(xué)設(shè)計中，筆者將“獲取知識”的過程融入對真實問題情境的探究過程中，學(xué)生在經(jīng)歷探究的過程中，不僅需要調(diào)動已有的知識經(jīng)驗，同時也需要對即時生成的新問題進行思考，以解釋相應(yīng)的現(xiàn)象。這個過程接近真實的科學(xué)探索經(jīng)歷：從認知沖突的產(chǎn)生（無電池玩具青蛙動了起來），到?jīng)_突的解決（探究生電的奧秘），再到實驗結(jié)果的應(yīng)用（設(shè)計電池），其中穿插了“與科學(xué)發(fā)現(xiàn)擦肩而過”等意外情境，力求還原真實的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之路，使學(xué)生“浸潤”在科學(xué)探索的海洋中，“體驗”真實的科學(xué)、真實的科研。

在教學(xué)實踐中筆者發(fā)現(xiàn)，“體驗式”的學(xué)生活動不僅能夠調(diào)動學(xué)生的積極性，同時也大大提高了學(xué)生的思維容量。學(xué)生成了課堂的主角，科研之路就成了劇本，學(xué)生的思維上升過程便是劇本的走勢，在此過程中教師便充當著導(dǎo)演兼觀眾的角色，給予指導(dǎo)，給予點評。

在新高考改革的背景之下，化學(xué)教師面臨著挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)難度以及學(xué)習(xí)時間的把控變得尤為重要。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提出為新高考改革背景下的教學(xué)提供了一條主線，一種思路，在教學(xué)設(shè)計的過程中，應(yīng)圍繞著這一主旋律發(fā)展出枝繁葉茂的景象，浸潤“體驗式”的學(xué)生活動正是基于核心素養(yǎng)這一主題，提供了一種參考。