創(chuàng)新談原電池的教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要:本文以原電池教學(xué)導(dǎo)入為例，研究“創(chuàng)新型探究教學(xué)”的方式、方法，注重新知識、新理論的產(chǎn)生和形成過成，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。按照“捕捉靈感→探究創(chuàng)新→實(shí)驗(yàn)論證→分析歸納”四個階段的設(shè)計(jì)，立意在于倡導(dǎo)探究教學(xué)新的模式，將創(chuàng)新、創(chuàng)造發(fā)明的過程置于探究教學(xué)之中。

關(guān)鍵詞:原電池;探究教學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號:1005-6629(2010)08-0044-04 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

[設(shè)計(jì)理念]

以學(xué)生為中心，以科學(xué)探究為主線，采用“捕捉靈感→探究創(chuàng)新→實(shí)驗(yàn)論證→分析歸納”的研究型教學(xué)模式，注重新知識、新理論的產(chǎn)生和形成過成，引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)習(xí)、工作、生活的實(shí)踐，走進(jìn)科學(xué)研究的殿堂，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。

[教學(xué)目標(biāo)]

①掌握原電池的構(gòu)成條件，理解原電池的工作原理，能正確判斷原電池的正負(fù)極，正確書寫電極反應(yīng)式、電池反應(yīng)式，能根據(jù)氧化還原原理和原電池的構(gòu)成條件設(shè)計(jì)簡單的原電池。

②通過“創(chuàng)新型探究教學(xué)”的學(xué)習(xí)，體驗(yàn)科學(xué)探究的方法，激發(fā)科學(xué)探索興趣，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新思維能力;③在自主探究、合作交流中感受學(xué)習(xí)快樂和成功喜悅，增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)的反思和自我評價(jià)能力。

[教學(xué)手段]多媒體教學(xué)，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)與教師演示實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。

[教學(xué)模式與教學(xué)方法]實(shí)驗(yàn)法、探究法、對比法;采用“捕捉靈感→探究創(chuàng)新→實(shí)驗(yàn)論證→分析歸納”的“創(chuàng)新型探究教學(xué)”模式。

[教學(xué)思路與教學(xué)過程]

1 在舊知研磨中捕捉靈感

[師]:[復(fù)習(xí)引入]:在第一節(jié)課中，我們研究了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能、光能，如燃燒反應(yīng)就是發(fā)光、發(fā)熱的表現(xiàn)。請同學(xué)們回顧實(shí)驗(yàn)(2-1)[1] 鋁與鹽酸反應(yīng)，這是一個放熱反應(yīng)，其化學(xué)能還有沒有其他轉(zhuǎn)化形式呢?在研究氧化還原反應(yīng)(如鋅與稀硫酸)中我們是否有所發(fā)現(xiàn)?請寫出鋅與稀硫酸氧化還原反應(yīng)分析式:

[生]:

[師]:用電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目表示?

[師]:請同學(xué)們注意觀察、并描述電子轉(zhuǎn)移的情況，提醒同學(xué)們注意發(fā)揮靈感，捕捉創(chuàng)新思維的火花。

[生]:電子由Zn流向H+，(靈感)有電流產(chǎn)生!

[評注]源于平凡的生活、學(xué)習(xí)，偉大的創(chuàng)新在于靈感捕捉。引入設(shè)計(jì)令人耳目一新。

2 在探究教學(xué)中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新

[師]:啟發(fā):假若把箭號當(dāng)成導(dǎo)線，接入燈泡會怎樣?

[生]:燈泡應(yīng)該發(fā)亮，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能!

[師]:啟發(fā):怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置?把箭號換成導(dǎo)線，如圖，鋅片→接導(dǎo)線→接入燈泡→接導(dǎo)線→插入稀硫酸(H+)溶液: (作者注:設(shè)計(jì)猜想，不是實(shí)驗(yàn))

[評注]創(chuàng)新之路如此輕巧，激勵學(xué)生勇于探索，為學(xué)生及年輕教師創(chuàng)新之路提供成功范例。

3 在實(shí)驗(yàn)論證中完成創(chuàng)造

[師]:[演示實(shí)驗(yàn)1]按照上面的設(shè)計(jì)安裝實(shí)驗(yàn)，即課文實(shí)驗(yàn)(2-4)[2]。

[生]:結(jié)論:燈泡發(fā)亮(或電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn))。

[師]:這個能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的容器(池)被稱為電池——電池的原型——原電池。(作驚訝狀)同學(xué)們，我們發(fā)明了原電池!可惜我們領(lǐng)不到專利，200多年前意大利物理學(xué)家伏打首次發(fā)明了伏打電池。

[師]:[播放課件]伏打電池的發(fā)明:

1780 年，著名的意大利醫(yī)師、生物學(xué)家伽伐尼，偶然發(fā)現(xiàn)掛在窗前鐵柵欄的銅鉤上的青蛙腿肌肉，每當(dāng)碰到鐵柵欄就猛烈地收縮一次。這偶然的現(xiàn)象并沒有被伽伐尼放過，經(jīng)不懈的探索和思考，第一個提出了“生物電”的見解，于1791 年將此實(shí)驗(yàn)結(jié)果公布于學(xué)術(shù)界。他認(rèn)為:青蛙神經(jīng)和肌肉是兩種不同的組織，帶有相反電荷，所以兩者存在著電位差，一旦用導(dǎo)電材料將兩者接通，就有電流通過，鐵柵欄和銅鉤在此接通了電路，于是有電流產(chǎn)生，由于有動物電流的刺激，蛙腿肌肉發(fā)生收縮。

“生物電”的發(fā)現(xiàn)引起了意大利物理學(xué)家伏打的極大興趣，他在多次重復(fù)伽伐尼的“生物電”實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵在于其中的兩種金屬——鐵和銅，若把鉤著蛙腿的銅鉤換成鐵鉤，肌肉就不會收縮。他認(rèn)為“生物電”的實(shí)質(zhì)是金屬屬性不同造成的，不同金屬帶有不同的電量，它們之間必然存在電位差，若有導(dǎo)線在中間連接，就會產(chǎn)生電流，蛙腿的收縮正是這種原因產(chǎn)生的電流刺激的結(jié)果。伏打經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，深入鉆研，1799 年第一個人造電源——伏打電池問世。

[評注]了解科學(xué)家，學(xué)做科學(xué)家。讓學(xué)生了解科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)與艱辛，激發(fā)科學(xué)探索興趣，培養(yǎng)嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度。

[生]:[學(xué)生實(shí)驗(yàn)1]探究實(shí)驗(yàn)[3]:每兩人一組，根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺上的儀器和藥品組裝:將金屬片(鋅片、鐵片、銅片若干)用導(dǎo)線連接后插入水果中，將音樂卡串聯(lián)在線路中，觀察會有什么現(xiàn)象發(fā)生?(教師巡視各組使用鋅片、鐵片、銅片做兩極的實(shí)驗(yàn)情況)。

[師]:請大家總結(jié):有什么現(xiàn)象發(fā)生?

[生]:出現(xiàn)兩種結(jié)果:

①一部分音樂卡發(fā)聲;

②另有部分音樂卡不發(fā)聲。

[師]:①音樂卡發(fā)聲說明什么?為什么?

②音樂卡不發(fā)聲， 又為什么?

[生]:音樂卡發(fā)聲說明有電流產(chǎn)生。

[評注]培養(yǎng)動手能力。此實(shí)驗(yàn)探究具有一定的開放性，讓學(xué)生在試誤中習(xí)得知識，通過討論交流分享探究成果。

4 在分析歸納中升華技能

[師]:這節(jié)課我們一起來研究原電池工作的原理。

[師生]:總結(jié):

[師]:總結(jié):原電池就是這樣一種裝置，它把一個氧化還原反應(yīng)分拆成兩部分，使之分別在兩個電極上進(jìn)行，從而在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)變;反過來，氧化還原反應(yīng)如置換反應(yīng)，

是以原電池反應(yīng)為基礎(chǔ)的，原電池反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)特征。如何理解這句話，請思考另一部分同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，音樂卡為什么不發(fā)聲?

[評注]強(qiáng)調(diào)內(nèi)在條件，有利于學(xué)生把握實(shí)質(zhì)、前后呼應(yīng)，注重知識的產(chǎn)生過程;通過變換情境、追問，使學(xué)生進(jìn)一步理解氧還反應(yīng)的本質(zhì)。

[師]:探究:請大家重新比較、分析用水果制作的原電池，為什么有的組制作的電池有電流產(chǎn)生，而有的組制作的電池沒有電流產(chǎn)生?找出癥結(jié)所在。

[生]:電極用同一種材料并連接，音樂卡不發(fā)聲;用不同材料并連接，音樂卡發(fā)聲。

[師]:參考圖2所示，請比較:“虹吸現(xiàn)象”:高勢能的水可以流向低處，若兩物體同高(勢能差為零)則水不流動;同樣，活潑金屬的電子可以流向較不活潑金屬，因?yàn)樗泊嬖趧菽懿睢妱菽懿睿妱菽懿钍窃姵毓ぷ髟淼谋举|(zhì)特征。所以，Zn—Cu電池有電流是因?yàn)橛须妱菽懿睿琙n—Zn電池?zé)o電流是因?yàn)殡妱菽懿顬榱恪＿@種現(xiàn)象類比“虹吸現(xiàn)象”可稱為“電池現(xiàn)象”。

[評注]采用對比法有效探究氧還反應(yīng)的本質(zhì)——電子得失為什么會發(fā)生的原因，同時(shí)對微粒間的氧還反應(yīng)作用有更深刻的認(rèn)識。知識技能在此得到升華。

[師]:由此請同學(xué)們思考:

思考題1:鋅與稀硫酸反應(yīng)制氫氣是純鋅好還是不純好?理論上純鋅能否產(chǎn)生氫氣?

[生]:回答:粗鋅較好，這樣形成原電池越多，產(chǎn)生的氫氣越快。理論上在同一濃度電解質(zhì)溶液中，純鋅是不能產(chǎn)生氫氣的，因?yàn)椴痪邆湔⒇?fù)兩極，沒有形成原電池。

[師]:所以說，原電池反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)特征， 它揭示了氧化還原反應(yīng)為什么會得失電子的原因，有了原電池反應(yīng)的發(fā)生，才實(shí)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)。

[師]:由上述的實(shí)驗(yàn)及討論，請大家總結(jié)，原電池的構(gòu)成條件是什么?

[師生]:討論、總結(jié)。

[師]:板書:

[評注]指出原電池構(gòu)成條件的三個主要部件，簡潔明了，突出重點(diǎn)。

[師]:思考題2:課后習(xí)題第4題[5]: 指出下列哪組材料不能組成原電池的是:

[生]:答案:選C。

[教學(xué)反思與設(shè)計(jì)論證]

(1)關(guān)于課題立意準(zhǔn)確性的論證

探究教學(xué)應(yīng)體現(xiàn)創(chuàng)新特征。探究教學(xué)不應(yīng)僅僅表現(xiàn)在形式上的分析探求，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生如何去尋找分析的素材，探求的目標(biāo)，把探究教學(xué)模式上升為研究型，為學(xué)生的開拓思維訓(xùn)練提供操作平臺，甚至能為年輕教師科研課題的挖掘開辟一條新路。“創(chuàng)新是探究教學(xué)的靈魂”，立意在于倡導(dǎo)探究教學(xué)新的模式，按照“捕捉靈感→探究創(chuàng)新→實(shí)驗(yàn)論證→分析歸納”四個階段的設(shè)計(jì)，將創(chuàng)新、創(chuàng)造發(fā)明的過程置于探究教學(xué)之中。如本文原電池引入的設(shè)計(jì):舊知中熱能的轉(zhuǎn)換形式是否還有其他形式?對放熱反應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)有電子轉(zhuǎn)移，把電子轉(zhuǎn)移的箭號當(dāng)作導(dǎo)線，學(xué)生很快就能想到導(dǎo)線中有電流，燈泡發(fā)亮，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。這樣的設(shè)計(jì)很自然，在熟悉的環(huán)境中尋找創(chuàng)新，在舊知研磨中捕捉靈感，學(xué)生學(xué)會了就可以自己開拓創(chuàng)新。假如按常規(guī)設(shè)計(jì):讓鋅插入稀硫酸中看是否有氣泡產(chǎn)生，再插入銅片看是否有氣泡，再用導(dǎo)線將鋅、銅連接看銅片是否有氣泡，為什么銅片上有氣泡?再接入電流計(jì)發(fā)現(xiàn)有電流，原來是有電子轉(zhuǎn)移。這樣的探究是學(xué)生按提示盲目地跟著教師走，離開教師就無法尋找素材，這樣的探究僅僅是思維訓(xùn)練，學(xué)而不能用，學(xué)而無法用，沒有實(shí)現(xiàn)真正的探究價(jià)值。

(2)關(guān)于原電池工作原理及探究的論證

相同電極為什么不能構(gòu)成原電池?電池反應(yīng)為何能發(fā)生?為什么置換反應(yīng)粗鋅比純鋅好?這些問題在教學(xué)中教師應(yīng)作必要的解釋，這是不可忽視的。它解決了氧還反應(yīng)的本質(zhì)——“得失電子”為什么會發(fā)生的道理。筆者巧妙地引入了虹吸現(xiàn)象作類比進(jìn)行教學(xué)，降低了知識的難度，不失為成功的范例。至于“電勢能”概念的引入，類比“勢能”，學(xué)生亦較容易接受，可以試用。教師教學(xué)用書也有這樣的敘述“作電極，產(chǎn)生電勢(位)差。[4]”， 在這里舉出，證明作者使用“電勢能”的概念不失偏頗。

(3)關(guān)于“原電池構(gòu)成條件”的論證

關(guān)于原電池構(gòu)成，目前權(quán)威雜志介紹的范例大致有這樣兩個版本:

如《化學(xué)教學(xué)》2009年第7期第50頁介紹[6]:

“表1 構(gòu)成條件:①活潑性不同的兩電極。②電解質(zhì)溶液。③形成一個閉合回路。”

再如《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》2009年8期第31頁[7]介紹:

“[投影]原電池的構(gòu)成條件:①一般來說，兩種活性不同的導(dǎo)體(如一種金屬和另一種金屬或非金屬導(dǎo)體)構(gòu)成電極。②電極插入電解質(zhì)溶液。③構(gòu)成閉合回路。④在電極表面上能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。”

教師教學(xué)用書也有“連接兩極的導(dǎo)體。形成閉合回路，引出電流”的敘述[4]。還有人把“隔膜和外殼”也作為條件，這給學(xué)生、教師在學(xué)習(xí)、使用中產(chǎn)生混亂，有必要作出統(tǒng)一論證。

筆者認(rèn)為只需要原電池構(gòu)成的三個主要部件，即①負(fù)極、②正極、③電解質(zhì)溶液，簡潔明了，突出重點(diǎn)，便于學(xué)生掌握理解。在有關(guān)內(nèi)容的解題中也證明有這三條就足夠了，如課后習(xí)題第4題[5](參見思考題2)，學(xué)生只要使用原電池構(gòu)成的三個主要部件，即①負(fù)極、②正極、③電解質(zhì)溶液就可直接確定答案選“C”。

關(guān)于“閉合回路”的條件，筆者認(rèn)為不正確。“閉合回路”只能說是原電池工作的條件，不工作，沒有電流產(chǎn)生，但不能說不工作的電池不是電池，市售的電池都是沒有接通，其不在工作時(shí)，難道不是電池?

參考資料:

[1]課程教材研究所.化學(xué)2(必修)，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書[S]. 北京:人民教育出版社，2007:33.

[2]課程教材研究所.化學(xué)2(必修)，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書[S]. 北京:人民教育出版社，2007:40.

[3]課程教材研究所.化學(xué)2(必修)，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書[S]. 北京:人民教育出版社，2007:41.

[4]課程教材研究所.化學(xué)2(必修)教師教學(xué)用書，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書[S]. 北京:人民教育出版社，2007:31.

[5]課程教材研究所.化學(xué)2(必修)，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書[S]. 北京:人民教育出版社，2007:454.

[6]謝靜靜，史定海.蘇教版必修2“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”教學(xué)設(shè)計(jì).化學(xué)教學(xué)，2009，07:49～50.

[7]李蓉.在新課改背景下“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”的創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì). 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2009，08:15，31.