王周萍

【摘 要】本文以“原電池—化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，論述培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的途徑，提出不僅要讓學(xué)生掌握化學(xué)學(xué)科的系統(tǒng)知識，還要在教學(xué)活動中發(fā)展學(xué)生自身的高級思維品質(zhì)、系統(tǒng)思維能力和創(chuàng)新能力，讓學(xué)生體悟到知識不僅僅是“學(xué)會”，而是“會學(xué)”，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)、學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)社會的終身學(xué)習(xí)能力。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng) 教學(xué)設(shè)計(jì) 原電池

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）30-0084-03

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）強(qiáng)調(diào)：“教師在化學(xué)教學(xué)與評價中應(yīng)緊緊圍繞‘發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)’這一主旨，優(yōu)化教學(xué)過程，有效提高教學(xué)質(zhì)量，發(fā)展素質(zhì)教育，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。”在新課標(biāo)的指導(dǎo)思想下，如何基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)來優(yōu)化“原電池—化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”的教學(xué)設(shè)計(jì)，達(dá)到提高課堂教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生核心素養(yǎng)和真育人的目的？筆者認(rèn)為，要想在課堂教學(xué)中真正滲透化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，在教學(xué)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是前提。本文嘗試在“原電池—化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”教學(xué)設(shè)計(jì)中融入化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定

（一）化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵

新課標(biāo)中明確化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”5個維度。不同維度之間存在本質(zhì)性的內(nèi)在聯(lián)系，每一維度中再細(xì)分4級水平。這5個維度是學(xué)科核心素養(yǎng)于三維目標(biāo)中得到全面發(fā)展的綜合表現(xiàn)，分別承載著化學(xué)學(xué)科思維的描述、化學(xué)學(xué)科實(shí)踐的表征和化學(xué)學(xué)科價值取向的刻畫，是整體育人的具體體現(xiàn)。

（二）學(xué)生基本情況分析

“原電池—化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”處于普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)2（必修）》（第3版）第二章“化學(xué)反應(yīng)與能量”第一節(jié)“化學(xué)能與熱能”。對學(xué)生來說，這是從氧化還原反應(yīng)的角度初步認(rèn)識原電池的工作原理。學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)中雖然儲存有氧化還原反應(yīng)的相關(guān)知識，但對電化學(xué)基礎(chǔ)知識還處于初步認(rèn)識階段，即未涉及原電池的相關(guān)知識，因此，學(xué)生對新學(xué)的知識（原電池）在認(rèn)知上存在一定的難度。學(xué)生需要從具體生動的情境或?qū)嶒?yàn)中獲得體驗(yàn)性認(rèn)知，感受原電池的存在，為更好地學(xué)習(xí)原電池知識注入鮮活的感性認(rèn)知。

根據(jù)新課標(biāo)和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，可確定學(xué)習(xí)目標(biāo)（如表1所示）。

由確定的學(xué)習(xí)目標(biāo)可得出，本課時的重點(diǎn)為原電池的構(gòu)成條件及工作原理，難點(diǎn)為對原電池工作原理的理解。

二、教學(xué)過程及其分析

（一）原電池概念的引入

師（導(dǎo)入）：將鋅片與銅片在6個檸檬上交替插入，用導(dǎo)線串聯(lián)起來，接入彩色二極管形成閉合回路后，彩色二極管就會發(fā)亮。請你想一想，彩色二極管為什么會變亮？

生：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

師（追問）：根據(jù)該裝置，應(yīng)是哪里的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，供彩色二極管利用？

生：檸檬中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供彩色二極管利用。

師（總結(jié)）：我們把像物質(zhì)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的這一類裝置稱為原電池。

設(shè)計(jì)意圖：利用貼近生活的檸檬電池發(fā)電的真實(shí)情境，引出原電池概念，同時讓學(xué)生充分感受到電能可以這樣產(chǎn)生，激發(fā)學(xué)生的好奇心和進(jìn)一步探究的欲望。

（二）探究原電池的構(gòu)成條件

師：你認(rèn)為原電池的反應(yīng)原理是什么？

生：氧化還原反應(yīng)。

師：為何是氧化還原反應(yīng)？

生：電子定向移動形成電流，說明這是有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，即氧化還原反應(yīng)。

師：什么條件下可以實(shí)現(xiàn)原電池中的“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”？下面，我們將通過實(shí)驗(yàn)探究來認(rèn)識和感受實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)化所需要的條件以及轉(zhuǎn)化的發(fā)生過程。

師：各小組完成下列實(shí)驗(yàn)，將觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄下來，與小組成員合作、討論后將所得到的結(jié)論填寫在表2中，隨后展示學(xué)習(xí)成果，與同學(xué)分享、交流。

表2 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)驗(yàn)

【實(shí)驗(yàn)1】把一塊鋅片和銅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（注意稀硫酸的量不要太多）。

【實(shí)驗(yàn)2】把一塊鋅片和銅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（注意兩塊金屬片不要相接觸）。

【實(shí)驗(yàn)3】用導(dǎo)線把實(shí)驗(yàn)1中的鋅片和銅片連接起來，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（注意兩塊金屬片不要相接觸）。

【實(shí)驗(yàn)4】用導(dǎo)線把實(shí)驗(yàn)2中的鋅片和銅片連接起來，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（注意兩塊金屬片不要相接觸）。

【實(shí)驗(yàn)5】在實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4的導(dǎo)線中間分別連接一個靈敏電流計(jì)（如圖1所示），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

師：哪個小組自愿分享你們的學(xué)習(xí)成果，并告訴同學(xué)們你們組為何這樣填寫？

生：展示組展示學(xué)習(xí)成果，與同學(xué)分享交流，其他組同學(xué)踴躍展示自己小組不同的現(xiàn)象，展示組對同學(xué)有疑問的地方進(jìn)行積極回答。

師：對同學(xué)們的表現(xiàn)給予表揚(yáng)。

師：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，你是否能得出構(gòu)成原電池的條件？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中可以感受、體驗(yàn)和探索構(gòu)成原電池的條件。不同小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求所組裝的線路裝置不一樣，當(dāng)電路組裝正確時會產(chǎn)生電能。此時，學(xué)生會產(chǎn)生視覺沖突：為何有的小組靈敏電流計(jì)會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，而有的小組靈敏電流計(jì)無法產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)？接著，教師引導(dǎo)學(xué)生分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能的原因。學(xué)生會從感性認(rèn)知上升至理性認(rèn)知，對現(xiàn)象和條件進(jìn)行對比、歸納，從而得出構(gòu)成原電池的條件。通過合作、分享與交流、質(zhì)疑讓學(xué)生來確定一致認(rèn)為合理的方案，使組裝的線路裝置由不一樣到組裝的線路裝置變成一樣。這樣的探究活動使學(xué)生的思維由異到同，即由發(fā)散到統(tǒng)一;學(xué)生對事物的認(rèn)識由演繹至歸納，層層深入，使學(xué)生的思維變得開闊。這些都有利于提升學(xué)生的高級思維能力和創(chuàng)造能力，充分體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)探究對學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的優(yōu)越性。

（三）探究原電池的工作原理

師：小組內(nèi)合作與交流以下問題，分享與交流自己的學(xué)習(xí)成果。

1.請你根據(jù)圖2嘗試解釋實(shí)驗(yàn)4連接靈敏電流計(jì)后，除銅片上有氣泡產(chǎn)生、鋅片上無氣泡且不斷溶解外，還有靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

2.你認(rèn)為這個過程能量是如何轉(zhuǎn)化的？

3.工作原理

（1）圖像模擬（如圖2所示）

①c（H+）? ?、c（Zn2+）? ?、c（SO[2-4]）? ?（填“增大”“減小”“不變”）。

②物質(zhì)變化：電解質(zhì)溶液? ?→? ?，質(zhì)量? ?、pH值? ?。

③能量變化：? ?→? ?。外電路? ?定向移動導(dǎo)電;內(nèi)電路? ?定向移動導(dǎo)電（陽離子→? ?;陰離子→  ? ）。

（2）設(shè)計(jì)意圖

實(shí)驗(yàn)4出現(xiàn)的現(xiàn)象是銅片上冒氣泡，而學(xué)生大多會認(rèn)為應(yīng)該是鋅片上冒氣泡而不是銅片上冒氣泡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)生的認(rèn)知有一定的沖突，可看作異?，F(xiàn)象。學(xué)生對自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時觀察到的現(xiàn)象印象是比較深刻的。如果此時讓學(xué)生利用原電池工作原理示意圖（如圖3所示）來嘗試解釋所出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，可鍛煉學(xué)生的思維表達(dá)能力，促進(jìn)學(xué)生對原電池工作原理產(chǎn)生深刻的理解。具體的原電池工作原理是從三個方面進(jìn)行分析的，分別是圖像模擬、物質(zhì)變化和能量變化。在分析過程中，重點(diǎn)運(yùn)用了“宏觀—微觀—符號”三重表征：“產(chǎn)生電流、氣體”宏觀現(xiàn)象，聯(lián)系微觀解釋（負(fù)極上的鋅失去電子，進(jìn)入溶液發(fā)生氧化反應(yīng)后，失去的電子沿導(dǎo)線到達(dá)正極，此時溶液中的氫離子在正極的銅上獲得電子被還原，產(chǎn)生氫氣而逸出），闡釋宏觀現(xiàn)象產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)，接著利用化學(xué)符號[負(fù)極（鋅片）：Zn-2e-=Zn2+。正極（銅片）：2H++2e-=H2↑?？偡磻?yīng)：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，Zn+2H+=Zn2++H2↑]將反應(yīng)原理表達(dá)出來。“宏觀—微觀—符號”三重表征是體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科特征的思維方式，能增進(jìn)學(xué)生對化學(xué)知識的理解與掌握。

（四）畫出原電池工作原理示意圖

師：現(xiàn)在，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了原電池的工作原理。你如何判斷自己是否理解了原電池的工作原理？

生：可以將自己的理解畫出來。

師：是的，請你回憶梳理探究原電池工作原理的整個過程，并用圖示（線條之類等）嘗試畫出原電池工作原理示意圖（以銅鋅原電池為例，如圖3所示），將學(xué)習(xí)成果進(jìn)行展示、分享與交流。

設(shè)計(jì)意圖：通過讓學(xué)生嘗試畫出原電池工作原理示意圖進(jìn)行學(xué)習(xí)成果展示、分享與交流，可以總結(jié)回顧本課時的知識，外顯學(xué)生的思維和認(rèn)識方式。由此，可作為診斷學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段，改進(jìn)教學(xué)方式，增強(qiáng)課堂教學(xué)實(shí)施過程對促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展、提升學(xué)科能力素養(yǎng)的實(shí)效。

筆者通過真實(shí)情境（檸檬電池）設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)探究、學(xué)習(xí)成果展示等活動，給學(xué)生接觸真實(shí)的環(huán)境，體悟知識既可以從生活中來又可回歸到生活中去服務(wù)于生活，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、獨(dú)立思考和學(xué)以致用的能力。針對實(shí)驗(yàn)探究中出現(xiàn)的宏觀現(xiàn)象，聯(lián)系微粒觀解釋原電池工作原理，利用符號表征原電池工作原理，以促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握;展示學(xué)習(xí)成果活動，增加學(xué)生之間的相互交流，可以加強(qiáng)學(xué)生對知識的理解;通過對原電池知識系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握知識的系統(tǒng)思維能力。因此，將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)融入課堂活動中，嘗試在課堂教學(xué)中滲透化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，從而真正成為素質(zhì)教育的助推劑。

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[3]王祖浩.化學(xué)2（必修）[M].5版.南京：鳳凰教育出版社，2014.

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注：本文系博白縣教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度立項(xiàng)課題“基于‘化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)’的高中化學(xué)課堂實(shí)踐與研究”（編號：2020C029）的研究成果之一;2020年度廣西普通高中學(xué)科課程基地教學(xué)改革項(xiàng)目課題“以生為本，構(gòu)建化學(xué)高效課堂，提升學(xué)科核心素養(yǎng)的研究”子課題（編號：2020XKJG045）的研究成果。

（責(zé)編 唐玉萍）