循序漸進地探究 輕松學好原電池原理
2007-12-31 00:00:00楊慶榮
成才之路 2007年23期
摘要：對原電池原理的清晰認識和正確理解將影響到整個電化學知識體系的學習，教師循序漸進地引導實驗探究和由淺入深的理論分析，是學生輕松學好原電池原理的關鍵。
關鍵詞：循序漸進；探究；原電池原理
一、 問題的提出
關于電化學知識的學習歷來是中等學校化學教與學中的一大難點。究其原因，是學生對電子流向及溶液中H+等陰陽離子的定向移動感到困惑所致。要解決好這個問題，關鍵是在原電池原理教學的入門上，應遵從循序漸進的規律，使學生真正弄懂電子的流向和溶液中H+等離子的移動方向，樹立起信心，以免將來帶著疑問學習新知識和思考新問題。
常見的教學套路，大多是從Zn－Cu－稀H2SO4原電池實驗出發，將一塊銅片和一塊鋅片平行地插入盛有稀硫酸的燒杯中，可以看到鋅片上有氣泡產生，銅片上沒有氣泡產生。再用導線把銅片和鋅片連接起來，觀察銅片上有沒有氣泡產生？在導線中間接入一個電流計，觀察電流計的指針是否發生偏轉？
實驗分析：用導線連接銅片和鋅片后，鋅片不斷溶解，銅片上有氣泡產生，電流計的指針發生偏轉，說明導線中有電流通過。再接下來就是關于電子流向、氧化還原反應的分析，最終導出原電池的概念：把化學能轉化為電能的裝置叫做原電池。然后是配套練習，在一連串的有關燒杯——電極——電解液的裝置中，判斷是否原電池及電池的正負極、電子流向、電流方向、電極的反應和現象。
以上教學工作思路，似乎嚴密合理。但在實際教學過程中我們還是發現總有那么一些平時成績較好的學生眼光飄忽不定，或低頭看書，或作若有所思狀。對于老師所提出的問題他們要么不敢回答，要么答錯。可見他們陷入了困境。那么問題出在哪里呢？就出在實驗現象本身與理論描述反差太大所造成的疑問上。真實的反應現象是：組成原電池后，鋅片上有大量的氣泡逸出，現象很明顯；而在銅片上只有少量的甚至微量的小氣泡逸出，現象比鋅片上弱多了。明明是鋅片和銅片上同時產生氣泡，而且鋅片上的氣泡還更多，老師卻只顧分析銅片上的氣泡，根本不管大量冒氣泡的鋅片。如此理論描述與實驗事實的巨大反差，必然使得一部分愛思考的學生出于探究本能情不自禁地產生疑問，思路不再跟著老師走，自己低下頭來看書尋找答案。而所有的教科書上卻總是告訴學生：“構成原電池后，銅片上有氣泡產生，鋅片上不再產生氣體。”老師所言及書本理論與實驗事實之間的反差如此之大，難免會使愛思考的學生感到困惑，難免要使愛思考的學生走神，難免要影響到整體的教學效果。
二、 問題的解決
1. 理論依據
“我國早在《學紀》中就有‘學不躐等’和‘不陵節而施’的說法，意思是教學要按教材的邏輯系統進行，不能越級而進。……教學的循序漸進原則是科學知識本身的特點決定的。任何科學知識都具有嚴密的邏輯系統，教學如果違背了這一系統，學生只能獲得零散的知識，這對未來的工作和進一步深造都將造成很大的困難。同時，學生在學習過程中一般是沿著從已知到未知，從簡單到復雜，從生疏到熟練的順序進行的，所以循序漸進原則也是學生認識規律的反映。”“教學要從學生原有的水平出發，由淺入深，由易到難，由近及遠，由簡到繁，逐步提高。”要想解決好上述問題，一定要遵從循序漸進的學習規律。最好的方法就是不要過早地讓學生看到鋅片上產生大量的氣泡，造成先入為主的印象，從而使學生的注意力一直滯留在鋅片表面為什么還有氣泡產生上而苦思冥想徘徊不前。
2. 操作方法
在盛有稀硫酸的燒杯上貼上一張標簽，在標簽上寫上“稀H2SO4”字樣，標簽的大小以遮住燒杯外圍的一半為宜，明確告知學生燒杯里盛有稀硫酸。實驗時，先將貼有標簽的一面背向學生（即標簽朝向黑板），在燒杯里平行插入一塊銅片和一塊鋅片。使學生看到鋅片上有氣泡產生，銅片上沒有氣泡產生。接下來提問設疑：“如果用導線把銅片和鋅片連接起來，請大家想一想，銅片上是否有氣泡產生？”（注意：①實驗前要用砂紙把各連接點重新打磨，盡量避免氧化層所造成的電阻影響，以便電流順暢通過；②如果把鋅片換成鋁片，則銅片上的氣泡會更明顯的，不妨一試。）學生看到銅片上有明顯的氣泡生成，電流計的指針發生偏轉（而鋅片則由于被標簽遮住了，學生的注意力暫時不再延伸）。馬上停止實驗，緊接著分析銅片上產生氣泡的原因：鋅是活潑金屬，容易失去電子。失去的電子通過導線流向銅片，使銅片變成一個帶負電的導體，溶液中帶正電的H+定向移動到銅片上得電子，被還原成氫原子，氫原子相互結合成氫氣分子從銅片上逸出。邊描述邊作圖或打幻燈片。緊接著討論：“那么鋅片上有沒有氫氣產生呢？”
（停頓兩分鐘）答疑：一方面，由于鋅原子失去電子后，形成Zn2+，環繞在鋅片的周圍形成帶正電的陽離子圈，H+受其排斥，難以接近鋅片；而另一方面由于鋅片上的電子沿導線流入銅片上，使銅片變成一個帶負電的導體，吸引著帶正電的H+，所以H+必然定向運動到銅片上得電子，生成H2。鋅片上不應該再有氫氣生成了。緊接著導出原電池的定義：把化學能轉化為電能的裝置叫做原電池。
板書：鋅片：氧化反應，Zn-2e-=Zn2+作負極
銅片：還原反應，2H++2e-=H2↑作正極
接下來，再請同學們看看鋅片上的反應是否真的如剛才所分析的那樣，不產生氫氣呢？然后做實驗（此時把燒杯上貼有紙的一面向著黑板，讓學生完整地觀察到實驗現象）。實驗現象：銅片上有氣泡逸出，鋅片上仍有大量的氣泡逸出。分析：由于鋅片不純，鋅片的表面有許多不活潑的金屬如Pb、Bi、Cu、Sn等或炭的雜質微粒與鋅片構成了許許多多的微小的局部原電池，因此在鋅片對外供電的時候，鋅片上的許許多多的微小原電池也同時工作，大量地還原H2，產生H2。討論：“溶液中除了H+外還存在哪些離子？構成原電池后它們將如何運動？”最后答疑：“溶液中除了H+外還存在SO42-和OH-，它們將向鋅片定向移動；新生成的Zn2+將向銅片定向移動。”
三、 教學效果分析
原電池原理教學中所用的Zn－Cu－稀H2SO4原電池在工作時，實際上是兩種原電池同時工作，即Zn－Cu－稀H2SO4原電池和Zn－雜質－稀H2SO4原電池一起作用，且后者現象明顯強于前者。如果教師只顧一相情愿地探究Zn－Cu－稀H2SO4原電池原理，忽視Zn－雜質－稀H2SO4原電池所造成的視覺沖擊，則后者所產生的無意注意就有可能沖垮教師苦心經營的有意注意。
相比之下，經過以上這么一番由淺入深、循序漸進的實驗探究和討論分析后，絕大多數學生對原電池的原理都有了清晰的認識和深刻的理解。同時也為接下來學習金屬的電化學腐蝕做好了鋪墊，并為學生輕松學好電化學知識掃清了前進道路上的一大障礙。
四、 結論
在日常的教學工作中，按照科學的邏輯系統和學生認識發展的規律順序進行教學，使學生系統地掌握基礎知識和基本技能，養成周密的思維能力，那么平時枯燥的學習就將變得更加輕松有趣和水到渠成了。
參考文獻：
[1] 傅道春.教育學.高等教育出版社，2000.
[2] 中學化學教學問題參考.福建師范大學化學系，1977.
[3] 孫錫鳳，黎虹.轉換學習方式培養科學素養.中學化學教學參考，2006（9）.
