提角度，構模型

雷素娟 寧曉強

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，化學教學內容的結構化是促進學生從化學學科知識向化學學科核心素養轉化的關鍵，強調教師在組織教學內容時應高度重視化學知識的結構化設計，充分認識知識結構化對學生化學學科素養發展的重要性。電化學知識分布在“化學反應原理”模塊，是中學生必須掌握的核心理論之一，是“化學反應原理”板塊的重要組成部分，對學生深入學習電化學知識起著重要的作用。普通高中教材中涉及的電化學知識主要是指原電池和電解池的工作原理及其應用，其內容特點是概念多而集中，原理抽象且復雜。

一、教學設計思路

（一）教學內容分析

電化學研究電能與化學能之間的相互轉換，其為推動人類社會發展和世界文明進步作出了重要貢獻，在能源、新材料、環境保護、信息技術和生物醫學技術等方面優勢獨特，這使得電化學內容成為歷年高考的重點。近年來，電解池和原電池中涉及隔膜的問題越來越多，形成了常考常新的特點。從教材看，選擇性必修一中的燃料電池、紐扣電池和電解飽和食鹽水裝置中都涉及了隔膜，但并未對隔膜的作用和選擇進行介紹。

（二）學情分析

根據我前期的統計，含膜電化學裝置存在原料多樣、結構復雜，內容接軌科技前沿，計算難度大等問題。同時，學生對電化學原理缺乏深入認識，對隔膜作用沒有本質理解，導致對真實情境下的含膜電化學裝置分析過程顯得十分吃力。

基于以上分析，以提升電化學相關知識的結構化水平、形成認識電化學原理的視角與思路為導向，進行含膜電化學裝置的專題復習，幫助學生提煉認識視角，構建思維模型。

（三）教學目標

依據化學學科核心素養要求，基于“教學評一體化”的課程理念設定了以下教學目標。

1.通過復習常見的電解池和原電池裝置的工作原理，認識電化學裝置的本質特征，提升相關知識結構化水平，構建認識電化學裝置的一般模型。

2.通過分析電化學裝置的本質特征，提煉認識電化學裝置的物質視角和能量視角，構建解決電化學裝置物質與能量轉化問題的思維模型。

3.運用解決電化學裝置物質與能量轉化問題的思維模型，基于生產生活情境，提升解決問題的能力，體會社會發展進程中化學學科知識的應用價值。

（四）設計思路

在化學學科理解理論、最近發展區理論的指導下，我依次展開了以下三個教學板塊（見文末圖1）。

以上內容，通過“原電池與電解池本質上有何共性”“為什么需要隔膜”“如何選擇隔膜”等問題驅動，形成了環環相扣、層層遞進的教學結構，學生在做中學、學中用。

二、教學過程

▲前測：發現真實教學問題

以問題為導向的教學是基于學生學習痛點，發揮學生主體作用的教學。本節課前，我對近年來高考題中電化學內容進行了整理、歸納，并通過紙筆測試、學生訪談、數據分析等，從中發現了含膜電化學問題專題復習的教學價值，并設計、實施了以下教學活動。

▲環節一：歸納認識，抽提角度

根據前測中發現學生缺乏對電化學原理的認識，或雖有對物質變化與能量變化的認識，但缺乏關聯等問題，設計了第一個教學活動：歸納認識，抽提角度。

依托原電池和電解池基礎知識，對比鋅銅原電池和電解飽和食鹽水裝置，從物質和能量轉化的角度讓學生分析它們的共性，抽提出認識電化學裝置的兩個視角——即物質視角和能量視角。接著，讓學生寫出電極反應式，標出裝置的離子遷移方向、電子運動方向和電流方向。學生通過對比找出電極反應、離子遷移、電子運動和電流方向的內在關聯，將原電池和電解池的原理打通，構建了電化學裝置原理的一般模型。（見圖2）

▲環節二：關聯角度，構建模型

基于以上認識，為了便于學生理解隔膜在電化學裝置中的作用，將物質和能量視角建立關聯，我設計了第二個教學環節：關聯角度，構建模型。

針對任意的含膜電化學裝置，選擇隔膜類型時應該從什么角度入手呢？能否構建適用于電化學裝置隔膜選擇的一般思維模型呢？我的教學設計如下。

第一步：展示學生最為熟悉的鋅銅原電池裝置的視頻和照片，發現鋅電極上的“異?！爆F象，引發學生思考，發現傳統原電池裝置存在能量利用率低等問題。產生該問題的本質原因是氧化和還原反應未完全分區進行，使學生意識到在電化學裝置中引入隔膜的必要性。

接下來思考，應該用什么類型的隔膜呢？帶著這個問題，我首先介紹了隔膜的分類以及雙極膜的工作原理（見圖3），為后續雙極膜的應用做鋪墊。結合物質轉化與電流產生的需要，學生經過小組討論，最終確定了上述原電池隔膜的類型。

第二步：展示電解飽和食鹽水裝置，引導學生分析其弊端，討論如何從選擇隔膜的角度來解決問題。學生也很快確定了隔膜的類型。

第三步：讓學生將以上兩個問題的解決過程進行對比分析，思考找出確定隔膜類型的一般思路。學生經過小組討論交流，提煉并關聯分析電化學裝置物質視角與能量視角，構建解決電化學裝置物質與能量轉化問題的思維模型。（見圖4）

▲環節三：模型應用，遷移提升

認識視角和認識思路的建立，能幫助學生形成解決真實化學問題的“本事”。解決化學真實問題的“本事”就是化學學科核心素養的本質。與此同時，化學學科的價值就在真實問題的解決過程中充分體現。為此，我設計了第三個教學環節：模型應用，遷移提升。

○遷移應用1：首先，我選取了利用電解法合成次磷酸的案例，抽提其合成原理，形成真實問題呈現給學生。教學過程中，學生通過自主閱讀背景材料，明確次磷酸是具有還原性的一元弱酸等信息，再結合之前建立的問題認識視角和思維模型分析、討論、交流，最后明確電解池中三處隔膜的類型應如何選擇，及選擇錯誤或去掉相應隔膜會有何影響。

○遷移應用2：上述遷移學習活動中，學生在課堂上能較快地分析解決問題。在接下來的遠遷移問題中，我以利用工業電滲析法使海水淡化創設情境，呈現利用傳統方法進行海水淡化的裝置及原理，首先引導學生分析發現該裝置存在的改進提升空間，然后對比研究人員改進后的裝置示意圖，最終使學生認識到從物質和能量轉化的視角進行分析，結合思維模型，可以準確、快速地解決隔膜選擇問題，同時體會隔膜在工業生產中的應用價值。

○提升應用3：課后，我以堿循環法脫除煙氣中的SO2為背景，設計了一道素養習題。經過本節課的學習，學生能運用含膜電化學裝置的思維模型進行多角度分析，并設計隔膜類型來優化工業生產的實際問題，達到了本節課的預設目標。

三、教學反思

通過本節課的教學，針對高考化學基本概念和原理的科學復習，我進行了以下方面的反思。

1.系統知識結構化。散的知識點不便于提取，難以遷移。復習過程中，在鞏固舊知識的基礎上，使知識之間建立有效的邏輯關聯，形成結構化，學生才能有效解決陌生情境下的真實問題。

2.認識視角顯性化?；瘜W學科核心素養的本質是創新的本事。創新的本事表現為“舉一反三”。“一”是什么呢？“一”是具有廣泛可遷移性的對問題的認識視角與認識思路。在教學中，顯性化認識視角有利于學生面對陌生情境時，能順利地發現“該從哪里想”這個問題。

3.特征問題模型化。模型是對事物的本質抽象與顯性化呈現，它包含了對事物的本質認識，以及認識事物的視角或程序。它的外顯可以幫助學生在面對復雜問題時有“模型”可參考、有程序可依照，從而大大提升解決問題的能力。

4.知識問題情境化。學生所學的知識產生于前人對真實問題的解決，經過去情境化成為學科知識，它的有效學習需要經過教學的再情境化，由此，知識才能“活”起來，具有可遷移性。因此，在復習中不宜就題論題，需要盡可能地為題目中的知識賦予合理的情境。只有在真實情境中“學”，在真實問題中“用”，才能體會知識的有“價”。

5.痛點問題專題化。復習內容聚焦是有效復習的前提。將復習內容整理、規劃形成復習專題，能減少信息干擾，有利于將復習導向問題本質，加深學生對知識的理解，發展學生的思維，使學生形成穩定的學科素養。