以“電子轉(zhuǎn)移”統(tǒng)領(lǐng)原電池教學(xué)設(shè)計(jì)

楊德紅

摘要：從原電池裝置中電流的產(chǎn)生原理和條件出發(fā)，緊緊圍繞“電子轉(zhuǎn)移”這個(gè)核心問(wèn)題統(tǒng)領(lǐng)課堂教學(xué)，注重觀察與體驗(yàn)、思考與探究、理解與表達(dá)、類(lèi)比與聯(lián)系等主要教學(xué)環(huán)節(jié)，從“電子轉(zhuǎn)移”中感悟“宏觀與微觀、現(xiàn)象與本質(zhì)、物質(zhì)與能量”等辯證統(tǒng)一的化學(xué)思維方法。

關(guān)鍵詞：原電池；電子轉(zhuǎn)移；氧化還原反應(yīng)；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005–6629（2014）6–0037–04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 教學(xué)背景及設(shè)計(jì)意圖

這是一節(jié)高一“原電池”的新課（上海科學(xué)技術(shù)出版社）教學(xué)，從教學(xué)內(nèi)容本身看，知識(shí)的理解難度相對(duì)較大，內(nèi)容涉及電解質(zhì)溶液（在“開(kāi)發(fā)海水中的鹵素資源”單元已補(bǔ)充）、氧化還原反應(yīng)和物理學(xué)（電學(xué)）知識(shí)及實(shí)驗(yàn)，如電流的方向、產(chǎn)生條件及其檢測(cè)等；從高一階段學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)看，他們處于化學(xué)學(xué)科思想與方法培養(yǎng)的關(guān)鍵期，思維活躍，對(duì)新知識(shí)充滿(mǎn)好奇，但在實(shí)驗(yàn)觀察、探究、設(shè)計(jì)等方面的能力還有待提高；從教材安排與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)看，該內(nèi)容屬“剖析物質(zhì)變化中的能量變化”單元知識(shí)，教學(xué)中一直注重從物質(zhì)變化與能量變化的角度展開(kāi)教學(xué)，注重宏觀變化，相對(duì)弱化了“電子轉(zhuǎn)移”這一微觀本質(zhì)，從而可能造成部分學(xué)生對(duì)原電池的工作原理理解不足。例如知道原電池是利用氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，但在具體理解原電池裝置如何實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化（原理）、為什么可以轉(zhuǎn)化（本質(zhì)）、轉(zhuǎn)化的必要條件（構(gòu)成條件）等存在困難。為此，筆者嘗試從氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)“電子轉(zhuǎn)移”出發(fā)，設(shè)計(jì)了與“電子轉(zhuǎn)移”相關(guān)的十個(gè)問(wèn)題，層層遞進(jìn)、逐步深入，統(tǒng)領(lǐng)原電池教學(xué)。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）知識(shí)與技能：理解原電池的工作原理，知道原電池的構(gòu)成條件與概念。

（2）過(guò)程與方法：學(xué)生通過(guò)觀察宏觀現(xiàn)象，分析微觀本質(zhì)，感悟從“宏觀到微觀”的化學(xué)思維方法。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)對(duì)銅鋅原電池的工作原理與構(gòu)成條件的學(xué)習(xí)，體驗(yàn)“電子轉(zhuǎn)移”的奇妙與科學(xué)價(jià)值，感受“電子轉(zhuǎn)移”過(guò)程中物質(zhì)變化與能量變化的辯證統(tǒng)一。

3 教學(xué)流程與說(shuō)明

4 教學(xué)過(guò)程實(shí)錄

[課題引入]前面我們剛學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)，它與非氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)區(qū)別是什么？

[學(xué)生回答]電子轉(zhuǎn)移。

[教師]大家想，若能設(shè)計(jì)一種裝置使電子持續(xù)地定向流動(dòng)起來(lái)，結(jié)果會(huì)怎樣呢？

[學(xué)生回答]形成電流。

[教師]這樣能形成電流的裝置，就可以作為提供電能的電源。今天我們就要學(xué)習(xí)一類(lèi)最原始的電源-原電池（primary battery）。

4.1 觀察與體驗(yàn)：電子轉(zhuǎn)移是肉眼看不見(jiàn)的，我們是否能通過(guò)實(shí)驗(yàn)感受它的存在

[教師]讓我們動(dòng)手做兩個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。（介紹試劑、實(shí)驗(yàn)方法，注意觀察、將現(xiàn)象記錄在學(xué)案上）

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)1]將銅片和鋅片先后平行放入盛有稀硫酸的燒杯中，分別有什么現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)中邊觀察、邊把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄在學(xué)案的表格中。

[學(xué)生交流現(xiàn)象]銅片上無(wú)現(xiàn)象；鋅片上有氣泡、溶解；溶液顏色無(wú)變化。

[教師]為什么？

[學(xué)生解釋] Zn比H活潑，可與硫酸反應(yīng)，Cu沒(méi)有H活潑，不能與酸反應(yīng)。

[教師]很好，我們一起來(lái)回憶一下金屬活潑性順序表。

[板書(shū)]金屬活潑性順序表：

K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au

[教師] Zn與稀硫酸的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)嗎？

[學(xué)生回答]是。

[教師]為什么？

[學(xué)生回答]置換反應(yīng)有化合價(jià)升降，一定是氧化還原反應(yīng)。

[教師]請(qǐng)同學(xué)們寫(xiě)出Zn與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式并畫(huà)出電子轉(zhuǎn)移方向與數(shù)目。

[學(xué)生表達(dá)] Zn+2H+→Zn2++H2↑

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)2]銅片和鋅片上部交叉接觸放在燒杯中，再觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[學(xué)生交流現(xiàn)象]銅片上出現(xiàn)大量氣泡、不溶解；鋅片溶解、氣泡少；溶液顏色無(wú)變化。

[教師]如何解釋上述現(xiàn)象？接觸時(shí)銅片上為什么會(huì)產(chǎn)生大量氣泡？（討論）

[引導(dǎo)]大量氣泡說(shuō)明Cu片上不斷有H2產(chǎn)生，說(shuō)明氫離子在銅片上得到電子。電子來(lái)自誰(shuí)？

[學(xué)生回答]來(lái)自于鋅片，鋅片失去電子，大量電子轉(zhuǎn)移到Cu片上，H+到Cu片上得到電子。

[教師]這能否認(rèn)為Cu與稀硫酸反應(yīng)呢？

[學(xué)生回答]不可能，因?yàn)槭紫茹~在金屬活動(dòng)性順序表中位于H后；其次，若銅片反應(yīng)，則Cu片會(huì)溶解，同時(shí)溶液會(huì)變藍(lán)色，與事實(shí)不符。

4.2 思考與探究：既然有電子轉(zhuǎn)移，我們能否用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明電子轉(zhuǎn)移（提問(wèn)后引導(dǎo)）

[教師引導(dǎo)]電子轉(zhuǎn)移會(huì)產(chǎn)生電流，檢測(cè)是否有電流。

[學(xué)生回答]串聯(lián)靈敏電流計(jì)看是否有電流。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)3]接上靈敏電流計(jì)觀察、把現(xiàn)象記錄在表格中。

[教師說(shuō)明]

1.注意電流計(jì)的使用（正極接2.4 kΩ一極）；

2.觀察電流計(jì)是否偏轉(zhuǎn)，偏向哪一極。

[學(xué)生交流]電流計(jì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏向Cu。

[教師]這說(shuō)明有電流生成，且Cu為正極、Zn為負(fù)極。有沒(méi)有同學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)電流計(jì)不偏轉(zhuǎn)的情況？有（三位同學(xué)舉手回答）。

[教師]什么時(shí)候會(huì)有？

[學(xué)生回答]當(dāng)Cu片、Zn片接觸時(shí)，電流計(jì)指針歸零。

[教師]對(duì)，同學(xué)們想過(guò)為什么嗎？

[學(xué)生回答]電子繞近路走了，不經(jīng)過(guò)電流計(jì)直接轉(zhuǎn)移到Cu片上。

[教師]因此，原電池裝置要形成電流，必須要使兩極分開(kāi)。

4.3 理解與表達(dá)：我們透過(guò)宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明了電流的產(chǎn)生，那么微觀的反應(yīng)是如何進(jìn)行的？為何能持續(xù)不斷地產(chǎn)生電流

[教師]請(qǐng)看反應(yīng)的模擬動(dòng)畫(huà)、觀察思考為什么會(huì)有電流、完成學(xué)案。

[教師引導(dǎo)]注意對(duì)比觀察開(kāi)路和閉合的現(xiàn)象（先看各個(gè)部分的變化現(xiàn)象，如Zn片、Cu片、G表、溶液；再綜合分析現(xiàn)象與本質(zhì)）。

斷開(kāi)：相當(dāng)于Cu、Zn單獨(dú)插入稀硫酸中，和前面實(shí)驗(yàn)對(duì)照，符合實(shí)際。

閉合：接入G表后，電流計(jì)偏轉(zhuǎn)，Zn、Cu、H2SO4溶液分別有何現(xiàn)象？

（學(xué)生觀看時(shí)，教師繪出銅鋅原電池裝置圖，隨后將利用裝置圖講解工作原理）

∴總反應(yīng)：Zn+2H+→Zn2++H2↑（氧化還原反應(yīng)）電子方向：鋅→G→銅（圖上標(biāo)示）

4.4 想象與類(lèi)比：為什么導(dǎo)線連接后電子會(huì)從Zn片轉(zhuǎn)移到Cu片上（學(xué)生猜想、回答）

[學(xué)生回答]金屬活動(dòng)性：Zn>H>Cu，活潑金屬失電子能力強(qiáng)。

[教師]有道理。請(qǐng)大家看一幅水流瀑布圖，可能就更好理解了。

水流→動(dòng)能：動(dòng)能來(lái)自勢(shì)能轉(zhuǎn)化（高處→低處）

同理：電子流動(dòng)→動(dòng)能：動(dòng)能來(lái)自電子的勢(shì)能（活潑金屬→相對(duì)不活潑金屬）

[學(xué)生回答]電子的勢(shì)能不同：Zn>H>Cu，電子從高勢(shì)能向低勢(shì)能移動(dòng)。

[教師總結(jié)]金屬活潑性差異越大，電子勢(shì)能差越大（此時(shí)電壓越大），電子轉(zhuǎn)移趨勢(shì)越大。

電流方向：銅→G→鋅，故銅為正極，鋅為負(fù)極（圖上標(biāo)示）。

電子從Zn片轉(zhuǎn)移到Cu片上，溶液中H+移動(dòng)到Cu片上獲得電子成為H2，Zn失去電子成為Zn2+從負(fù)極進(jìn)入溶液，使SO4 2-向負(fù)極移動(dòng)而形成閉合回路。這就是銅鋅原電池的工作原理。

為更好地理解它的工作原理，我們需分析銅鋅原電池裝置中各組成部分的作用。

4.5 分析與討論：你能否說(shuō)出銅鋅原電池各部分的作用（學(xué)生討論）

[學(xué)生回答、補(bǔ)充完善]

Zn—作負(fù)極、給電子

Cu—作正極，但本身不反應(yīng)、導(dǎo)電、與Zn活潑性差異（電勢(shì)差）

稀硫酸—提供得電子的微粒H+，導(dǎo)電

導(dǎo)線—連接正負(fù)極、傳遞電子導(dǎo)電

G表—檢測(cè)電流

[教師]想一想：要構(gòu)成一個(gè)原電池，以上裝置的各個(gè)組成部分是否唯一不可替代呢？

4.6 拓展與應(yīng)用：除了銅鋅稀硫酸原電池裝置外，你是否可以設(shè)計(jì)別的原電池（討論）

（1）其他不變，只改變Zn片，還可選擇 ；

（2）其他不變，只改變Cu片，還可選擇 ；

（3）其他不變，只改變H2SO4溶液，還可選擇

。

4.7 總結(jié)與歸納：構(gòu)成原電池需要哪些條件

[教師引導(dǎo)]構(gòu)成原電池的條件實(shí)質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)“電子轉(zhuǎn)移”的條件。

[原電池構(gòu)成條件]“構(gòu)成三要素”（學(xué)生回答，教師板書(shū)，修改完善）

（1）電極：兩種活潑性不同的金屬（或金屬與石墨）構(gòu)成，其中活潑金屬易失去電子，作負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬作正極。

（2）電解質(zhì)溶液：導(dǎo)電，并提供在正極得電子的微粒。

（3）閉合回路：導(dǎo)線連接或直接接觸并插入電解質(zhì)溶液中。

[理解與判斷]下面的裝置是否可以構(gòu)成原電池形成電流呢？

[教師]通過(guò)以上的分析，你能概括一下原電池的概念嗎？

學(xué)生1 原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

[教師]很好，還有同學(xué)能補(bǔ)充嗎？

學(xué)生2 原電池是通過(guò)氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

[教師]非常好。原電池反應(yīng)的原理是氧化還原反應(yīng)，結(jié)果是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，體現(xiàn)了物質(zhì)變化與能量變化的辯證統(tǒng)一。

4.9 反思與改進(jìn)：銅鋅原電池能否解決生活供電照明問(wèn)題

[教師]請(qǐng)大家看一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

[教師實(shí)驗(yàn)]這里有一個(gè)發(fā)光二極管（2V），接入銅鋅原電池裝置中，觀察現(xiàn)象。

[教師]二極管不亮（學(xué)生有點(diǎn)失望）。測(cè)量電壓，大約只有1.2V左右。有辦法讓它亮起來(lái)嗎？（學(xué)生表現(xiàn)積極）

[學(xué)生回答]把幾個(gè)原電池裝置串聯(lián)起來(lái)。

[教師]串聯(lián)當(dāng)然可以增大電壓，但裝置太復(fù)雜、麻煩。那么，我們能否運(yùn)用今天所學(xué)的知識(shí)通過(guò)更換電極來(lái)增大電壓呢？

[學(xué)生回答]電子勢(shì)能差越大、電壓越大，故Zn換成Mg，Cu換成石墨。

[教師實(shí)驗(yàn)]用Mg和石墨接入二極管（注意正負(fù)極）插入稀硫酸中，觀察現(xiàn)象。

[教師]二極管持續(xù)發(fā)光。

這說(shuō)明今天所學(xué)的銅鋅原電池確實(shí)可以供電，但還存在諸多不足，如攜帶不便，電壓小、電流不穩(wěn)定等，需要改進(jìn)。目前我們廣泛使用的電池有干電池（方便但不可重復(fù)使用），蓄電池如鋰電池、鉛電池（可反復(fù)使用但會(huì)污染環(huán)境），燃料電池（環(huán)保、原料便宜），太陽(yáng)能電池（綠色能源）等。其實(shí)，所有這些改進(jìn)，核心就是圍繞如何讓電子“更多、更久、更好”地轉(zhuǎn)移，從而造福我們偉大的人類(lèi)。望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，將來(lái)也能為科技進(jìn)步做出自己的貢獻(xiàn)。

[作業(yè)布置]完成學(xué)案。

5 教學(xué)反思

（1）嘗試“以電子轉(zhuǎn)移”統(tǒng)領(lǐng)原電池的教學(xué)設(shè)計(jì)，符合知識(shí)的邏輯順序和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。教學(xué)過(guò)程中線索清晰流暢，注重微觀與宏觀的統(tǒng)一，有利于加深學(xué)生對(duì)原電池的工作原理、構(gòu)成條件等內(nèi)容的理解。同時(shí)，對(duì)復(fù)習(xí)鞏固氧化還原反應(yīng)理論、深刻認(rèn)識(shí)“電子轉(zhuǎn)移”這一本質(zhì)也具有重要作用。校本習(xí)題檢測(cè)記錄證明本屆學(xué)生對(duì)原電池內(nèi)容的掌握程度明顯好于上屆，在區(qū)期末統(tǒng)測(cè)的小題得分統(tǒng)計(jì)顯示，我校有關(guān)原電池（第20題）和氧化還原反應(yīng)（第33題）試題的得分率，較同類(lèi)學(xué)校均值高出近22%。

（2）原電池的教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上感悟到“電子轉(zhuǎn)移”形成電流的事實(shí)，進(jìn)而探究原電池的工作原理，養(yǎng)成透過(guò)宏觀現(xiàn)象追尋微觀本質(zhì)的化學(xué)思維方法。

（3）課堂實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，原電池裝置各組成部分的作用分析是后續(xù)高效達(dá)成原電池構(gòu)成條件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；同時(shí)，在銅鋅原電池的基礎(chǔ)上，利用控制變量法設(shè)計(jì)其他原電池對(duì)啟迪學(xué)生思維、理解鞏固原電池原理十分有益，教學(xué)中學(xué)生思維活躍。

（4）在原電池的概念教學(xué)中，原電池反應(yīng)過(guò)程中的物質(zhì)變化與能量變化的分析是不可或缺的。通過(guò)師生共同分析，學(xué)生能充分感受并理解“電子轉(zhuǎn)移”過(guò)程中的物質(zhì)變化與能量變化的辯證統(tǒng)一關(guān)系，這也是“剖析物質(zhì)變化中的能量變化”單元教學(xué)的應(yīng)有之義。

（5）在最后的反思與改進(jìn)環(huán)節(jié)中，學(xué)生課前查閱了相關(guān)資料，但由于時(shí)間有限，學(xué)生沒(méi)能充分交流，感覺(jué)略有遺憾。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市教育委員會(huì).上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）[S].上海：上海教育出版社，2004：77.

[2]宋兆爽.“化學(xué)能與電能”的教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂生成[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（10）：38～39.

[3]魯戰(zhàn)勝，湯華森，王后雄.原電池中離子定向移動(dòng)的“推手”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，（11）：34～35.

4.3 理解與表達(dá)：我們透過(guò)宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明了電流的產(chǎn)生，那么微觀的反應(yīng)是如何進(jìn)行的？為何能持續(xù)不斷地產(chǎn)生電流

[教師]請(qǐng)看反應(yīng)的模擬動(dòng)畫(huà)、觀察思考為什么會(huì)有電流、完成學(xué)案。

[教師引導(dǎo)]注意對(duì)比觀察開(kāi)路和閉合的現(xiàn)象（先看各個(gè)部分的變化現(xiàn)象，如Zn片、Cu片、G表、溶液；再綜合分析現(xiàn)象與本質(zhì)）。

斷開(kāi)：相當(dāng)于Cu、Zn單獨(dú)插入稀硫酸中，和前面實(shí)驗(yàn)對(duì)照，符合實(shí)際。

閉合：接入G表后，電流計(jì)偏轉(zhuǎn)，Zn、Cu、H2SO4溶液分別有何現(xiàn)象？

（學(xué)生觀看時(shí)，教師繪出銅鋅原電池裝置圖，隨后將利用裝置圖講解工作原理）

∴總反應(yīng)：Zn+2H+→Zn2++H2↑（氧化還原反應(yīng)）電子方向：鋅→G→銅（圖上標(biāo)示）

4.4 想象與類(lèi)比：為什么導(dǎo)線連接后電子會(huì)從Zn片轉(zhuǎn)移到Cu片上（學(xué)生猜想、回答）

[學(xué)生回答]金屬活動(dòng)性：Zn>H>Cu，活潑金屬失電子能力強(qiáng)。

[教師]有道理。請(qǐng)大家看一幅水流瀑布圖，可能就更好理解了。

水流→動(dòng)能：動(dòng)能來(lái)自勢(shì)能轉(zhuǎn)化（高處→低處）

同理：電子流動(dòng)→動(dòng)能：動(dòng)能來(lái)自電子的勢(shì)能（活潑金屬→相對(duì)不活潑金屬）

[學(xué)生回答]電子的勢(shì)能不同：Zn>H>Cu，電子從高勢(shì)能向低勢(shì)能移動(dòng)。

[教師總結(jié)]金屬活潑性差異越大，電子勢(shì)能差越大（此時(shí)電壓越大），電子轉(zhuǎn)移趨勢(shì)越大。

電流方向：銅→G→鋅，故銅為正極，鋅為負(fù)極（圖上標(biāo)示）。

電子從Zn片轉(zhuǎn)移到Cu片上，溶液中H+移動(dòng)到Cu片上獲得電子成為H2，Zn失去電子成為Zn2+從負(fù)極進(jìn)入溶液，使SO4 2-向負(fù)極移動(dòng)而形成閉合回路。這就是銅鋅原電池的工作原理。

為更好地理解它的工作原理，我們需分析銅鋅原電池裝置中各組成部分的作用。

4.5 分析與討論：你能否說(shuō)出銅鋅原電池各部分的作用（學(xué)生討論）

[學(xué)生回答、補(bǔ)充完善]

Zn—作負(fù)極、給電子

Cu—作正極，但本身不反應(yīng)、導(dǎo)電、與Zn活潑性差異（電勢(shì)差）

稀硫酸—提供得電子的微粒H+，導(dǎo)電

導(dǎo)線—連接正負(fù)極、傳遞電子導(dǎo)電

G表—檢測(cè)電流

[教師]想一想：要構(gòu)成一個(gè)原電池，以上裝置的各個(gè)組成部分是否唯一不可替代呢？

4.6 拓展與應(yīng)用：除了銅鋅稀硫酸原電池裝置外，你是否可以設(shè)計(jì)別的原電池（討論）

（1）其他不變，只改變Zn片，還可選擇 ；

（2）其他不變，只改變Cu片，還可選擇 ；

（3）其他不變，只改變H2SO4溶液，還可選擇

。

4.7 總結(jié)與歸納：構(gòu)成原電池需要哪些條件

[教師引導(dǎo)]構(gòu)成原電池的條件實(shí)質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)“電子轉(zhuǎn)移”的條件。

[原電池構(gòu)成條件]“構(gòu)成三要素”（學(xué)生回答，教師板書(shū)，修改完善）

（1）電極：兩種活潑性不同的金屬（或金屬與石墨）構(gòu)成，其中活潑金屬易失去電子，作負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬作正極。

（2）電解質(zhì)溶液：導(dǎo)電，并提供在正極得電子的微粒。

（3）閉合回路：導(dǎo)線連接或直接接觸并插入電解質(zhì)溶液中。

[理解與判斷]下面的裝置是否可以構(gòu)成原電池形成電流呢？

[教師]通過(guò)以上的分析，你能概括一下原電池的概念嗎？

學(xué)生1 原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

[教師]很好，還有同學(xué)能補(bǔ)充嗎？

學(xué)生2 原電池是通過(guò)氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

[教師]非常好。原電池反應(yīng)的原理是氧化還原反應(yīng)，結(jié)果是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，體現(xiàn)了物質(zhì)變化與能量變化的辯證統(tǒng)一。

4.9 反思與改進(jìn)：銅鋅原電池能否解決生活供電照明問(wèn)題

[教師]請(qǐng)大家看一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

[教師實(shí)驗(yàn)]這里有一個(gè)發(fā)光二極管（2V），接入銅鋅原電池裝置中，觀察現(xiàn)象。

[教師]二極管不亮（學(xué)生有點(diǎn)失望）。測(cè)量電壓，大約只有1.2V左右。有辦法讓它亮起來(lái)嗎？（學(xué)生表現(xiàn)積極）

[學(xué)生回答]把幾個(gè)原電池裝置串聯(lián)起來(lái)。

[教師]串聯(lián)當(dāng)然可以增大電壓，但裝置太復(fù)雜、麻煩。那么，我們能否運(yùn)用今天所學(xué)的知識(shí)通過(guò)更換電極來(lái)增大電壓呢？

[學(xué)生回答]電子勢(shì)能差越大、電壓越大，故Zn換成Mg，Cu換成石墨。

[教師實(shí)驗(yàn)]用Mg和石墨接入二極管（注意正負(fù)極）插入稀硫酸中，觀察現(xiàn)象。

[教師]二極管持續(xù)發(fā)光。

這說(shuō)明今天所學(xué)的銅鋅原電池確實(shí)可以供電，但還存在諸多不足，如攜帶不便，電壓小、電流不穩(wěn)定等，需要改進(jìn)。目前我們廣泛使用的電池有干電池（方便但不可重復(fù)使用），蓄電池如鋰電池、鉛電池（可反復(fù)使用但會(huì)污染環(huán)境），燃料電池（環(huán)保、原料便宜），太陽(yáng)能電池（綠色能源）等。其實(shí)，所有這些改進(jìn)，核心就是圍繞如何讓電子“更多、更久、更好”地轉(zhuǎn)移，從而造福我們偉大的人類(lèi)。望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，將來(lái)也能為科技進(jìn)步做出自己的貢獻(xiàn)。

[作業(yè)布置]完成學(xué)案。

5 教學(xué)反思

（1）嘗試“以電子轉(zhuǎn)移”統(tǒng)領(lǐng)原電池的教學(xué)設(shè)計(jì)，符合知識(shí)的邏輯順序和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。教學(xué)過(guò)程中線索清晰流暢，注重微觀與宏觀的統(tǒng)一，有利于加深學(xué)生對(duì)原電池的工作原理、構(gòu)成條件等內(nèi)容的理解。同時(shí)，對(duì)復(fù)習(xí)鞏固氧化還原反應(yīng)理論、深刻認(rèn)識(shí)“電子轉(zhuǎn)移”這一本質(zhì)也具有重要作用。校本習(xí)題檢測(cè)記錄證明本屆學(xué)生對(duì)原電池內(nèi)容的掌握程度明顯好于上屆，在區(qū)期末統(tǒng)測(cè)的小題得分統(tǒng)計(jì)顯示，我校有關(guān)原電池（第20題）和氧化還原反應(yīng)（第33題）試題的得分率，較同類(lèi)學(xué)校均值高出近22%。

（2）原電池的教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上感悟到“電子轉(zhuǎn)移”形成電流的事實(shí)，進(jìn)而探究原電池的工作原理，養(yǎng)成透過(guò)宏觀現(xiàn)象追尋微觀本質(zhì)的化學(xué)思維方法。

（3）課堂實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，原電池裝置各組成部分的作用分析是后續(xù)高效達(dá)成原電池構(gòu)成條件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；同時(shí)，在銅鋅原電池的基礎(chǔ)上，利用控制變量法設(shè)計(jì)其他原電池對(duì)啟迪學(xué)生思維、理解鞏固原電池原理十分有益，教學(xué)中學(xué)生思維活躍。

（4）在原電池的概念教學(xué)中，原電池反應(yīng)過(guò)程中的物質(zhì)變化與能量變化的分析是不可或缺的。通過(guò)師生共同分析，學(xué)生能充分感受并理解“電子轉(zhuǎn)移”過(guò)程中的物質(zhì)變化與能量變化的辯證統(tǒng)一關(guān)系，這也是“剖析物質(zhì)變化中的能量變化”單元教學(xué)的應(yīng)有之義。

（5）在最后的反思與改進(jìn)環(huán)節(jié)中，學(xué)生課前查閱了相關(guān)資料，但由于時(shí)間有限，學(xué)生沒(méi)能充分交流，感覺(jué)略有遺憾。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市教育委員會(huì).上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）[S].上海：上海教育出版社，2004：77.

[2]宋兆爽.“化學(xué)能與電能”的教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂生成[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（10）：38～39.

[3]魯戰(zhàn)勝，湯華森，王后雄.原電池中離子定向移動(dòng)的“推手”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，（11）：34～35.

4.3 理解與表達(dá)：我們透過(guò)宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明了電流的產(chǎn)生，那么微觀的反應(yīng)是如何進(jìn)行的？為何能持續(xù)不斷地產(chǎn)生電流

[教師]請(qǐng)看反應(yīng)的模擬動(dòng)畫(huà)、觀察思考為什么會(huì)有電流、完成學(xué)案。

[教師引導(dǎo)]注意對(duì)比觀察開(kāi)路和閉合的現(xiàn)象（先看各個(gè)部分的變化現(xiàn)象，如Zn片、Cu片、G表、溶液；再綜合分析現(xiàn)象與本質(zhì)）。

斷開(kāi)：相當(dāng)于Cu、Zn單獨(dú)插入稀硫酸中，和前面實(shí)驗(yàn)對(duì)照，符合實(shí)際。

閉合：接入G表后，電流計(jì)偏轉(zhuǎn)，Zn、Cu、H2SO4溶液分別有何現(xiàn)象？

（學(xué)生觀看時(shí)，教師繪出銅鋅原電池裝置圖，隨后將利用裝置圖講解工作原理）

∴總反應(yīng)：Zn+2H+→Zn2++H2↑（氧化還原反應(yīng)）電子方向：鋅→G→銅（圖上標(biāo)示）

4.4 想象與類(lèi)比：為什么導(dǎo)線連接后電子會(huì)從Zn片轉(zhuǎn)移到Cu片上（學(xué)生猜想、回答）

[學(xué)生回答]金屬活動(dòng)性：Zn>H>Cu，活潑金屬失電子能力強(qiáng)。

[教師]有道理。請(qǐng)大家看一幅水流瀑布圖，可能就更好理解了。

水流→動(dòng)能：動(dòng)能來(lái)自勢(shì)能轉(zhuǎn)化（高處→低處）

同理：電子流動(dòng)→動(dòng)能：動(dòng)能來(lái)自電子的勢(shì)能（活潑金屬→相對(duì)不活潑金屬）

[學(xué)生回答]電子的勢(shì)能不同：Zn>H>Cu，電子從高勢(shì)能向低勢(shì)能移動(dòng)。

[教師總結(jié)]金屬活潑性差異越大，電子勢(shì)能差越大（此時(shí)電壓越大），電子轉(zhuǎn)移趨勢(shì)越大。

電流方向：銅→G→鋅，故銅為正極，鋅為負(fù)極（圖上標(biāo)示）。

電子從Zn片轉(zhuǎn)移到Cu片上，溶液中H+移動(dòng)到Cu片上獲得電子成為H2，Zn失去電子成為Zn2+從負(fù)極進(jìn)入溶液，使SO4 2-向負(fù)極移動(dòng)而形成閉合回路。這就是銅鋅原電池的工作原理。

為更好地理解它的工作原理，我們需分析銅鋅原電池裝置中各組成部分的作用。

4.5 分析與討論：你能否說(shuō)出銅鋅原電池各部分的作用（學(xué)生討論）

[學(xué)生回答、補(bǔ)充完善]

Zn—作負(fù)極、給電子

Cu—作正極，但本身不反應(yīng)、導(dǎo)電、與Zn活潑性差異（電勢(shì)差）

稀硫酸—提供得電子的微粒H+，導(dǎo)電

導(dǎo)線—連接正負(fù)極、傳遞電子導(dǎo)電

G表—檢測(cè)電流

[教師]想一想：要構(gòu)成一個(gè)原電池，以上裝置的各個(gè)組成部分是否唯一不可替代呢？

4.6 拓展與應(yīng)用：除了銅鋅稀硫酸原電池裝置外，你是否可以設(shè)計(jì)別的原電池（討論）

（1）其他不變，只改變Zn片，還可選擇 ；

（2）其他不變，只改變Cu片，還可選擇 ；

（3）其他不變，只改變H2SO4溶液，還可選擇

。

4.7 總結(jié)與歸納：構(gòu)成原電池需要哪些條件

[教師引導(dǎo)]構(gòu)成原電池的條件實(shí)質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)“電子轉(zhuǎn)移”的條件。

[原電池構(gòu)成條件]“構(gòu)成三要素”（學(xué)生回答，教師板書(shū)，修改完善）

（1）電極：兩種活潑性不同的金屬（或金屬與石墨）構(gòu)成，其中活潑金屬易失去電子，作負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬作正極。

（2）電解質(zhì)溶液：導(dǎo)電，并提供在正極得電子的微粒。

（3）閉合回路：導(dǎo)線連接或直接接觸并插入電解質(zhì)溶液中。

[理解與判斷]下面的裝置是否可以構(gòu)成原電池形成電流呢？

[教師]通過(guò)以上的分析，你能概括一下原電池的概念嗎？

學(xué)生1 原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

[教師]很好，還有同學(xué)能補(bǔ)充嗎？

學(xué)生2 原電池是通過(guò)氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

[教師]非常好。原電池反應(yīng)的原理是氧化還原反應(yīng)，結(jié)果是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，體現(xiàn)了物質(zhì)變化與能量變化的辯證統(tǒng)一。

4.9 反思與改進(jìn)：銅鋅原電池能否解決生活供電照明問(wèn)題

[教師]請(qǐng)大家看一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

[教師實(shí)驗(yàn)]這里有一個(gè)發(fā)光二極管（2V），接入銅鋅原電池裝置中，觀察現(xiàn)象。

[教師]二極管不亮（學(xué)生有點(diǎn)失望）。測(cè)量電壓，大約只有1.2V左右。有辦法讓它亮起來(lái)嗎？（學(xué)生表現(xiàn)積極）

[學(xué)生回答]把幾個(gè)原電池裝置串聯(lián)起來(lái)。

[教師]串聯(lián)當(dāng)然可以增大電壓，但裝置太復(fù)雜、麻煩。那么，我們能否運(yùn)用今天所學(xué)的知識(shí)通過(guò)更換電極來(lái)增大電壓呢？

[學(xué)生回答]電子勢(shì)能差越大、電壓越大，故Zn換成Mg，Cu換成石墨。

[教師實(shí)驗(yàn)]用Mg和石墨接入二極管（注意正負(fù)極）插入稀硫酸中，觀察現(xiàn)象。

[教師]二極管持續(xù)發(fā)光。

這說(shuō)明今天所學(xué)的銅鋅原電池確實(shí)可以供電，但還存在諸多不足，如攜帶不便，電壓小、電流不穩(wěn)定等，需要改進(jìn)。目前我們廣泛使用的電池有干電池（方便但不可重復(fù)使用），蓄電池如鋰電池、鉛電池（可反復(fù)使用但會(huì)污染環(huán)境），燃料電池（環(huán)保、原料便宜），太陽(yáng)能電池（綠色能源）等。其實(shí)，所有這些改進(jìn)，核心就是圍繞如何讓電子“更多、更久、更好”地轉(zhuǎn)移，從而造福我們偉大的人類(lèi)。望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，將來(lái)也能為科技進(jìn)步做出自己的貢獻(xiàn)。

[作業(yè)布置]完成學(xué)案。

5 教學(xué)反思

（1）嘗試“以電子轉(zhuǎn)移”統(tǒng)領(lǐng)原電池的教學(xué)設(shè)計(jì)，符合知識(shí)的邏輯順序和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。教學(xué)過(guò)程中線索清晰流暢，注重微觀與宏觀的統(tǒng)一，有利于加深學(xué)生對(duì)原電池的工作原理、構(gòu)成條件等內(nèi)容的理解。同時(shí)，對(duì)復(fù)習(xí)鞏固氧化還原反應(yīng)理論、深刻認(rèn)識(shí)“電子轉(zhuǎn)移”這一本質(zhì)也具有重要作用。校本習(xí)題檢測(cè)記錄證明本屆學(xué)生對(duì)原電池內(nèi)容的掌握程度明顯好于上屆，在區(qū)期末統(tǒng)測(cè)的小題得分統(tǒng)計(jì)顯示，我校有關(guān)原電池（第20題）和氧化還原反應(yīng)（第33題）試題的得分率，較同類(lèi)學(xué)校均值高出近22%。

（2）原電池的教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上感悟到“電子轉(zhuǎn)移”形成電流的事實(shí)，進(jìn)而探究原電池的工作原理，養(yǎng)成透過(guò)宏觀現(xiàn)象追尋微觀本質(zhì)的化學(xué)思維方法。

（3）課堂實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，原電池裝置各組成部分的作用分析是后續(xù)高效達(dá)成原電池構(gòu)成條件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；同時(shí)，在銅鋅原電池的基礎(chǔ)上，利用控制變量法設(shè)計(jì)其他原電池對(duì)啟迪學(xué)生思維、理解鞏固原電池原理十分有益，教學(xué)中學(xué)生思維活躍。

（4）在原電池的概念教學(xué)中，原電池反應(yīng)過(guò)程中的物質(zhì)變化與能量變化的分析是不可或缺的。通過(guò)師生共同分析，學(xué)生能充分感受并理解“電子轉(zhuǎn)移”過(guò)程中的物質(zhì)變化與能量變化的辯證統(tǒng)一關(guān)系，這也是“剖析物質(zhì)變化中的能量變化”單元教學(xué)的應(yīng)有之義。

（5）在最后的反思與改進(jìn)環(huán)節(jié)中，學(xué)生課前查閱了相關(guān)資料，但由于時(shí)間有限，學(xué)生沒(méi)能充分交流，感覺(jué)略有遺憾。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市教育委員會(huì).上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）[S].上海：上海教育出版社，2004：77.

[2]宋兆爽.“化學(xué)能與電能”的教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂生成[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（10）：38～39.

[3]魯戰(zhàn)勝，湯華森，王后雄.原電池中離子定向移動(dòng)的“推手”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，（11）：34～35.