淺談如何用實驗探究法發展學生的化學學科核心素養

摘?要：化學是一門以實驗為基礎的學科，通過化學實驗教學讓學生親身參與到對化學知識、概念、理論、原理的理解和探究過程中，從而培養學生科學的學習態度，逐步形成證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學精神與社會責任的化學學科核心素養。文章闡述如何通過實驗探究法開展電解原理教學培養學生的化學學科核心素養。

關鍵詞：實驗探究法;發展;學生;化學學科素養

一、 教學主題內容及教學現狀分析

本節內容為人教版選修4第四章電化學第三節電解池，屬新授課。電解原理和原電池原理都是電化學的重要基礎理論。不同的是，原電池原理研究的是如何利用能夠自發進行的氧化還原反應將化學能轉化為電能;而電解池研究的是如何借助電能使不能自發進行的氧化還原反應能夠發生，從而使電能轉換成化學能。教材要求將理論研究與實踐探討放在重要位置。運用電解池原理將課本中的理論知識與實際化工生產聯系起來，通過氯化銅溶液的電解實驗引出電解原理，使學生在理解電解原理的基礎上進一步學習電解原理在實際工業生產中的運用如氯堿工業、電解精煉銅、電鍍工業等，體現化學學科學以致用的特點。從高二學生的實際情況來看，已具備了很強的觀察能力和較好的閱讀理解教材的能力，同時也具備了一定的動手操作簡單化學實驗的能力及實驗記錄能力。教學中可以充分發揮實驗在教學中的作用，引導學生通過自己的觀察，了解電解裝置和實驗過程中的現象，并用學到的知識分析電極表面發生變化的原因，從而體驗電解池的功能認識電解質溶液的導電過程就是電解的過程。從知識結構上看，學生已經學習了原電池，因此學習電解原理，可以有效地進行實驗探究。

二、 教學思想與創新點

為了使教學具有更強的邏輯性，體現探究精神，突出教學重點和難點，即：電解的基本原理和離子放電順序，對教材在教學程序上進行了調整。根據原電池的形成條件和學生以前學過的電解水的實驗，給出電解池的概念，讓學生自己總結電解池的形成條件，將演示實驗改為學生實驗探究電解原理。并且在講解放電順序時，以前教學都是直接給出放電順序，這次改為學生自己設計實驗證明陰、陽極的放電順序。根據本節課的教學內容和教學特點，采用實驗探究方法展開探索的過程。在教學中將電解氯化銅教師演示實驗改為學生探究實驗，將陰、陽極的放電順序設計為學生探究實驗，使學生潛移默化地受到自然科學方法論思想的熏陶，發展學生證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學精神與社會責任的化學學科核心素養。

三、 確定教學目標

1. 識記電解及電解池概念，理解電解原理，會通過電源正負極判斷電解池的陰、陽極;2. 弄清電解池裝置特點、形成條件，會判斷陰極及陽極產物和發生的反應類型;3. 通過設計、動手實驗，培養學生的觀察能力，加強基本操作訓練。使學生了解科學研究和探索的基本思路，讓學生進行研究性學習。

四、 教學流程設計

（一）復習、提出問題階段

【復習】請將氧化還原反應：

Fe+Cu2+Cu+Fe2+，設計成原電池。

【導入新課】電能如何轉變成化學能呢？這就是本節課要共同探討的問題。

要求學生獨立思考書寫負極電極反應式，正極電極反應式并討論發生反應的類型。

【學生總結】原電池是把化學能轉化為電能的裝置。

學生傾聽

復習原電池的原理。

培養設計實驗能力。

為電解實驗做對照。

提出學習方向。

（二）知識學習階段

一、 電解原理

1. 教師引導學生通過閱讀課本及觀察實驗現象了解電解及電解池的概念;

2. 討論構成電解池必須具備那些條件;

3. 研究電解池陰極及陽極材料對電解質溶液及產物的影響。

【過渡】首先我們從以下探究實驗來探討電解原理。

【探究實驗1】在剛才的實驗中連接電源電極均為碳電極，觀察現象。思考出現該現象的原因。

學生通過討論，總結出形成條件：一電源兩電及電解質溶液三者構成閉合回路。

【學生實驗】讓學生獨立完成電解氯化銅的演示實驗，觀察記錄實驗現象，并指出實驗操作中的一些錯誤操作加以糾正。現象：與負極相連的電極上有紅色物質覆蓋。

培養學生閱讀教材、概括總結能力及口頭表達能力。

培養學生動手能力，調動學生學習積極性，培養觀察能力，準確記錄實驗能力及團結合作精神。

【總結】電流通過電解質溶液時，在陰陽兩極發生了氧化還原反應。

【啟發引導】請大家根據實驗現象和氯化銅溶液的組成成分以及原有知識分析推斷兩極生成物的名稱。

【討論】1. 通電前溶液中存在哪些離子？這些離子是如何運動的？

【討論】2. 接通直流電后，原來的離子運動發生了怎樣的改變？

4. 有關離子在兩極發生何反應？

5. 電極的規定和電極反應式的書寫

陽極：與電源正極相連的一極

2Cl--2e=Cl2?氧化反應

陰極：與電源負極相連的一極

Cu2++2e=Cu?還原反應

總反應化學方程式：CuCl2通電Cu+Cl2

【概括】通俗記法，利用諧音。

陽（極）—氧（化反應）

與正極相連的電極產生大量有刺激性氣味的氣體，并能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍。

學生思考：

產物為氯氣和銅

討論分析、回答：

1. 通電前溶液中Cu2+、Cl-、H+、OH-，自由移動。

2. 通電后帶正電的Cu2+、H+向陰極移動;帶負電的Cl-、OH+向陽極移動。

3. Cu2+在陰極得電子變成了單質Cu，Cl-在陽極失電子變成了Cl2。

學生記錄

調動學生思維，分層次思考，有利于激發學習興趣，分析方法在教學中潛移默化地滲透。

實現感性認識到理性認識的過程。

加深記憶，培養興趣。

【理論探究】CuCl2溶液中有自由移動的Cu2+、Cl-、H+、OH-，為什么只有Cu2+、Cl-得失電子，而H+、OH-卻不能在兩極得失電子呢？

【設計實驗】根據所學知識設計實驗判斷下列粒子的還原性強弱。

Cu、Cl-、Br-、I-、SO2-4、OH-。

【教師分組】將學生分為兩大組做探究實驗2、3。

【探究實驗2】將實驗一中的陽極用銅電極代替，觀察現象。

【探究實驗3】將實驗一中的溶液改為CuSO4溶液。觀察現象。

【學生活動】思考：認為與離子的氧化性、還原性強弱有關。

【學生活動】學生討論，分析可將銅電極代替石墨電極電解CuCl2溶液;和均用石墨電極電解硫酸銅溶液。

學生動手實驗：

實驗2：現象陽極無氣體產生，銅電極溶解;

實驗3：兩電極均產生無色無味的氣體。

調動學生處于積極思考狀態，培養思維能力。

創設問題情境激發學生求知欲望，培養學生設計實驗的能力、動手能力。

【講述】電解質溶液中離子在兩極上得失電子有一定順序，我們稱之為放電順序，放電順序涉及多種因素，在中學階段只要求掌握常見的一些物質或離子的放電順序。

學生總結：

陰極放電順序：按金屬活動性順序越不活潑的金屬其陽離子越容易得電子。

陽極放電順序：金屬（除Pt、Au）>S2->I->Br->Cl>OH->含氧酸根。

培養學生語言表達能力、協調能力和總結能力。

【質疑】在電解過程中，電子是如何形成閉合電路的？

【歸納】電子的方向與電流的方向相反從電源負極流出，流向電解池的陰極，陰極附近的Cu2+在陰極得電子被還原為銅，溶液中的陰離子定向移動，陽極附近的Cl-在陽極失電子被氧化為氯原子。氯原子結合形成氯氣分子，失去的電子從陽極流回電源的正極，從而形成閉合電路。

看課本第80頁，歸納電子流動方向：

電源負極→電解池陰極→電解質溶液→電解池陽極→電源正極

創設問題情境激發學生求知欲望，使學生處于思考問題，探索問題的情境中，有利于訓練學生思維，調動學習積極性。

【思考】我們知道金屬、電解質溶液都能導電，那么是由于什么原因？

【小結】電解概念及電解的原理，理順知識，要求會判斷電解池的陰陽兩極，寫電極反應方程式，判斷發生氧化還原反應。

回答：金屬導電靠自由電子的定向移動，移動過程不發生化學變化。電解質溶液導電是陰陽離子的定向移動，在兩極發生氧化還原反應。

明確應該掌握的內容。

【作業】學案相應習題。鞏固所學知識

五、 教學效果與反思

從教學效果來看達到了預期的學習目標，較好地完成了教學任務。本課時主要采用了實驗、比較、探究等教學方法。這樣做的理由是：

1. 可使學生對原電池和電解池的反應原理理解得更深入，更透徹，可有效地避免學生對二者概念的混淆。

2. 用實驗作為理論的依據，可直觀、形象地說明抽象的道理。在本講中教師利用電腦、投影等多媒體手段模擬溶液中離子的運動并形象地表達陰陽電極反應，也是為了使學生的印象更加深刻。

3. 讓學生動手參與實驗、設計實驗、探究實驗，同時也可發展學生證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學精神與社會責任的化學學科核心素養，提高學生的綜合素質。

另外，本課時還特意補充了金屬電極做陽極的知識，這主要是為下一課時的學習做準備，同時加深學生對電解原理的認識。

4. 本節課實驗準備工作量大，需要學校化學實驗室實驗員、高二化學備課組老師通力合作才能完成。

參考文獻：

[1]普通高中化學課程標準（2017版）.人民教育出版社.

作者簡介：

胡金鳳，副高級，甘肅省平涼市，甘肅省涇川縣第一中學。