新課程標(biāo)準(zhǔn)下高中化學(xué)課后作業(yè)設(shè)計(jì)研究
——以“電化學(xué)”為例

高 敏 賴(lài)方玲 徐婷婷 廖 婧 李 茜

（1. 成都市四川師范大學(xué)附屬中學(xué) 四川 成都 610066；2. 成都市成都大學(xué)附屬中學(xué) 四川 成都 610057；3. 成都市石室中學(xué) 四川 成都 610052）

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）明確提出“教師應(yīng)注意發(fā)揮課堂練習(xí)和課后作業(yè)對(duì)于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的診斷與發(fā)展功能，依據(jù)課程內(nèi)容各主題的學(xué)業(yè)要求，精心編制或精選課堂練習(xí)和課后作業(yè)題，使‘教、學(xué)、評(píng)’活動(dòng)有機(jī)結(jié)合，同步實(shí)施，形成合力，有效促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展”。［1］因此，教師應(yīng)重視課后作業(yè)并積極研究。

一、高中作業(yè)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

在目前有關(guān)作業(yè)設(shè)計(jì)的研究中，小學(xué)、初中階段的研究較多且較為成熟，高中作業(yè)設(shè)計(jì)在近幾年才略有凸顯，還有所欠缺。黃彩芬等通過(guò)文獻(xiàn)分析法，分析了中學(xué)化學(xué)作業(yè)設(shè)計(jì)的研究特點(diǎn)，詳細(xì)總結(jié)了作業(yè)設(shè)計(jì)的要求與4 種設(shè)計(jì)策略。［2］周玲玲針對(duì)當(dāng)前作業(yè)中存在的問(wèn)題以及課前、課中、課后作業(yè)的設(shè)計(jì)原則與實(shí)施形式進(jìn)行了逐一論述。［3］史育萌結(jié)合教學(xué)案例，分別從學(xué)科大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元作業(yè)設(shè)計(jì)、情境創(chuàng)設(shè)的作業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)探究性的作業(yè)設(shè)計(jì)、深度學(xué)習(xí)理論下的分層作業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的作業(yè)設(shè)計(jì)等方面闡述初中化學(xué)作業(yè)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。［4］以上研究都是基于理論視角對(duì)作業(yè)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，對(duì)一線(xiàn)教師而言缺乏操作性強(qiáng)的作業(yè)編制案例。

也有研究者將作業(yè)設(shè)計(jì)研究落實(shí)到具體的教學(xué)單元，如王雪艷以“電解質(zhì)溶液”單元為例說(shuō)明在化學(xué)單元作業(yè)實(shí)施過(guò)程中須注重作業(yè)的有效性、實(shí)踐性，豐富作業(yè)形式。［5］馬超等從層次性、多樣性、整體性角度出發(fā)，以“氮及其化合物”單元作業(yè)設(shè)計(jì)為例解釋了單元作業(yè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在題目的設(shè)計(jì)。［6］呂天恩等針對(duì)目前作業(yè)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，以“烴的衍生物”為載體進(jìn)行了情境化作業(yè)設(shè)計(jì)的研究，明確高中化學(xué)情境化作業(yè)的設(shè)計(jì)依據(jù)，闡述4 條設(shè)計(jì)原則，提出6 步設(shè)計(jì)流程。［7］目前具體到高中化學(xué)課后作業(yè)題的設(shè)計(jì)依然較少，需要更多的研究案例指導(dǎo)教師進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)。

本文圍繞“電化學(xué)”課后作業(yè)題的編制展開(kāi)，提出6 種符合“新課標(biāo)”要求的作業(yè)題編制路徑，為高中化學(xué)作業(yè)設(shè)計(jì)的研究提供一些實(shí)踐案例。

二、“電化學(xué)”單元知識(shí)結(jié)構(gòu)

“電化學(xué)”主要包含兩部分知識(shí):原電池和電解池，是以“氧化還原反應(yīng)”為大概念的知識(shí)單元，如圖1所示，可幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用。通過(guò)該單元學(xué)習(xí)，學(xué)生要認(rèn)識(shí)電化學(xué)體系的基本要素，構(gòu)建認(rèn)知模型，建立對(duì)電化學(xué)發(fā)生過(guò)程的系統(tǒng)分析思路，從微觀角度提升對(duì)電化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，體會(huì)電化學(xué)對(duì)提高人們生活質(zhì)量的重要意義，樹(shù)立學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的志向。

圖1 “電化學(xué)”單元知識(shí)

在“電化學(xué)”課后作業(yè)題的編制中，應(yīng)結(jié)合“電化學(xué)”單元知識(shí)結(jié)構(gòu)，以教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，以學(xué)生為主體，精心編制符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展、解決學(xué)生學(xué)習(xí)迷思的課后作業(yè)題。

三、課后作業(yè)題編制的路徑

“新課標(biāo)”要求習(xí)題編制必須堅(jiān)持以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，準(zhǔn)確把握“素養(yǎng)”“情境”“問(wèn)題”和“知識(shí)”4 個(gè)要素在題目設(shè)計(jì)中的定位與聯(lián)系，［1］如圖2所示。

圖2 “新課程”命題框架

習(xí)題命制應(yīng)盡可能情境化，實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落地，如習(xí)題素材可來(lái)源于當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新變化、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步新成果，以反映新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義理論和建設(shè)新成就。題目的設(shè)計(jì)要結(jié)合學(xué)生年齡特點(diǎn)和學(xué)科特征，充實(shí)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、社會(huì)責(zé)任感等相關(guān)內(nèi)容。基于此本文從以下6種習(xí)題編制路徑進(jìn)行了研究。

1.深挖教科書(shū)

教科書(shū)中由于篇幅有限而沒(méi)有深入探討的思考題可以設(shè)計(jì)為課后作業(yè)題。如2019年人教版《選擇性必修1 化學(xué)反應(yīng)原理》第109頁(yè)的“思考與討論”，只介紹了什么是白鐵皮、馬口鐵，指出馬口鐵可以制作食品罐。學(xué)生會(huì)疑惑:為什么要用更容易腐蝕的馬口鐵制作食品罐？基于此問(wèn)題，設(shè)計(jì)了課后作業(yè)，如表1所示，讓學(xué)生鞏固知識(shí)的同時(shí)也解決疑問(wèn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生知識(shí)面。

表1 基于教科書(shū)思考題編制課后作業(yè)題案例

2.利用STSE素材

“新課標(biāo)”指出“真實(shí)的STSE問(wèn)題和化學(xué)史實(shí)等，都是有價(jià)值的情境素材”。通過(guò)將STSE 素材改編為課后作業(yè)題，可促使學(xué)生關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，認(rèn)識(shí)和贊賞化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)，學(xué)習(xí)綜合運(yùn)用所學(xué)解釋和解決有關(guān)問(wèn)題。

學(xué)生日常生活經(jīng)驗(yàn)可作為設(shè)計(jì)的素材。如某購(gòu)物網(wǎng)站頁(yè)面上曾有消費(fèi)者對(duì)商品的提問(wèn)，如圖3所示。將這種問(wèn)答模式設(shè)計(jì)成題目，貼近學(xué)生生活體驗(yàn)，感受利用已有知識(shí)幫助他人的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

圖3 某購(gòu)物網(wǎng)站平臺(tái)消費(fèi)者提問(wèn)

【創(chuàng)編案例】某同學(xué)看到某購(gòu)物網(wǎng)站在出售一種“鹽水動(dòng)力”玩具車(chē)，下圖4的宣傳頁(yè)面介紹該玩具車(chē)加入食鹽水后便可工作。有消費(fèi)者在購(gòu)物網(wǎng)站留言板上提出了以下問(wèn)題，請(qǐng)你幫忙解答。

圖4 “鹽水動(dòng)力”玩具車(chē)及工作原理

（1）鎂片、碳片的作用是什么？

（2）為什么加入鹽水后電池便可工作？

（3）為什么加了鹽水后，小車(chē)沒(méi)有啟動(dòng)？

（4）為什么小車(chē)啟動(dòng)一段時(shí)間后就停止了？

（5）可用鐵釘、鉛筆芯和食醋來(lái)替代鎂片、碳片和鹽水嗎？說(shuō)明你的理由。

3.鉆研高考試題

2017年全國(guó)卷Ⅰ的11題以選擇題的形式考查了外加電流的陰極保護(hù)法對(duì)支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁進(jìn)行防腐的工作原理。聯(lián)想到港珠澳大橋工程的技術(shù)與設(shè)備規(guī)模創(chuàng)造了多項(xiàng)世界紀(jì)錄，是否用到了外加電流的陰極保護(hù)法對(duì)鋼管樁進(jìn)行防腐呢？教師先借助文獻(xiàn)資料了解港珠澳大橋的主要防腐措施為:（1）改變材料結(jié)構(gòu)制備耐腐蝕合金鋼管樁；（2）采用覆蓋保護(hù)層、犧牲陽(yáng)極法和外加電流法等聯(lián)合防護(hù)法保護(hù)合金鋼管樁。可見(jiàn)港珠澳大橋的合金鋼管樁是一個(gè)使用了所有常見(jiàn)金屬防腐方法進(jìn)行保護(hù)的應(yīng)用案例。在高考題的基礎(chǔ)上，以港珠澳大橋的防腐為情境設(shè)計(jì)習(xí)題，可以對(duì)金屬防腐知識(shí)進(jìn)行綜合性考查，也向?qū)W生呈現(xiàn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技和社會(huì)發(fā)展的新成就、新成果。

【改編案例】被稱(chēng)為“現(xiàn)代世界新七大奇跡”之一的港珠澳大橋，其設(shè)計(jì)壽命打破了國(guó)內(nèi)通常的“百年慣例”，制定了120年使用壽命的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)跨海大橋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)合金鋼管樁的耐久性提出了更高的要求。據(jù)了解，合金鋼管樁聯(lián)合應(yīng)用了多種防護(hù)方法。請(qǐng)依據(jù)所學(xué)知識(shí)回答以下問(wèn)題。

（1）合金鋼管樁防護(hù)原理主要是避免其發(fā)生____的電極反應(yīng)；

（2）中科院金屬所的科研人員利用在“SEBF/SLF（一種環(huán)氧涂層技術(shù)）高性能涂層”方面積累的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為港珠澳大橋合金鋼管樁提供了世界頂級(jí)的涂層，應(yīng)用此涂層的目的是____；

（3）使用了高性能富鋅（富含鋅粉）底漆，該防護(hù)方法稱(chēng)為_(kāi)____；

（4）合金鋼管樁還采用了如圖5所示方法進(jìn)行防護(hù)。

圖5 鋼管樁的電化學(xué)保護(hù)

高硅鑄鐵的作用是_____，簡(jiǎn)要說(shuō)明該方法的原理：______。

（5）在（3）和（4）中涉及的保護(hù)金屬的方法都涉及輔助陽(yáng)極，兩種方法中輔助陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)類(lèi)型________（填“是”或“不是”）相同的。請(qǐng)簡(jiǎn)述兩種方法對(duì)作為輔助陽(yáng)極的金屬的化學(xué)性質(zhì)有什么要求：__________。

絕大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)雙液原電池時(shí)對(duì)鹽橋的工作原理、鹽橋中電解質(zhì)溶液的選擇存在困惑。2020年全國(guó)卷Ⅰ的27 題給出了離子的電遷移率，讓學(xué)生結(jié)合上下文選擇鹽橋中電解質(zhì)溶液。可在此高考題的基礎(chǔ)上，從丹尼爾電池結(jié)構(gòu)介紹鹽橋的發(fā)展歷史，讓學(xué)生進(jìn)一步了解鹽橋的功能和鹽橋中電解質(zhì)溶液的選擇。

【改編案例】1836年，英國(guó)科學(xué)家丹尼爾將銅片和鋅片分別浸入硫酸銅溶液和硫酸鋅溶液，兩個(gè)燒杯之間由玻璃支管相連，支管中放有多孔的陶瓷隔板（如圖6 所示），獲得了世界上第一個(gè)具有穩(wěn)定電流的電池，并用于早期鐵路信號(hào)燈。丹尼爾電池的結(jié)構(gòu)使人們認(rèn)識(shí)到原電池是由兩個(gè)半電池連接而成，對(duì)理解原電池的本質(zhì)具有重要意義。改進(jìn)的丹尼爾電池（如圖7所示）是用倒置的U形管將兩個(gè)半電池聯(lián)通。

圖6 丹尼爾電池

圖7 改進(jìn)的丹尼爾電池

（1）多孔的陶瓷隔板的作用是_____。

（2）丹尼爾電池是世界上第一個(gè)具有穩(wěn)定電流的電池，比起伏打電堆，它的優(yōu)點(diǎn)是______。

（3）鹽橋中裝有_____，電池工作時(shí)鹽橋中的陰離子移向_____極。

（4）某同學(xué)對(duì)鹽橋中電解質(zhì)的選擇產(chǎn)生了興趣，該同學(xué)查閱資料了解到：鹽橋中的電解質(zhì)選擇原則是高濃度，鹽橋中陰、陽(yáng)離子不與_____發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且電遷移率（u∞）應(yīng)盡可能地相近。根據(jù)表2 的數(shù)據(jù)，丹尼爾電池中的鹽橋可選擇_____作為電解質(zhì)，理由是_____。

表2 部分離子的遷移速率

（5）某同學(xué)提問(wèn)：正負(fù)極電解質(zhì)溶液中的離子能否進(jìn)入鹽橋？請(qǐng)結(jié)合鹽橋中的電解質(zhì)選擇原則進(jìn)行解釋_____。

4.疑難問(wèn)題深究

對(duì)于學(xué)生易產(chǎn)生困惑而教科書(shū)模糊表達(dá)的內(nèi)容，可通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料進(jìn)行解釋?zhuān)木帪榱?xí)題。如雙液原電池電解質(zhì)溶液的選擇，學(xué)生比較容易理解正極電解質(zhì)溶液需參與電極反應(yīng)，而不易理解負(fù)極電解質(zhì)溶液的選擇依據(jù)。教師會(huì)強(qiáng)調(diào)負(fù)極電解質(zhì)溶液不能與負(fù)極電極發(fā)生反應(yīng)，但學(xué)生會(huì)繼續(xù)追問(wèn):不與負(fù)極反應(yīng)的電解質(zhì)溶液都可以嗎？由于教科書(shū)沒(méi)有明確的解釋?zhuān)處熗ǔ＝忉尀?負(fù)極電解質(zhì)溶液中的金屬陽(yáng)離子最好和負(fù)極材料所對(duì)應(yīng)的金屬陽(yáng)離子一致。然而真實(shí)情況是否如此呢？文獻(xiàn)查閱表明:負(fù)極電解質(zhì)溶液含有負(fù)極材料所對(duì)應(yīng)的金屬陽(yáng)離子并不能使原電池有更大的電流。［8］利用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)改編成習(xí)題，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推理實(shí)驗(yàn)結(jié)論，真正理解這一知識(shí)點(diǎn)。

【創(chuàng)編案例】某同學(xué)在學(xué)習(xí)丹尼爾電池時(shí)，提出問(wèn)題：為什么用硫酸鋅溶液作負(fù)極電解質(zhì)溶液？硫酸鋅溶液能用其他的電解質(zhì)溶液替代嗎？有同學(xué)猜測(cè)說(shuō)：負(fù)極電解質(zhì)溶液含有負(fù)極材料所對(duì)應(yīng)的金屬陽(yáng)離子能使原電池有更大的電流。為了驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)，學(xué)習(xí)小組開(kāi)展了以下探究，實(shí)驗(yàn)記錄如下：

（1）分析表3 中的數(shù)據(jù)可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：____________________________________________。

表3 實(shí)驗(yàn)組1負(fù)極電解質(zhì)（正極電解質(zhì)：0.30 mol/L CuSO4）

（2）分析表4 中的數(shù)據(jù)可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：____________________________________________。

表4 實(shí)驗(yàn)組2負(fù)極電解質(zhì)（正極電解質(zhì)：0.30 mol/L CuSO4）

（3）分析表3、4 中的數(shù)據(jù)可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：____________________________________________。

（4）分析表5 中的數(shù)據(jù)可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：____________________________________________。

表5 實(shí)驗(yàn)組3

5.關(guān)注學(xué)科交叉融合

電化學(xué)的知識(shí)涉及物理中電學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，可以將學(xué)科之間知識(shí)進(jìn)行整合，促進(jìn)學(xué)生看到知識(shí)間的交叉融合是解決問(wèn)題的常態(tài)。如下案例解決了化學(xué)中學(xué)生對(duì)原電池電流產(chǎn)生原因的疑惑，同時(shí)考查學(xué)生在物理中對(duì)電勢(shì)高低判斷的能力。題目以原電池工作時(shí)電流的大小和時(shí)間，運(yùn)用電量的計(jì)算公式I=Q/t，計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)，從而計(jì)算負(fù)極金屬質(zhì)量的減少，同時(shí)考察了學(xué)生對(duì)于物理公式的應(yīng)用和阿伏加德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量的相關(guān)計(jì)算，幫助學(xué)生從定量角度認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。

【創(chuàng)編案例】（1）原電池電流產(chǎn)生的原因是：銅原子和鋅原子失電子的能力不同，因此銅電極和鋅電極的溶解—沉積平衡狀態(tài)不一樣，兩個(gè)金屬單質(zhì)電極材料與其溶液之間的電勢(shì)差不相等，組裝成原電池后，產(chǎn)生了電子流動(dòng)。請(qǐng)結(jié)合物理學(xué)知識(shí)判斷，正、負(fù)極中電勢(shì)高的為_(kāi)_極。

（2）雙液銅鋅原電池工作t秒后，通過(guò)溶液的電流為I安培，已知每個(gè)電子的電量為1.6×10-19庫(kù)侖，則負(fù)極鋅片質(zhì)量減少__g。

6.聯(lián)系化學(xué)史

以化學(xué)史為素材編制題目，可使學(xué)生了解化學(xué)知識(shí)被建立、被豐富、被拓展、被修正的過(guò)程，這樣學(xué)習(xí)者才能更好地完善化學(xué)理論、拓展研究領(lǐng)域、開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用。如2019年人教版《選擇性必修1 化學(xué)反應(yīng)原理》第99頁(yè)“科學(xué)史話(huà)”簡(jiǎn)要介紹了原電池的發(fā)展史，將原電池發(fā)展史編制成題目，增加學(xué)生對(duì)原電池發(fā)展史的了解，為學(xué)生以后進(jìn)行科學(xué)探究奠定基礎(chǔ)。

【創(chuàng)編案例】1789年伽伐尼的“生物電”、1799年的伏打電堆在原電池的發(fā)展史中具有重要意義。

（1）1789年，意大利生理學(xué)家伽伐尼提出了“生物電”。結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)模擬該過(guò)程，下列哪種材質(zhì)的手術(shù)刀觸碰鐵盤(pán)上的青蛙腿不會(huì)產(chǎn)生觸動(dòng)___（填字母）。

a.鋁b.玻璃c.銀d.鐵

（2）伏打仔細(xì)研究了伽伐尼的發(fā)現(xiàn)，在1799 年制造出世界上最早的電池——伏打電堆（如圖8所示）。請(qǐng)?zhí)羁眨?/p>

圖8 伏打電堆示意圖

①伏打電堆工作時(shí)，電流由_____片經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)流向_____片。

②用鋁片替換鋅片后，伏打電堆_____工作（填“能”或“不能”）。

③伏打電堆中濕布片的作用是_______。

④伏打電堆_____重復(fù)使用（填“能”或“不能”）。

四、結(jié)語(yǔ)

課后作業(yè)題的編制需要教師進(jìn)行持續(xù)性的研究，緊跟時(shí)代的發(fā)展，更新自己的命題理念，更新習(xí)題的情境素材，探索多樣化的編制路徑，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)科思維能力的考察，通過(guò)習(xí)題促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的診斷和發(fā)展。希望本文的一些探索，能為課后作業(yè)題編制的研究提供一些實(shí)踐參考。