创新谈原电池的教学设计:化学反应原理,原电池教学设计
时间：2019-02-05 03:30:52 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:本文以原电池教学导入为例,研究“创新型探究教学”的方式、方法,注重新知识、新理论的产生和形成过成,培养学生的创新思维能力。按照“捕捉灵感→探究创新→实验论证→分析归纳”四个阶段的设计,立意在于倡导探究教学新的模式,将创新、创造发明的过程置于探究教学之中。
关键词:原电池;探究教学;教学设计
文章编号:1005-6629(2010)08-0044-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
[设计理念]
以学生为中心,以科学探究为主线,采用“捕捉灵感→探究创新→实验论证→分析归纳”的研究型教学模式,注重新知识、新理论的产生和形成过成,引导学生从学习、工作、生活的实践,走进科学研究的殿堂,培养学生的创新思维和创造力。
[教学目标]
①掌握原电池的构成条件,理解原电池的工作原理,能正确判断原电池的正负极,正确书写电极反应式、电池反应式,能根据氧化还原原理和原电池的构成条件设计简单的原电池。
②通过“创新型探究教学”的学习,体验科学探究的方法,激发科学探索兴趣,培养科学态度和创新思维能力;③在自主探究、合作交流中感受学习快乐和成功喜悦,增强学生对学习的反思和自我评价能力。
[教学手段]多媒体教学,学生分组实验与教师演示实验相结合。
[教学模式与教学方法]实验法、探究法、对比法;采用“捕捉灵感→探究创新→实验论证→分析归纳”的“创新型探究教学”模式。
[教学思路与教学过程]
1 在旧知研磨中捕捉灵感
[师]:[复习引入]:在第一节课中,我们研究了化学能转化为热能、光能,如燃烧反应就是发光、发热的表现。请同学们回顾实验(2-1)[1] 铝与盐酸反应,这是一个放热反应,其化学能还有没有其他转化形式呢?在研究氧化还原反应(如锌与稀硫酸)中我们是否有所发现?请写出锌与稀硫酸氧化还原反应分析式:
[生]:
[师]:用电子转移的方向和数目表示?
[师]:请同学们注意观察、并描述电子转移的情况,提醒同学们注意发挥灵感,捕捉创新思维的火花。
[生]:电子由Zn流向H+,(灵感)有电流产生!
[评注]源于平凡的生活、学习,伟大的创新在于灵感捕捉。引入设计令人耳目一新。
2 在探究教学中实现创新
[师]:启发:假若把箭号当成导线,接入灯泡会怎样?
[生]:灯泡应该发亮,化学能转化成电能!
[师]:启发:怎样设计实验装置?把箭号换成导线,如图,锌片→接导线→接入灯泡→接导线→插入稀硫酸(H+)溶液: (作者注:设计猜想,不是实验)
[评注]创新之路如此轻巧,激励学生勇于探索,为学生及年轻教师创新之路提供成功范例。
3 在实验论证中完成创造
[师]:[演示实验1]按照上面的设计安装实验,即课文实验(2-4)[2]。
[生]:结论:灯泡发亮(或电流计指针偏转)。
[师]:这个能把化学能转化成电能的容器(池)被称为电池――电池的原型――原电池。(作惊讶状)同学们,我们发明了原电池!可惜我们领不到专利,200多年前意大利物理学家伏打首次发明了伏打电池。
[师]:[播放课件]伏打电池的发明:
1780 年,著名的意大利医师、生物学家伽伐尼,偶然发现挂在窗前铁栅栏的铜钩上的青蛙腿肌肉,每当碰到铁栅栏就猛烈地收缩一次。这偶然的现象并没有被伽伐尼放过,经不懈的探索和思考,第一个提出了“生物电”的见解,于1791 年将此实验结果公布于学术界。他认为:青蛙神经和肌肉是两种不同的组织,带有相反电荷,所以两者存在着电位差,一旦用导电材料将两者接通,就有电流通过,铁栅栏和铜钩在此接通了电路,于是有电流产生,由于有动物电流的刺激,蛙腿肌肉发生收缩。
“生物电”的发现引起了意大利物理学家伏打的极大兴趣,他在多次重复伽伐尼的“生物电”实验时,发现实验成败的关键在于其中的两种金属――铁和铜,若把钩着蛙腿的铜钩换成铁钩,肌肉就不会收缩。他认为“生物电”的实质是金属属性不同造成的,不同金属带有不同的电量,它们之间必然存在电位差,若有导线在中间连接,就会产生电流,蛙腿的收缩正是这种原因产生的电流刺激的结果。伏打经过反复实验,深入钻研,1799 年第一个人造电源――伏打电池问世。
[评注]了解科学家,学做科学家。让学生了解科学研究的严谨与艰辛,激发科学探索兴趣,培养严肃的科学态度。
[生]:[学生实验1]探究实验[3]:每两人一组,根据实验台上的仪器和药品组装:将金属片(锌片、铁片、铜片若干)用导线连接后插入水果中,将音乐卡串联在线路中,观察会有什么现象发生?(教师巡视各组使用锌片、铁片、铜片做两极的实验情况)。
[师]:请大家总结:有什么现象发生?
[生]:出现两种结果:
①一部分音乐卡发声;
②另有部分音乐卡不发声。
[师]:①音乐卡发声说明什么?为什么?
②音乐卡不发声, 又为什么?
[生]:音乐卡发声说明有电流产生。
[评注]培养动手能力。此实验探究具有一定的开放性,让学生在试误中习得知识,通过讨论交流分享探究成果。
4 在分析归纳中升华技能
[师]:这节课我们一起来研究原电池工作的原理。
[师生]:总结:
[师]:总结:原电池就是这样一种装置,它把一个氧化还原反应分拆成两部分,使之分别在两个电极上进行,从而在导线中产生电流,实现化学能向电能的转变;反过来,氧化还原反应如置换反应,
是以原电池反应为基础的,原电池反应是氧化还原反应的本质特征。如何理解这句话,请思考另一部分同学设计的实验,音乐卡为什么不发声?
[评注]强调内在条件,有利于学生把握实质、前后呼应,注重知识的产生过程;通过变换情境、追问,使学生进一步理解氧还反应的本质。
[师]:探究:请大家重新比较、分析用水果制作的原电池,为什么有的组制作的电池有电流产生,而有的组制作的电池没有电流产生?找出症结所在。
[生]:电极用同一种材料并连接,音乐卡不发声;用不同材料并连接,音乐卡发声。
[师]:参考图2所示,请比较:“虹吸现象”:高势能的水可以流向低处,若两物体同高(势能差为零)则水不流动;同样,活泼金属的电子可以流向较不活泼金属,因为它也存在势能差――电势能差,电势能差是原电池工作原理的本质特征。所以,Zn―Cu电池有电流是因为有电势能差,Zn―Zn电池无电流是因为电势能差为零。这种现象类比“虹吸现象”可称为“电池现象”。
[评注]采用对比法有效探究氧还反应的本质――电子得失为什么会发生的原因,同时对微粒间的氧还反应作用有更深刻的认识。知识技能在此得到升华。
[师]:由此请同学们思考:
思考题1:锌与稀硫酸反应制氢气是纯锌好还是不纯好?理论上纯锌能否产生氢气?
[生]:回答:粗锌较好,这样形成原电池越多,产生的氢气越快。理论上在同一浓度电解质溶液中,纯锌是不能产生氢气的,因为不具备正、负两极,没有形成原电池。
[师]:所以说,原电池反应是氧化还原反应的本质特征, 它揭示了氧化还原反应为什么会得失电子的原因,有了原电池反应的发生,才实现氧化还原反应。
[师]:由上述的实验及讨论,请大家总结,原电池的构成条件是什么?
[师生]:讨论、总结。
[师]:板书:
[评注]指出原电池构成条件的三个主要部件,简洁明了,突出重点。
[师]:思考题2:课后习题第4题[5]: 指出下列哪组材料不能组成原电池的是:
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 [生]:答案:选C。
[教学反思与设计论证]
(1)关于课题立意准确性的论证
探究教学应体现创新特征。探究教学不应仅仅表现在形式上的分析探求,应引导学生如何去寻找分析的素材,探求的目标,把探究教学模式上升为研究型,为学生的开拓思维训练提供操作平台,甚至能为年轻教师科研课题的挖掘开辟一条新路。“创新是探究教学的灵魂”,立意在于倡导探究教学新的模式,按照“捕捉灵感→探究创新→实验论证→分析归纳”四个阶段的设计,将创新、创造发明的过程置于探究教学之中。如本文原电池引入的设计:旧知中热能的转换形式是否还有其他形式?对放热反应进行研究,发现氧化还原反应有电子转移,把电子转移的箭号当作导线,学生很快就能想到导线中有电流,灯泡发亮,实现化学能转化为电能。这样的设计很自然,在熟悉的环境中寻找创新,在旧知研磨中捕捉灵感,学生学会了就可以自己开拓创新。假如按常规设计:让锌插入稀硫酸中看是否有气泡产生,再插入铜片看是否有气泡,再用导线将锌、铜连接看铜片是否有气泡,为什么铜片上有气泡?再接入电流计发现有电流,原来是有电子转移。这样的探究是学生按提示盲目地跟着教师走,离开教师就无法寻找素材,这样的探究仅仅是思维训练,学而不能用,学而无法用,没有实现真正的探究价值。
(2)关于原电池工作原理及探究的论证
相同电极为什么不能构成原电池?电池反应为何能发生?为什么置换反应粗锌比纯锌好?这些问题在教学中教师应作必要的解释,这是不可忽视的。它解决了氧还反应的本质――“得失电子”为什么会发生的道理。笔者巧妙地引入了虹吸现象作类比进行教学,降低了知识的难度,不失为成功的范例。至于“电势能”概念的引入,类比“势能”,学生亦较容易接受,可以试用。教师教学用书也有这样的叙述“作电极,产生电势(位)差。[4]”, 在这里举出,证明作者使用“电势能”的概念不失偏颇。
(3)关于“原电池构成条件”的论证
关于原电池构成,目前权威杂志介绍的范例大致有这样两个版本:
如《化学教学》2009年第7期第50页介绍[6]:
“表1 构成条件:①活泼性不同的两电极。②电解质溶液。③形成一个闭合回路。”
再如《中学化学教学参考》2009年8期第31页[7]介绍:
“[投影]原电池的构成条件:①一般来说,两种活性不同的导体(如一种金属和另一种金属或非金属导体)构成电极。②电极插入电解质溶液。③构成闭合回路。④在电极表面上能发生自发进行的氧化还原反应。”
教师教学用书也有“连接两极的导体。形成闭合回路,引出电流”的叙述[4]。还有人把“隔膜和外壳”也作为条件,这给学生、教师在学习、使用中产生混乱,有必要作出统一论证。
笔者认为只需要原电池构成的三个主要部件,即①负极、②正极、③电解质溶液,简洁明了,突出重点,便于学生掌握理解。在有关内容的解题中也证明有这三条就足够了,如课后习题第4题[5](参见思考题2),学生只要使用原电池构成的三个主要部件,即①负极、②正极、③电解质溶液就可直接确定答案选“C”。
关于“闭合回路”的条件,笔者认为不正确。“闭合回路”只能说是原电池工作的条件,不工作,没有电流产生,但不能说不工作的电池不是电池,市售的电池都是没有接通,其不在工作时,难道不是电池?
参考资料:
[1]课程教材研究所.化学2(必修),普通高中课程标准试验教科书[S]. 北京:人民教育出版社,2007:33.
[2]课程教材研究所.化学2(必修),普通高中课程标准试验教科书[S]. 北京:人民教育出版社,2007:40.
[3]课程教材研究所.化学2(必修),普通高中课程标准试验教科书[S]. 北京:人民教育出版社,2007:41.
[4]课程教材研究所.化学2(必修)教师教学用书,普通高中课程标准试验教科书[S]. 北京:人民教育出版社,2007:31.
[5]课程教材研究所.化学2(必修),普通高中课程标准试验教科书[S]. 北京:人民教育出版社,2007:454.
[6]谢静静,史定海.苏教版必修2“化学能转化为电能”教学设计.化学教学,2009,07:49～50.
[7]李蓉.在新课改背景下“化学能转化为电能”的创新教学设计. 中学化学教学参考,2009,08:15,31.
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