基于三重表征的高三電化學原理復習

陳瑤

摘要：基于高三學生電化學原理分析應用的困難，特別是電極反應式書寫的困難，高三復習課用可視化圖形概括知識網絡、用動態視覺手段模擬實驗原理和用新情境習題設置難點梯度來幫助學生把三重表征有機地聯結起來，完成知識與技能的再次內化，進行化學知識的意義建構。

關鍵詞：三重表征；電化學原理；電極反應

文章編號：1008-0546（2017）08-0046-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.08.017

在復習高三電化學原理的進程中，發現學生存在以下困難：不能熟練判斷、分析新型燃料電池裝置模型圖中的電極、產物、微粒移動方向，不能正確書寫電極反應式和總方程式。

分析原因，主要是三方面造成的：（1）原電池、電解池中離子的移動，電子的流動抽象且不可視，學生往往死記硬背，難以理解微觀表征；（2）新型燃料電池或二次電池的裝置分析，需要有較高的獲取、分析和處理新信息的能力，將概念深化，學生在綜合分析過程中調用電化學原理所需知識較為艱澀；（3）學生書寫電極反應式的能力弱，難以將已學的表征轉化為新的表征。

化學學科的內容特點決定了化學學習中存在著三重表征：宏觀表征、微觀表征和符號表征。[1]從宏觀—微觀—符號水平進行教學，即化學三重表征教學，促使學生形成化學學科特有的思維方式，引導學生進行化學知識的意義建構。在高三電化學原理的復習課教學中，聯系三重表征，引導學生鞏固內部聯系的探究，進行不同表征間轉換的訓練，有利于促進概念深化和新情景中的問題解決。

一、用可視化圖形概括知識網絡，加強概念間聯系

首先辨析化學2、化學反應原理課本中幾種裝置圖，從裝置特點、反應類型、能量關系、電極等角度對原電池和電解池原理進行對比。

接著，例舉幾種工業生產中常見的電化學應用原理的裝置圖，宏觀現象與微觀分析結合，加強應用性探究，多變的角度拓展了思維的寬度、深度與活度。

隨后，請學生自己繪制雙液電池、燃料電池、二次電池等的示意圖并連接構成閉合回路，概括總結原電池、電解池的基本原理。例如學生在教師指導下繪制如下圖示。

通過三個步驟的回顧總結，從可視化的圖示的角度對知識網絡進行概括，簡化概念間聯系，辨析相似知識的干擾點，學生實現知識的加深理解和系統化整理，起到方法指導的作用。學生進行自我反思、總結，實現由原有的錯誤或零碎的知識觀念向完整科學觀念轉變的過程，構建知識間多層次、多角度的聯系，有效地幫助學生完成三重表征之間的轉化。

二、用動態視覺手段模擬實驗原理，化解微觀理解難題

原電池電解池中電子流動方向、微粒在電極上得失電子的變化是肉眼看不見的，如果學生不具備微觀構想能力， 不能把電化學原理結合新情景靈活應用，就很難將宏觀現象與微觀本質聯系起來[2]，新型電池的分析就成為困難。鑒于此，我們需要設計一系列動態教學手段，吸引學生感官，讓學生體驗，從而解決微觀分析的難題。

例如利用仿真實驗室，動態模擬電化學原理，表示出電極上電子的得失，電子在導線中的流動情況，來增強微觀世界的可視化和宏觀描述的標準化。學生借助微觀世界的“眼睛”觀察到了抽象的過程，把宏觀現象跟微粒運動聯系起來，此時，教師引導學生用電化學的符號語言把電極反應規范化地表示出來，深化學生對原理的認識。同時，搜集新型電池的視頻素材，特別是與時代步伐緊密結合的新型電池，例如豐田未來的燃料電池汽車氫能技術如何工作的視頻，特別能引發學生的興趣，探究真實情境中的電化學原理的分析和應用。

高三復習課時間緊張，為增強課堂的趣味性和激發學生學習的持久性，可以選擇操作簡單、效果明顯，與生活聯系緊密的原電池或電解池小實驗，來加強觀察體驗。例如可樂易拉罐用砂紙把內壁的鍍膜打掉，內層是鐵，做負極，多芯的細銅絲做正極，可樂做電解液，可以看到連接的電流表指針明顯偏轉；為增強視覺效果，可以串聯幾個這樣的電池，連接的發光二極管可以長時間保持明亮。銅片、鋅片和土豆做的電池，單個電壓可以達到0.89伏， 用4節土豆電池串聯，可以讓一個音樂卡的語音芯片唱“生日快樂”歌。 此外，雙液電池中瓊脂可以用棉線、餐巾紙代替做實驗，效果也非常好。

三、用新情境習題設置難點梯度，促進三重表征相互轉化

作為高三復習課，提高信息素養，破解實際解題瓶頸成為電化學原理復習成敗的關鍵。因此，在可視化圖形概括知識網絡、動態視覺手段模擬實驗原理基礎上，需要匯集整理相似相異典型例題，梯度推進難點。

首先以2015年江蘇高考第10題的B、C、D三個選項入手，通過觀察熔融碳酸鹽燃料電池裝置圖定性判斷離子移動方向、正負電極反應及反應式的書寫。

1. （2015·江蘇10）一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。

下列有關該電池的說法正確的是

隨后，以2016年江蘇高考第20題（1）鐵炭混合物在水溶液中形成的原電池電極反應式書寫、2011年江蘇高考第20題（4）電解尿素[CO（NH2）2]的堿性溶液制氫的電解池電極反應式書寫作對比，提高電化學原理的符號表征能力。

2.（2016·江蘇20）鐵炭混合物（鐵屑和活性炭的混合物）、納米鐵粉均可用于處理水中污染物。（1）鐵炭混合物在水溶液中可形成許多微電池。將含有Cr2O72-的酸性廢水通過鐵炭混合物，在微電池正極上Cr2O72-轉化為Cr3+，其電極反應式為 。

3.（2011·江蘇20）（4）電解尿素[CO（NH2）2]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見下圖（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）。電解時，陽極的電極反應式為 。

最后，以與Cu2O有關的電解池中物質變化的反應鏈圈圖為例，鍛煉學生圖示信息提取能力，活用電化學反應原理知識，書寫電極反應式。

4. 氧化亞銅可用作殺菌劑、陶瓷和搪瓷的著色劑、紅色玻璃染色劑等。（1）用銅作陽極，鈦片作陰極，電解一定濃度的NaCl和NaOH的混合溶液可得到Cu2O，陽極及其溶液中有關轉化如圖所示，陰極的電極反應式為 。

通過上述典型習題的訓練，提高學生對宏觀現象、微觀本質以及化學符號三者之間聯系、分析以及進行轉化的意識和能力；在每道例題的分析解答過程中，注意教師示范、學生示范、師生、生生之間的交流，使思維過程顯性化、可視化，即加強電化學原理中三重表征應用學習的范式化。經過相似相異例題辨析、預設難點的突破，新情境中信息提取、綜合分析的訓練，幫助學生把三重表征有機地聯結起來，完成知識與技能的再次內化，進行化學知識的意義建構。

參考文獻

[1] 張丙香，畢華林.中學生化學反應三重表征的困難及原因分析[J].課程與教學，2013：67-71

[2] 劉琳琳，楊天林.化學三重表征在復習課上的應用[J].教育教學論壇，2016（8）：35