學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的“化學(xué)反應(yīng)與電能”教學(xué)實(shí)踐

劉一柱

課堂是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的主陣地。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出：“倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。”本文以必修二“化學(xué)反應(yīng)與電能”，闡述基于情境和問題的互動探究式教學(xué)實(shí)踐。

一、教學(xué)設(shè)計思路

“化學(xué)反應(yīng)與電能”主要包括化學(xué)能與電能的間接轉(zhuǎn)化和直接轉(zhuǎn)化，間接轉(zhuǎn)化涉及化學(xué)反應(yīng)的能量變化本質(zhì)，直接轉(zhuǎn)化側(cè)重于原電池工作原理學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容與生產(chǎn)生活實(shí)際相關(guān)。因此，在教學(xué)設(shè)計上將情境設(shè)置系列化，突出學(xué)生主動學(xué)習(xí)，將宏觀現(xiàn)象和微觀分析聯(lián)系起來，將知識、技能和方法有機(jī)結(jié)合，滲透化學(xué)表征能力、實(shí)驗(yàn)與探究能力、化學(xué)方法和分析能力、化學(xué)信息處理能力、發(fā)現(xiàn)與提出問題能力、證據(jù)推理與論證能力、模型認(rèn)知能力的培養(yǎng)。

根據(jù)學(xué)習(xí)要求和內(nèi)容特點(diǎn)，采用情境設(shè)置、問題驅(qū)動、主體活動和學(xué)習(xí)內(nèi)容融合并行的教學(xué)組織方式（見右上表），橫向基于情境和問題導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)主體的驅(qū)動，縱向環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成。

二、教學(xué)實(shí)施和策略

1. 新課引入

以《普通的改變，將改變普通》視頻進(jìn)行新課引入，然后轉(zhuǎn)入課堂小測，在后續(xù)教學(xué)過程中用相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行銜接和印證。一是從發(fā)展史中感悟，通過介紹1780年伽伐尼的青蛙解剖實(shí)驗(yàn)到1799年“伏特電堆”，再到1836年的丹尼爾電池的發(fā)展簡史，讓學(xué)生從中領(lǐng)悟改變。二是在分組實(shí)驗(yàn)中感悟，完成水果電池實(shí)驗(yàn)后，對實(shí)驗(yàn)過程中的不足進(jìn)行反思和討論，如實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、小組合作和實(shí)驗(yàn)操作的存在問題，商定改進(jìn)的策略，再進(jìn)行原電池實(shí)驗(yàn)，協(xié)商之后再實(shí)驗(yàn)，連貫性和效率有明顯改善。三是從實(shí)驗(yàn)設(shè)計中感悟，原電池實(shí)驗(yàn)設(shè)計中看似簡單的改變，巧妙地將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在不同電極發(fā)生，從實(shí)驗(yàn)①、實(shí)驗(yàn)②、實(shí)驗(yàn)③的對比（如圖1所示）感悟改變，體會創(chuàng)新的魅力。

2. 任務(wù)驅(qū)動

圍繞學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，設(shè)置多種情景，引導(dǎo)學(xué)生建立知識間的關(guān)聯(lián)，提供展示、討論、交流的機(jī)會和時間，調(diào)動學(xué)生共同參與的興趣和熱情。

課堂小測：完成化學(xué)反應(yīng)方程式“Zn+ + H2SO4-”，并標(biāo)注電子轉(zhuǎn)移的情況。以分析反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移情況導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生銜接新舊知識，形成“電子轉(zhuǎn)移”與“電流”的初步聯(lián)系，為新內(nèi)容學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。與學(xué)科核心素養(yǎng)“宏觀辨識與微觀探析”相關(guān)。

通過設(shè)置8個不同問題的討論、交流形成驅(qū)動任務(wù)，通過教師適時引導(dǎo)和鼓勵，養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)和樂于參與的習(xí)慣，讓學(xué)生在思考、分享和點(diǎn)評中體會學(xué)習(xí)的收獲和成功，感受化學(xué)的魅力。

3. 邏輯推理

在情境問題中引導(dǎo)進(jìn)行理性思考，將發(fā)現(xiàn)與提出問題能力、證據(jù)推理與論證能力的培養(yǎng)滲透到學(xué)習(xí)過程中。

采用剪輯的動畫為情境，內(nèi)容為將手機(jī)連接充電線，充電線插頭端插入蘋果中，加入汽水后，手機(jī)屏亮起。驚奇之余，不少學(xué)生迅速表示懷疑并引發(fā)議論，由此歸納出這種情況下的兩種對策：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和尋找理論依據(jù)。

教師在肯定學(xué)生敢于質(zhì)疑、不輕信虛假信息的務(wù)實(shí)態(tài)度和科學(xué)精神，發(fā)揮新情境作用的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生借鑒其連接方式，遷移到水果電池的設(shè)計和實(shí)驗(yàn)。滲透學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)精神與社會責(zé)任”的教學(xué)。

水果電池實(shí)驗(yàn)貼近學(xué)生對裝置設(shè)計的推理思維，課堂教學(xué)中，學(xué)生能注意到水果中未知的化學(xué)反應(yīng)，提出水果電池產(chǎn)生的電能是否來自化學(xué)能的質(zhì)疑，再通過討論推理找到縮小范圍，改用“某一具體化學(xué)反應(yīng)”替代水果中的“未知反應(yīng)”的方法，實(shí)現(xiàn)了分析環(huán)環(huán)相扣，討論逐漸深入，通過證據(jù)推理得出銅鋅原電池實(shí)驗(yàn)的模型，形成一條合理的證據(jù)鏈，完成原電池裝置設(shè)計的論證。

4. 知識運(yùn)用

結(jié)合閱讀和實(shí)驗(yàn)探究等活動，讓學(xué)生在主動學(xué)習(xí)中熟練信息處理、科學(xué)探究的方法和技能，這是本課時在培養(yǎng)和發(fā)展“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等學(xué)科核心素養(yǎng)中重要的一環(huán)。

師：請用1分鐘時間閱讀教材36頁第一、二自然段，并進(jìn)行分享。

（要求：分享時不能看書，其他同學(xué)對照教材進(jìn)行評價）

生A：汽車通過汽油燃燒產(chǎn)生熱能，熱能通過輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，為汽車供電。

生B：一些東西通過化學(xué)反應(yīng)，由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為其他的能量，氧化還原反應(yīng)是關(guān)鍵。

同學(xué)評價：（略）

師：雖然同學(xué)們都認(rèn)為兩位同學(xué)講得不夠準(zhǔn)確和完整，不妨對比一下，如果由你來分享，哪些地方要改進(jìn)？下面請大家再閱讀一次，注意閱讀與思考同步，注意關(guān)鍵詞以及信息的獲取、記憶、理解和歸納。

生A：（第二次分享）火力發(fā)電是化石燃燒反應(yīng)產(chǎn)生熱能，熱能推動蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。化石能源發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。

生B：（補(bǔ)充）我覺得還有火力發(fā)電時化石能源的燃燒很關(guān)鍵，發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。

師：兩位同學(xué)的前后兩次分享對比，閱讀的效果有了進(jìn)步，普通的改變有了效果，但閱讀能力還存在明顯的短板，要多加練習(xí)信息處理技巧。比如剛才同學(xué)的分享中沒提到兩個要點(diǎn)：一是電力生產(chǎn)量構(gòu)成，日常使用的電能主要來自火力發(fā)電;二是火力發(fā)電是化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能。那么，可不可以實(shí)現(xiàn)彼此間直接轉(zhuǎn)化呢？

以上學(xué)習(xí)過程采用連續(xù)二次閱讀和分享的效果對比，給學(xué)生帶來內(nèi)心的觸動。又如，通過讓學(xué)生從“化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”的探究過程中，領(lǐng)悟化學(xué)探究方法，具體見圖2。

學(xué)生在完成原電池探究實(shí)驗(yàn)后，結(jié)合裝置圖和現(xiàn)象進(jìn)行證據(jù)推理：①電流表指針偏轉(zhuǎn)，可知裝置形成了回路，從電流表指針偏轉(zhuǎn)方向可知，電流通過導(dǎo)線由銅片流向鋅片，因此電子是由鋅片流向銅片;②由第一步可推出鋅片為負(fù)極，是電子流出的極;③由第一步可推出銅片為正極，是電子流入的極;④鋅片不斷溶解，可知鋅失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，變?yōu)殇\離子，進(jìn)入溶液，電子流向見第一步和第二步;⑤銅片表面有氣泡產(chǎn)生，經(jīng)驗(yàn)證氣體是氫氣，可知溶液中的氫離子在銅片得到電子，產(chǎn)生氫氣，發(fā)生還原反應(yīng)。具體見圖3。

上述推理過程結(jié)合已學(xué)的物理知識以及宏觀和微觀的聯(lián)系，學(xué)生逐步推理論證原電池的結(jié)構(gòu)和工作原理，消除認(rèn)知障礙，認(rèn)識化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的方法，學(xué)會證據(jù)推理的方法和技巧。

責(zé)任編輯 韋英哲A7614627-9AF0-4AF6-B860-901C9EA63E99