挖掘?qū)W科內(nèi)涵 發(fā)展核心素養(yǎng)

陽江

摘 ?要：培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)是我國教育課程改革的重要標(biāo)準(zhǔn)和必然要求。本文介紹基于化學(xué)核心素養(yǎng)的“原電池”教學(xué)設(shè)計，以探究原電池原理為載體，開展探究式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實驗探究;原電池

發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，是基礎(chǔ)教育的核心價值取向，是增強(qiáng)國家核心競爭力、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵舉措。基于學(xué)科核心素養(yǎng)的化學(xué)教育是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要手段之一。本文以《原電池》一課為載體，利用問題引導(dǎo)學(xué)生高階思維、深度學(xué)習(xí)，完成對學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、設(shè)計說明

本課（使用教材：人教版《化學(xué)選修4》）以必修2“化學(xué)能與電能”為基礎(chǔ)，通過學(xué)習(xí)帶有鹽橋的原電池，進(jìn)一步介紹原電池的組成和工作原理。通過對原電池閉合電路形成過程的分析，引出半電池、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念。通過實驗探究活動，了解科學(xué)探究的基本步驟和方法，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究與創(chuàng)新意識的學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)過程

1.質(zhì)疑交流，學(xué)習(xí)新課

“怎樣才能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流？鹽橋原電池的工作原理怎樣的？”是本課的主題。在教學(xué)中轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，體現(xiàn)新課程“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的教育理念。通過問題引導(dǎo)，設(shè)計探究實驗，安排學(xué)生體驗，知識自然生成。

（1）關(guān)于鋅銅原電池的實驗探究

設(shè)計小問題，讓學(xué)生根據(jù)已有知識判斷，將鋅片和銅片通過導(dǎo)線相連，同時放入 CuSO4溶液的燒杯中的裝置是否構(gòu)成原電池。

實驗探究 ?將鋅片和銅片分別通過導(dǎo)線與電流表相連，鋅片和銅片不直接接觸，再同時放入盛有CuSO4溶液的燒杯中，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象1：銅片表面明顯有銅析出，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表示有電流通過。

現(xiàn)象2：隨著上述實驗的延續(xù)，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度逐漸減小，同時鋅片表面有銅析出。

提出質(zhì)疑：為什么電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度會逐漸減小？為什么鋅片表面也有銅析出？

學(xué)生通過自己動手實驗，對原電池有了感性認(rèn)識，又在實驗中發(fā)現(xiàn)了新的問題，產(chǎn)生認(rèn)知沖突、提出質(zhì)疑。這樣的實驗設(shè)計使學(xué)生在原有的基礎(chǔ)上對原電池有了更直接的感受，同時又產(chǎn)生新的火花，把問題向縱深引入。

（2）關(guān)于鋅銅原電池電流變小的實驗探究

由于鋅片與CuSO4溶液直接接觸，在反應(yīng)一段時間后，難免溶液中有Cu2+在鋅片表面被直接還原，一旦有少量銅在鋅片表面析出，即在負(fù)極（鋅片）表面也構(gòu)成了原電池，進(jìn)一步加速銅在負(fù)極表面析出，致使向外輸出的電流減弱。當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，反應(yīng)終止了，也就再無電流產(chǎn)生。據(jù)此，設(shè)計實驗探究電流變小的可能原因。

實驗探究 ?將鋅片和銅片分別通過導(dǎo)線與電流表相連，并使鋅片和銅片直接接觸，然后浸入盛有CuSO4溶液的燒杯中，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：銅片表面明顯有銅析出，但是電流表指針不發(fā)生偏移，即無電流通過。

提出質(zhì)疑：實驗裝置符合原電池形成條件，為什么卻沒有電流通過電流表？

學(xué)生通過實驗，驗證了前面質(zhì)疑所給出的理論解釋，也為接下來鹽橋原電池的學(xué)習(xí)作了必要的鋪墊，激發(fā)了學(xué)生的探究激情和求知欲望。

（3）關(guān)于鋅銅原電池改進(jìn)的實驗探究

關(guān)于“鹽橋原電池”教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計。通過前面的探究實驗，得出結(jié)論：要提供持續(xù)穩(wěn)定的電流，必須阻止Cu2+在鋅片表面被直接還原，迫使電子沿著導(dǎo)線由負(fù)極流向正極。教師可以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)過程。問題1：如何不讓Cu2+在鋅片表面被直接還原？學(xué)生能夠找到答案：不讓鋅片與CuSO4溶液直接接觸。從而討論得出結(jié)論：將它們分別置于兩個燒杯里。問題2：如何將放置有鋅片的ZnSO4溶液同放置有銅片的CuSO4溶液連接起來？結(jié)合電解質(zhì)的導(dǎo)電原理，設(shè)計鹽橋進(jìn)行實驗探究。

實驗探究 ?將鋅片置于ZnSO4溶液、銅片置于CuSO4溶液，然后將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，并在中間串聯(lián)一個電流表，按照課本P71實驗4-1，用一個充滿電解質(zhì)溶液的鹽橋（含有瓊膠的KCl飽和溶液），將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液連接起來，觀察有什么現(xiàn)象;取出鹽橋，又有什么現(xiàn)象。

現(xiàn)象1：有鹽橋存在時，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路。

現(xiàn)象2：取出鹽橋時，電流表指針即回到零點，說明沒有電流通過。

提出質(zhì)疑：為什么氧化劑和還原劑不直接接觸也能發(fā)生反應(yīng)？

引導(dǎo)學(xué)生觀看視頻：鹽橋的作用，結(jié)合教科書文本閱讀，知道鹽橋的主要作用，了解鹽橋原電池工作原理，理解氧化劑和還原劑不直接接觸也能發(fā)生反應(yīng)，感悟化學(xué)的神奇魅力。

（4）關(guān)于鋅銅原電池改進(jìn)應(yīng)用的實驗探究

學(xué)生經(jīng)過課堂學(xué)習(xí)，通過思考與交流，可以得出結(jié)論：相對簡單原電池而言，鹽橋原電池可以提供持續(xù)穩(wěn)定的電流，提高了能量轉(zhuǎn)換率，且電流可以控制，是可以投入實際應(yīng)用的。

實驗探究 ?按照課本P71實驗4-1，將銅片改成碳棒，觀察有什么現(xiàn)象;再將CuSO4溶液換成NH4Cl溶液，又有什么現(xiàn)象。

現(xiàn)象1：電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路。

現(xiàn)象2：電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路。

這樣的教學(xué)設(shè)計將化學(xué)與生活相聯(lián)系起來。學(xué)生通過實驗，為后面“化學(xué)電源”的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。這樣在師生共同探究的過程中，把課堂真正還給了學(xué)生。讓學(xué)生感受到知識的生成過程，讓學(xué)生體驗到發(fā)現(xiàn)的樂趣和成就感，實現(xiàn)了教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了新課程理念，貫徹了新的教育思想，著力培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

（5）趣味實驗的設(shè)計

課程設(shè)計中安排趣味實驗。讓學(xué)生用鐵片、銅片、碳棒、濾紙、食鹽水、水果（如蘋果、柑橘、檸檬或番茄）以及導(dǎo)線和靈敏電流表等材料，自主設(shè)計、制作原電池并進(jìn)行實驗。這樣的教學(xué)設(shè)計將化學(xué)與生活相聯(lián)系起來，為后面“金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)”做鋪墊，既有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，也使得本節(jié)課的內(nèi)容更加生動、鮮活。

2.感悟創(chuàng)新，構(gòu)建體系

回顧原電池的設(shè)計與制作，總結(jié)鹽橋原電池的工作原理，最后創(chuàng)設(shè)問題情境：“生活中怎樣自我發(fā)電？”學(xué)生梳理知識，得出結(jié)論：“兩極一液成回路，氧化還原是中心”——設(shè)計原電池的理論依據(jù)。從而幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系。

三、教學(xué)反思

本課以學(xué)科核心素養(yǎng)為中心，根據(jù)學(xué)生已有知識結(jié)構(gòu)和認(rèn)知水平，精心設(shè)計教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生深度思考，挖掘知識背后的內(nèi)涵，充分發(fā)揮學(xué)生主體地位。教學(xué)中，以層層推進(jìn)的問題為線索，采用類比推理的方法，引導(dǎo)學(xué)生思維由表及里、由此及彼向縱深發(fā)展。利用化學(xué)學(xué)科特點讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，掌握解決問題的基本方法，真正將核心素養(yǎng)落實到具體的教育教學(xué)活動中去。