基于化學核心素養培養的教學實錄與反思

都承峰

摘要：化學是一門實踐性非常強的學科。實驗教學是化學教學中極其重要的教學環節之一。化學實驗，尤其是對學生實驗的創新，是提高化學教學魅力的保證。文章結合“化學能與電能的轉化”這節課為案例，探索基于化學實驗培養學生科學素養的課堂教學策略，以期提高課堂教學的有效性，充分挖掘化學實驗“立德樹人”、“全面育人”的實踐價值。

關鍵詞：化學實驗；化學核心素養；教學實踐

文章編號：1008-0546（2018）11-0057-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.019

化學實驗教學對于全面落實培養學生科學素養的目標，具有不可替代的特殊作用。學生實驗更加能體現出學科魅力，提高學生綜合素養。正如我國著名的化學教育家戴安邦教授所說：“在化學教育中強調化學實驗，無論如何都不會過分?；瘜W實驗室是學生學習化學最有效和收獲最豐富的場所?！惫P者結合“化學能與電能的轉化”這節課為案例，積極探索基于化學實驗培養學生科學素養的課堂教學策略，以期提高課堂教學的實效性，充分發掘“立德樹人”、“全面育人”的實踐價值。

一、教材分析

本節課教學內容是蘇教版高一化學必修2專題二第三單元的內容，教材按照“原電池—化學電源—電解池”的順序進行編排。從高中化學課程內容的編排來看，本節課內容既是必修1“氧化還原反應”的拓展延伸，也是能量轉化的生動體現，更是金屬活動性和電解質溶液知識的具體運用。

“化學能與電能的轉化”的教學，不僅承擔著本專題具體化學知識的教學任務，還具有整合、發展學生對化學反應認識的作用。通過本單元的學習，學生將初步能夠從宏觀與微觀、定性與定量、本質與現象、能量轉化等方面、多角度、多層面地認識化學能與電能的相互轉化，促進學生對物質變化的完整認識。設計出適合全體學生的探究實驗，以提高課堂的有效性就顯得愈發重要。

二、設計思路

本節課采用“氫燃料電池車（氫動車）”作為學習情境，設計了創新實驗，以探究氫動車的原理、體悟氫動車的智造、品味氫動車的價值三個環節為主線，以化學能與電能的相互轉化為暗線，重點復習電化學的概念、原理、規律，深化化學學科核心素養。按照“宏觀—微觀—模型”模式進行知識建構，發展學生的科學思維，切實提升學生的科學素養。

同時，本課著眼于整合學生對化學反應與物質變化、能量變化的關系，重視能源的利用和環境保護，培養社會責任感?；诨瘜W實驗教學，幫助學生領悟化學知識、體驗科學探究，充分發揮實驗在學科德育和立德樹人等方面的積極作用，培育化學學科核心素養。

三、教學流程

四、教學過程

【情景引入】播放視頻——氫燃料電池車（氫動車），智定未來，共創新時代。

【學習任務一】探究氫動車的原理

【投影】燃料電池汽車（Fuel Cell Vehicle，簡稱FCV）是一種用車載燃料電池產生的電力作為動力的汽車（圖1）。氫燃料電池的原理是1839年由威爾士物理學家威廉·格羅甫首先發現的，這是一種把氫氧化學能直接轉化為電能的電化學設備。氫燃料電池汽車被稱為“自帶發電站”的汽車。

【演示實驗】氫氧燃料電池發電，使玩具小汽車（圖2）跑起來。

【設計意圖】以燃料電池汽車為模型（圖1），并始終貫穿整個教學過程，引領學生知識建構。以氫燃料電池玩具小汽車為真實情境，引出一系列的探究問題。

【問題1】汽車為什么會跑起來？涉及的化學原理是什么？發生了什么反應？反應過程中發生了什么變化？能量轉化形式是什么？

【生】2H2+O2[=][點燃]2H2O，該反應既有物質變化又有能量變化。能量轉化形式是化學能轉化為電能。

【師】像這樣的裝置，我們稱之為原電池。

【投影】氫燃料電池的工作原理圖（圖3）。

【問題2】工作時，氫氣在哪個極放電？氧氣在哪個極放電？電極反應如何書寫？反應類型？

【生】對照投影圖，書寫、匯報。

【師】根據學情，適時插入Zn—Cu—H2SO4原電池正、負極電極反應式的書寫。

【歸納】類比Zn—Cu—H2SO4原電池，歸納出原電池的構成條件和工作原理。

【設計意圖】源于學生已有的知識經驗和生活經驗，將鋅銅原電池遷移至氫燃料電池的理解上，引發知識的聯想和建構，實現“原型”到“新型”的轉化。

【問題3】氫燃料電池是如何將化學能直接轉變為電能的？（結合電極反應式，請用完整的語言描述整個反應的工作原理。）

【投影】原電池工作原理的認知模型

【設計意圖】

使學生學會一種“由表及里”、“由宏觀到微觀”、“由現象到本質”的科學探究方法，充分體現了“螺旋上升”的變化發展的哲學思想。深化宏觀辨識、微觀探析、變化觀念、模型認知的化學學科素養。

【資料卡】在氫氧燃料電池中，氫氣直接轉化為電能，能量利用率達到60%，比傳統內燃機高了整整一倍！這樣大大提高了能源利用率。

數據顯示，上汽集團研發的氫動車僅需大約1kg的氫就能行駛100km，加滿4個儲氫罐（大約5kg的氫氣），只需要3min，與汽油車的加油時間相差無幾，續航里程達到500km。

【設計意圖】從科學的角度，培養學生從定性走向定量的學科思想。

【學習任務二】體悟氫動車的智造

【問題4】使氫動車動起來，要往里面通入氫氣，那氫氣從哪里來？如何獲得氫氣？

【生猜想】電解水，光解水，水煤氣，金屬與酸，氯堿工業……

【師】電解水產生的氫氣、氧氣能否放電？實驗怎么做？

【生】先談談自己的初步想法，先電解，后放電。

【學生分組實驗】氫氧燃料電池充放電

第一步：電解。（展示圖4，提示黑線連接的是電源的負極，作為電解池的陰極，紅線連接的是電源的正極，作為電解池的陽極）

第二步：放電。陰陽兩極生成的氣體可以短時間吸附在多孔石墨棒上，然后做放電實驗。（展示圖5、圖6，強調分工合作，石墨棒電解5s后，不要拿出來）接上揚聲器，同樣是紅線接紅線，黑線接黑線，聽到有美妙的音樂聲。做完揚聲器實驗后，再次電解，然后接上發光二極管，看到二極管會亮。

【設計意圖】通過對氫氧燃料電池的創新改造，設計出適合學生的分組實驗，讓學生在親自動手實踐中體會科學探究的一般過程和方法，從實驗的假設到實驗的探究再到對實驗結果的分析，既重視化學實驗基礎操作的訓練，又加強學生設計實驗能力的培養，激發學生學習化學的興趣，提升學生的核心素養。

【拓展應用】“冰箭—長征五號”于2016年11月3日20時43分在文昌衛星發射中心成功發射升空，成為中國運載能力最大的火箭?；鸺陌l動機用氫氧作為燃料?？臻g站的能源供應：向日時太陽能供電，電解水，作為電解池；背日時氫氧燃料電池進行能源供給，作為原電池。

【小結】

【師】可充電電池實現了化學能和電能的相互轉化。

【小結】投影太極圖，構建可充電電池氧化還原本質的轉化模型。

【師】太極圖形呈現了一種相互對立、相互轉化、陰陽輪轉的形式美、和諧美。我們今天研究的原電池、電解池，其本質就是氧化還原反應。氧化反應和還原反應也是既相互對立，又相互統一。

【設計意圖】從氧化還原的角度對原電池、電解池的過程進行理解，培養學生“對立統一”的唯物辯證觀點，從而全面提高學生的思維辯證能力和科學素養。

【學習任務三】品味氫動車的價值

【問題5】氫動車能否代替純電動車？

【生】交流討論，自主合作，通過辯論引發思考。

【小結】氫動車的優點和缺點。

【歷史與展望】氫動車的沿革與發展

1839年，威廉·格羅甫首先發現氫燃料電池→2014年，日本上市的豐田Mirai，是第一款量產銷售的氫燃料電池車→2016年，“冰箭—長征五號”發射升空→2018年，上海上汽集團交付100臺氫燃料電池車→未來……

【設計意圖】關注與化學有關的科學技術、社會生活、生態環境等有關問題，引導學生能用已有的知識和方法去分析問題，權衡利弊，全面提高學生的科學精神和社會責任。

【課外探究】氫動車的發展前景如何？能否推廣使用，是大勢所趨？請做課外調查研究，撰寫小論文。

五、教學反思

本節課設計了不同類型的實驗，承載著不同的教學功能。演示實驗為學生提供感性認識材料，并在此基礎上引導學生思考，從而形成化學概念、理論。學生實驗培養學生實驗技能和能力，養成科學態度和掌握科學方法。

作為一線化學教師，只有對化學實驗教學的內涵有比較清晰的認識，才能真正意識到化學實驗的重要性，才能真正自覺地運用科學的“實驗觀”進行化學教學，以促進實驗教學的有效性。充分利用實驗教學將有效地改變學生的生命狀態，全面提高學生科學素養，同時也能促進教師的專業成長，教學相長，育人無界。

參考文獻

[1] 于乃佳，范曉瓊，徐輝，桑壽德，吳衛東.“氧化還原反應”單元整體教學設計的反思——“高端備課”項目促進化學教師專業發展記錄之二[J].化學教育，2010（3）

[2] 李蓉.在理科教學中培養學生核心素養——2016年全國內地西藏班（校）優質課決賽理科組述評[J].中國民族教育，2017（1）

[3] 王云生.基礎教育階段學科核心素養及其確定——以化學學科核心素養為例[J].福建基礎教育研究，2016（2）

[4] 王少剛，劉仁培，封小松.開發綜合性實驗培養創新能力[J].實驗室研究與探索，2010，28（9）：117-120

[5] 王青豪，胡喬生.綜合化學實驗內容和方式的改革研究[J].江西化工，2006（3）：29-32

[6] 李曉莉，李梅.開設綜合化學實驗的探索與研究[J]. 廣西師范學院學報，2004，21：96-98

[7] 朱莉. 改革實驗教學，培養創新能力——關于開設綜合實驗的總結[J].實驗技術與管理，2003，20（1）：70-72

[8] 龔仁喜，孟小碧，秦鋼年.創新型人才培養與實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2006，23（7）：157-161