從原電池的構成實驗教學看化學學科核心素養

王會玲

摘要：本文以原電池的構成實驗教學為例，從“意外發現”“網絡話題”“創新設計”“微觀探析”等方面，闡述了教師以發展學生化學學科核心素養為本轉變教學模式的幾點體會。

關鍵詞：原電池;素養;實驗;創新;有機電池

化學學科核心素養（下文簡稱“素養”）的提出既為人才培養指明了方向，也對化學教師的專業素養提出了高要求[1]。下面從原電池的構成實驗教學案例，談一點自己的教學心得。

一、充分認識化學實驗對發展素養的獨特功能

實驗室里，學生按照老師提供的實驗材料，根據圖片（圖1-1，圖1-2和圖1-3）探究構成原電池的條件。

學生進行將裝置圖1-3中的硫酸換成酒精、銅片換成碳棒、電極都換成鋅片等系列實驗操作，觀察檢流計指針的變化。這是經受過多次檢驗、一切實驗現象都在教師預料之中的常規實驗，很快，師生達成了關于構成原電池條件的共識。一堂圓滿達到教學目標的探究課即將伴隨著下課鈴聲謝幕時，有學生突然說，“我發現把鋅片與銅片連接插入稀硫酸，溫度升高了！”聽他這樣說，我一時無法應對。說實話，我也從來沒有注意過這一現象。一轉念，既然都有疑問，為何不共同探究這一問題呢？

于是我給每組補發一支溫度計，學生們完成如圖（圖1-4，圖1-5）甲、乙兩組實驗。

實驗結果是：室內溫度為19℃時，甲的溫度可達到27℃，乙的溫度達到了31℃。

學生從能量守恒的角度很快得出如下分析：從產生氣泡的多少可定性地看出，乙因構成原電池，其反應速率比甲快，即單位時間內參與反應的鋅更多，能量轉化得更多。由甲與乙溫度示數對比，可說明乙是將化學能轉化為電能的裝置，但有一部分化學能轉化為了熱能，且化學能轉化為電能的效率較低。

二、學生自主探究式實驗教學的開展，是培養學生創新意識的絕佳契機

在原電池探究式實驗教學課程結束后，有學生提出，想再到實驗室重新做一下實驗。我聯系了實驗老師，實驗教師表示，因為實驗材料已回收，需要學生填寫實驗材料申請單，自行完成實驗。幾天后，學生找到我，說他對該實驗有個新想法，可以簡化實驗操作，并遞交了一張手繪圖。從圖示看，他的想法雖然稚嫩了一些，但其勇于探索和創新的精神難能可貴。我鼓勵他再通過多方面途徑，更多地了解關于這方面的研究，再完善一下這一想法。為了能幫助到學生，我也查閱了相關文獻和創新方法類的書籍。經過多次試驗獲得如下設計（圖2-1），用于學生探究原電池的構成條件實驗。

使用方法：正放時，Zn、碳棒（可用2B鉛筆代替）電極與檢流計串聯，Zn未浸沒于CuSO4溶液，未構成閉合回路，不能形成原電池;倒立時，所有電極浸沒于硫酸銅溶液，兩電極與電流計連接，觀察電流計指針能否偏轉及偏轉方向，進行活動探究。

三、借助趣味實驗和網絡話題，養成科學態度，提高社會責任感

本校學生大多來自貧困山區，學生對此研究非常感興趣，自發地從菜市場買來各種水果和蔬菜，開始嘗試實驗。

學生自主分組進行實驗，近十分鐘過去了，學生沒有了剛進實驗室的興奮，而是垂頭喪氣地看著實驗臺上散落的水果和蔬菜。我問學生：“燈泡為什么沒有亮？”學生回答：“電流不夠強，沒有達到燈泡的電功率吧。”

經過調整，我們擬定了這一方案：猜測→設計驗證方案→實驗→討論→總結。在這一思路的指導下，我們開始分組進行探究活動。最后，大家用手里的材料聯結成一個串聯電路，結合實驗結論，采取了系列改進措施，一起完成了有機電池發電任務。大家感慨，若是按照目前的方法制造土豆電池，改善貧困地區電力不足的問題，尚需繼續深入研究。

通過本次活動探究，我發現學生在化學實驗過程中遇到問題時，總是局限于化學學科范疇內進行解釋，不能自主結合物理等其他學科知識進行思考。從表面看，這是由于學生缺乏知識遷移的能力，實際上，是教師平時教學只注重本學科，不重視學科間聯系的結果。

四、從宏觀和微觀相結合的視角分析，促進學生化學學習方式的轉變

電化學中，電子的流向問題是原理分析的關鍵點。為了讓學生將電子的移動方向與離子的移動方向的知識點識記下來，教師總結出“出負入正，陽正陰負”等口訣，雖然由此降低了記憶的難度，但是，失去了學生參與“微觀探析”的機會。

[知識回顧]化合物的導電是依靠陰陽離子移動，單質導電（如金屬單質及石墨等）依靠自由電子移動。

[知識點鏈接]學生比較熟悉鈉的原子結構，以金屬鈉為例，學生需要了解金屬鍵及金屬的構成[2]。鈉原子失去最外層的1個電子，形成Na+，“失去”的外層電子不固定于該鈉原子位置，而是為整個金屬鈉所共有且自由運動，稱之為“自由電子”，這些自由電子與全部Na+形成的相互作用被稱之為金屬鍵。因此，金屬由金屬陽離子和自由電子構成。

[電子來源]原電池Zn|H2SO4|Cu中，鋅片上的Zn2+與其自由電子被金屬鍵所束縛，銅上的Cu2+與自由電子形成金屬鍵。

[電子的流向]當鋅片與銅片連接時，它們的自由電子都有流出的傾向，稀硫酸電解質溶液決定了鋅片上的電子比銅片上的更容易流出，相當于銅片上的電子不流出，而鋅片上電子流向了銅片。因此，鋅片上少了自由電子（e-），其上的Zn2+從表面脫離進入溶液，維持金屬的電中性;銅片上有了多余的負電荷，吸引溶液中的陽離子如Zn2+和H+，Zn2+和H+相比較，H+的得電子能力強于Zn2+，則H++e-→H，產生的H原子兩兩結合變成氫分子，氫分子聚集形成氫氣，再以氣泡的形式從銅片表面逸出。

通過對金屬結構的了解，學生結合得失電子能力和異種電荷相互吸引的知識，既能夠根據宏觀實驗現象探析微觀變化，也轉變了機械記憶學習化學的方式，積極建構學習新模式。

五、結語

對于原電池的構成這類常規實驗，在從教多年的教師眼里往往存在著慣性視角：實驗操作、結論已是定論，教學組織程序、功能認識幾乎成型，這種慣性思維不利于培養學生的化學學科的素養。因此，需要教師從核心素養培養的角度來審視實驗的教學功能，使常規實驗煥發出潛在的教學價值。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.

[2]王磊.物質結構與性質（化學選修）[M].山東科學技術出版社，2011.