刘瑛 雷海英

【摘要】化学学科观念的建构，是化学教学的灵魂所在，具有重要的教育价值。本文以人教版选修4“原电池”为例，进行以具体知识为载体，以深化理解化学核心观念为方向，以理解、反思和应用为目标的教学实践。

【关键词】观念建构；原电池；教学实践

普通高中化学课程标准中指出，化学教学要重视学科观念的核心地位和课程内容的结构化与情境化，以此实现化学学科核心素养的落地生根。化学学科观念的建构，是化学教学的灵魂所在，是高中化学教学的重要教育价值之一。化学学科的基本观念包括元素观、微粒观、变化观、能量观和平衡观；方法类的基本观念，包括实验观和分类观；情意类的基本观念，主要包括价值观。具体而言，化学观念的建构是以知识为载体、依托教学情境建立而成，以期实现将教育内容转化为认识角度和思维习惯的过程。

下面以人教版选修4“原电池”为例，谈谈促进学生观念建构的教学。

一、学生学习情况分析

在必修2中，学生已经初步了解并能应用氧化还原反应理论，并知道通过化学键的重组和电子的无序运动，化学能转变为热能；将氧化还原反应中电子的转移由无序状态成定向、有序的移动，化学能转变为电能。在实验的基础上知道铜锌类原电池的构成条件，并能够用化学符号来表示微观变化，这些知识的掌握为选修阶段的学习奠定了一定的基础。选修4中，学生要以含盐桥的铜锌原电池为载体，使氧化剂和还原剂在彼此隔离的条件下反应，更有效地将化学能转化为电能，进一步认识原电池原理，多角度深入学习电化学知识。由此可知，学生需要建立微粒观、能量观和变化观。

学生在发展观念的过程中，障碍点在于，如何全面系统的认识原电池的装置，如何在宏观认识积累和微观理解的过程中据装置从微观角度深入理解原电池原理。这需要给学生建立认识系统，让学生能够整体地、联系地看待知识，打通电化学的任督二脉。

二、“原电池”具体知识与化学观念的联系

“原电池”中，化学能转化为电能这一核心大观念的建立和发展，依托的具体知识有三个维度，装置维度包括电子导体、离子导体和正负电极材料（或得失电子场所），原理维度包括电极反应、电极产物、反应过程和反应现象，任务维度包括分析和设计原电池两类。

教材在呈现原电池的具体知识时，能量观体现在化学能与电能、化学能与热能的相互转化中。化学反应中伴有能量变化，能量变化的主要表现形式是热能，原电池是将化学能转化为电能的装置，在原电池装置的改进过程中，提高能量转化率是其主要驱动力，引导学生分析和探究能量转化情况；微粒观体现在原电池原理的分析过程中，电解质在水溶液或熔融状态中发生电离，产生自由移动的离子，阳离子移向正极，阴离子移向负极，电极反应物发生氧化还原反应，电子由负极经过导线流向正极形成电流等，无一不是微粒观的体现；变化观更是无处不在，原电池过程中产生电池，化学能转化成电能，能量发生变化，负极反应物失去电子，正极反应物得到电子，负极发生的反应是氧化反应，正极发生的是还原反应，两种反应同时进行。教学中，用具体知识作支撑，应用能量观、转化观和微粒观分析和解决问题，在此过程中体会化学观念提纲挈领的地位和作用。

三、“原电池”的教学设计

在设计“原电池”的教学时，整体思路为：用微粒观、能量观和变化观统领内容教学，用促进学生理解和发展化学观念的问题引发学生思考，组织观察宏观事实和分析微观本质的学习活动，围绕产生持续稳定的电流、提高能量转化率这一实际应用展开双液电池的学习。人教版选修4“原电池”教学设计（片段）如下：

[引课]以典型的原电池为例复习巩固原电池及其形成条件，明确本节课任务：解析生活中常用的干电池和宇宙飞船中用到的锌银电池工作原理，体会基础学科的重要性。

[实验探究]

实验一：将锌和硫酸铜的反应设计成原电池装置

实验用品：锌片、铝片、铜片、碳棒、导线、CuSO4溶液、ZnSO4溶液、烧杯

实验任务：1.选择实验用品并说明选择依据，设计、完成实验装置。2.观察电流表偏转情况、电极变化、溶液颜色和温度变化，并记录实验现象。

設问：该反应中能产生持续的电流吗？该反应中锌片表面有铜析出，如何避免铜在锌的表面析出？

（设计意图：在掌握原电池基础知识的前提下，让学生分析単液电池的不足之处，引导学生从微观角度分析工作原理，认识电池结构对电池性能的决定性作用）

实验二：

实验用品：锌片、铜片、导线、CuSO4溶液、ZnSO4溶液、烧杯、盐桥、uA表

实验步骤1：锌插入硫酸锌中，铜插入硫酸铜溶液中，用导线将两电极和uA表连接起来。

提问：这个装置能产生电流吗？（学生分析问题所在，尽可能多的提出解决办法。）

实验步骤2：用盐桥将两种电解质溶液连接起来，再取出盐桥，重复几次。（或尝试用经饱和氯化钾溶液浸泡过的纸巾，导线）

（设计意图：通过动手实验，拓展学生对原电池结构的认识，实现从单液原电池装置到增加了盐桥、离子交换膜等原电池的装置的发展，让学生学会从反应、电池结构、原电池原理和电池性能等方面全面认识原电池）

四、教学反思

在以“化学能转化为电能”为核心大观念的教学中，笔者始终围绕微粒观、能量观和变化观的建构和发展设计教学活动。由于授课对象基础较薄弱，在教学前期先进行了相关知识的复习和回顾，为新课的顺利进行奠定知识的同时降低了学生的学习难度，克服了学生的畏难情绪，进一步发展观念属顺势而为。在实验探究中，让学生设计并动手组装原电池装置，通过观察实验现象和分析现象背后的原因，让学生体会微粒的变化情况和运动规律及相互作用，认识到単液电池存在不足从而引出双液电池。接着，在比较两种装置的异同和分析双液电池的工作原理的基础上，让学生认识到提高能量转化率是原电池装置得以改进的驱动力，加强能量观的培养。教材中没有用电极电势判断氧化还原反应的自发性，学生可能不能将物理中的电动势知识迁移应用到化学中解释问题，对此处可能会是一个障碍点，课下可以发放相关资料卡片帮助学生解惑。

进行基于化学观念建构的教学，教师必须要明确需要建立的化学观念是什么，借助哪些教学活动可以让学生将化学观念和具体教学知识联系起来。教师需要认真研读新课程标准和教材，深入理解知识内容，熟悉知识间的内在联系和知识的教学价值，进而分析和挖掘知识背后蕴含的化学观念，在教学活动中帮助学生理解、建构和发展化学观念。

五、结束语

采用基于化学观念建构的教学方法能够促进学生对原电池装置和原理的理解，一个重要的原因是通过感知原电池反应中的能量变化、从微观角度分析原因和应用电学知识分析溶液中离子移动情况，加深学生对能量观、微粒观和变化观的理解，深化对“化学能转化为电能”核心大观念的认识。

采用基于化学观念建构的教学方法能够促进学生迁移应用已有知识和经验。应用微粒符号来表征微观变化和化学反应中伴随有能量变化是已有知识，在外显和强化知识与其蕴含的化学观念的联系时，学生可以自然的将之前所学知识应用到新知识的学习中。

基于化学观念建构的教学方法能够促进学生认识水平的发展，使学生从宏观微观相结合的角度分析问题，用动态的相互作用观看待问题，自觉运用化学观念指导和统领化学学习，发展学生的必备品格和关键能力。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017

[2]吴艳艳.基于观念建构的“原电池”教学设计研究[D].山东师范大学，2016

（新疆农业大学附属中学，新疆乌鲁木齐830000）（渭南中学，陕西渭南714000）