關(guān)于實驗資源整合的研究——以“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”為例

成際寶曹曉香（高郵第一中學(xué)　江蘇高郵　225600）

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關(guān)于實驗資源整合的研究——以“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”為例

成際寶曹曉香
（高郵第一中學(xué)江蘇高郵225600）

摘要：將課本中演示性實驗、例題實驗、資料卡中內(nèi)容等整合成設(shè)計性實驗、探究性實驗、拓展性實驗，最終形成層次性問題實驗。在利用實驗解決問題的過程中，不斷激發(fā)學(xué)生的思維、不斷突破學(xué)生的思維定勢，從而不斷產(chǎn)生頭腦風(fēng)暴與思維震蕩，從而揭示了化學(xué)實驗的真諦。

關(guān)鍵詞：實驗整合；頭腦風(fēng)暴；探究與懸疑；思維拓展

化學(xué)學(xué)科的特點是化學(xué)實驗，在應(yīng)試教育盛行的今天，怎么強調(diào)化學(xué)實驗都不為過。其實化學(xué)實驗本身并沒有什么，目的是通過化學(xué)實驗，產(chǎn)生情理之中、意料之外的現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考，在探索解釋這些現(xiàn)象、解決這些問題的過程中，經(jīng)過小組激烈的討論與爭論等，進而產(chǎn)生思維碰撞與頭腦風(fēng)暴，獲取一種思維上的頓悟，這才是化學(xué)實驗真諦所在。如蘇教版化學(xué)2中“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”中的實驗僅僅是素材，不僅非常簡單而且又平鋪直敘，如缺少恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，就難以發(fā)揮實驗的真正功能，因此也起不到應(yīng)有的作用。如將這些實驗與課本中的其它內(nèi)容進行整合并加以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，就能發(fā)揮化學(xué)實驗應(yīng)有的功能。

三、將演示性實驗整合成設(shè)計性實驗

課本上內(nèi)容有時不能要學(xué)生預(yù)習(xí)（如本節(jié)課），否則學(xué)生知道了謎底，學(xué)生學(xué)習(xí)的懸疑性和學(xué)習(xí)激情就大打折扣了。本節(jié)課可先引導(dǎo)學(xué)生認識煤燃燒發(fā)電流程：先將煤炭燃燒放熱，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后轉(zhuǎn)化為機械能，最后轉(zhuǎn)化為電能。經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化率就非常低了。趁勢一轉(zhuǎn)，而我國目前缺電又很嚴(yán)重，很多山區(qū)目前還靠煤油燈和蠟燭照明，我們能不能直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，既為祖國做貢獻、又能解決山區(qū)的實際困難呢？將學(xué)生置身于一種責(zé)任和擔(dān)當(dāng)?shù)那榫持?，學(xué)生的激情和責(zé)任一下子就迸發(fā)出來了。教師再因勢利導(dǎo)到煤炭燃燒的本質(zhì)，得出氧化還原反應(yīng)本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移。如實驗室中我們以鋅與稀硫酸反應(yīng)為例，設(shè)計什么樣實驗裝置就能將化學(xué)能（鋅與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)能）轉(zhuǎn)化為電能？即如何將氧化劑與還原劑之間轉(zhuǎn)移的電子引出來？如何檢驗其中的電流？完成實驗裝置需要哪些材料？在強烈責(zé)任心和迫切探究真理欲望的強大動力驅(qū)使下，經(jīng)過思維震蕩之后，當(dāng)靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)的一瞬間，學(xué)生激情燃燒了！

也可以引用電視劇《尋秦記》中情境：古天樂用寶鏡穿越時，發(fā)現(xiàn)寶鏡沒電，他找到了發(fā)電原理示意圖：如用硫酸做介質(zhì)，銅和另一種金屬做電極。教師趁機提出系列問題：充分考慮當(dāng)時的環(huán)境與條件，對另一種金屬電極材料有無要求、要求的條件如何？沒有另一種金屬電極可以用什么代替？如何檢驗其中的電流？沒有硫酸可以用什么代替？沒有銅用什么代替？沒有其它材料用什么代替？等等。

總而言之，讓學(xué)生置身于情境中，融入學(xué)生自身的情感，才能激發(fā)出學(xué)生應(yīng)有的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，學(xué)生才會在解決問題的過程中發(fā)揮出主動性、創(chuàng)造性、智慧性，從而使學(xué)生產(chǎn)生頭腦風(fēng)暴和思維頓悟。學(xué)生在體驗實驗成功的同時，既初步掌握了原電池的相關(guān)知識，又感覺到學(xué)有所用和學(xué)有所值。

二、將資料卡中的內(nèi)容等整合成探究性實驗

不少老師通過分析上述鋅銅原電池，直接得出形成原電池的一般條件。不僅該結(jié)論有很強的局限性，而且又失去了一次使學(xué)生產(chǎn)生思維頓悟的機會。如結(jié)合資料卡中的內(nèi)容整合成探究性實驗，就會再次使學(xué)生產(chǎn)生思維震蕩。如將全班設(shè)計分成三組實驗（都含導(dǎo)線和靈敏電流計），如何將下列用品連接能形成原電池？甲組提供鐵棒、銅棒、碳棒、鋅棒、酒精、汽油；乙組提供兩個銅棒、氯化鈉溶液、硫酸銅溶液；丙組提供鐵棒、碳棒、氯化鈉溶液。當(dāng)甲乙兩組怎么連接都檢不出電流，特別當(dāng)他們看到丙組實驗成功時，就會更加刺激甲乙兩組學(xué)生的神經(jīng)，加速其探究欲望和思維震蕩，是缺少某種連接方案還是缺用品？小組就會查閱資料、討論此時就成了爭論，甚至還有學(xué)生比較甲乙丙三組提供的材料的差異，研判差異材料的功能，經(jīng)過頭腦風(fēng)暴、思維頓悟自然得出原電池的形成條件，同時還得出差的材料究竟是干什么的。丙組同學(xué)雖然檢出了電流而又不與常規(guī)現(xiàn)象（與剛剛學(xué)到的鋅銅原電池的現(xiàn)象）相吻合，同樣也會絞盡腦汁、苦苦思考，也會急于查閱資料（教師趁機引導(dǎo)查閱教材中的資料卡）、討論過渡到爭論，最終也會產(chǎn)生頭腦風(fēng)暴而豁然開朗，認識到金屬腐蝕的方式有析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種。

總之，只有當(dāng)實驗過程中出現(xiàn)情理之中、意料之外的實驗現(xiàn)象時，才會吸引學(xué)生的眼球、刺激學(xué)生的神經(jīng)，才會激發(fā)學(xué)生探究的欲望。在探究的過程中從討論過渡到爭論，在爭論的過程中產(chǎn)生頭腦風(fēng)暴、獲取思維的頓悟，從而對原電池有一個更加全面的認識，實驗就會達到其應(yīng)有的功能和實現(xiàn)其應(yīng)有的價值。

三、將例題實驗整合成拓展性實驗

不少老師在舉例判斷某些裝置能否形成原電池時，經(jīng)常舉如圖所示裝置。只要學(xué)生簡單回答“是”還是“不是”，即一帶而過；稍好一點的，用靈敏電流計檢驗一下電路中有無電流。但只是該實驗的表面功能，沒有挖掘出其應(yīng)有的功能。如果再往下挖掘一下，即如何將其改進為原電池呢？關(guān)鍵就在于如何改進！不僅激發(fā)了學(xué)生的層層漣漪，還會收到意想不到的功效。

例如有不少學(xué)生提出用一根導(dǎo)線將兩燒杯溶液相連就可構(gòu)成原電池。我建議他們用導(dǎo)線相連后再用電流計檢測，結(jié)果沒有電流產(chǎn)生。趁機提問學(xué)生：為何不行？經(jīng)過一系列的探索、討論、爭論，經(jīng)過思維激蕩后，得出電子不能從溶液中經(jīng)過，否則溶液不能呈現(xiàn)電中性等。

又有不少學(xué)生提出將銅棒、鋅棒插入到同一個燒杯中，很多學(xué)生認為這肯定行，我反問一句：“這肯定不行嗎”？學(xué)生回答：“這不就是剛才的鋅銅原電池，為何不行”？這時我將剛才的鋅銅原電池實驗裝置拿給學(xué)生看。剛才靈敏電流計的指針明明偏轉(zhuǎn)的好好的、大大的，此時怎么不見偏轉(zhuǎn)了呢？學(xué)生一片驚愕，既突破了學(xué)生的思維定勢，又吸引了學(xué)生的眼球，故作停頓后，告訴學(xué)生這個裝置短期內(nèi)是可以形成原電池的，長時間肯定是不行的，即傳統(tǒng)的鋅銅原電池具有強大的理論意義，但不具有實際應(yīng)用價值。

有學(xué)生提出來，將兩個燒杯打個洞，用玻璃導(dǎo)管連接起來，就形成了原電池。我提示學(xué)生，這跟（2）不是一樣了嗎？此時我話鋒一轉(zhuǎn)，我們千方百計想將二者連接起來，確實也必須連接起來，即溶液的作用是什么？學(xué)生一致得出形成離子回路。此時我再取出來一個鹽橋，朝兩個燒杯中一插，哇塞！電流計指針偏轉(zhuǎn)了！學(xué)生的眼球一下子就被吸引住了，一下子群情激奮了，真是山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村！我告訴學(xué)生這就是100多年前具有實際應(yīng)用價值的丹尼爾電池。然后再對鹽橋功能做簡單說明，關(guān)于鹽橋的知識等到高二選修化學(xué)時進一步學(xué)習(xí)。由于鹽橋使用時很不方便，現(xiàn)在一般在原電池裝置內(nèi)內(nèi)置一個選擇透過性膜（使某個或某些離子通過），將裝置分成兩部分，類似于丹尼爾電池裝置，這樣使原電池結(jié)構(gòu)更加緊湊、實用。

將例題或習(xí)題實驗整合成拓展性實驗之后，學(xué)生的思維就會不斷圍繞如何改進裝置而激蕩，在思維激蕩的過程中，不斷吸引住學(xué)生的眼球，不斷開拓學(xué)生的眼界，不斷突破思維定勢。在思維激蕩過程中，既學(xué)習(xí)到了新知識、拓展了學(xué)生的視野，又為后面的學(xué)習(xí)打下伏筆。

四、將教材內(nèi)容調(diào)整并整合為真設(shè)計性實驗

氫氣與氧氣燃料電池是下節(jié)課的分組實驗，有實驗設(shè)計之名，無實驗設(shè)計之實。如果提前到這里，真正進行實驗設(shè)計，又會收到無法預(yù)計的效果。將氫氣與氧氣反應(yīng)生成水設(shè)計成原電池并進行實驗，這會突破學(xué)生的思維定勢，挑戰(zhàn)學(xué)生的思維極限。盡管學(xué)生有了形成原電池的一般條件的知識，但對于燃料電池的知識仍然是陌生的。學(xué)生必然會為兩個電極的選擇、電解質(zhì)溶液的選擇、如何制取氫氣與氧氣、氫氣與氧氣哪個在正極上反應(yīng)和哪個在負極上反應(yīng)、氫氣與氧氣如何吸附在電極上、裝置如何搭建、如何檢驗電流、在探索解決這些問題的過程中，學(xué)生必然會產(chǎn)生一系列思維震蕩、頭腦風(fēng)暴。如在爭論的過程中必然會辨析負極材料與負極反應(yīng)的差異、正極

正材料與正極反應(yīng)的差異、介質(zhì)功能及其是否參與反應(yīng)等等，等到實驗成功之后，學(xué)生就會激蕩在成功的喜悅之中。很多同學(xué)還意猶未盡，指出此時溶液中的離子仍然是混合的，電流是暫時的，該原電池不具有實際應(yīng)用價值，應(yīng)加一個選擇透過性膜等等！我趁機表揚學(xué)生，比課本中的實驗裝置更完美！對于這些問題以及相應(yīng)的其它問題，我們明天繼續(xù)探討解決。

對氫氣、氧氣原電池經(jīng)過內(nèi)容調(diào)整與整合之后，學(xué)生就會全面掌握真實原電池各部分的作用與功能，就會克服鋅銅原電池的局限性和片面性，就會克服我們在平時教學(xué)中和很多公開課中出現(xiàn)的錯誤，如原電池的負極比正極活潑、負極材料與負極參與反應(yīng)混為一談、原電池一定要有電解質(zhì)溶液且必須參加電極反應(yīng)、一定是負極被氧化等。同時氫氣、氧氣燃料電池，也是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的最佳小結(jié)。

總之，只有設(shè)置高質(zhì)量的系列層次問題，并將學(xué)生置身于情境之中，學(xué)生才會有所擔(dān)當(dāng)而積極思考。在尋找解決問題的實驗方案過程中，不斷挑戰(zhàn)學(xué)生思維極限、不斷突破學(xué)生的思維定勢，學(xué)生的思維始終在不斷高速運轉(zhuǎn)與震蕩，不斷產(chǎn)生頭腦風(fēng)暴、獲取了思維上的頓悟。學(xué)生經(jīng)過不斷否定之否定之后，就會形成更加正確、全面、科學(xué)的觀念，這就是化學(xué)實驗的真諦所在。

參考文獻

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doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.006

文章編號：1008-0546（2016）03-0014-02

中圖分類號：G633.8

文獻標(biāo)識碼：B