追溯历史 拓展实验 凸显探究

洪燕芬

摘要：围绕“原电池原理及应用”学科主线和“电池发展”科学史辅线，通过一系列微型实验、拓展实验设计与探究，帮助学生认识学科知识发展逻辑，体验科学探究的过程，提升科学探究能力。

关键词：学科逻辑；拓展实验；科学探究；原电池；教学设计

文章编号：1005–6629（2014）6–0041–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 “原电池”教学设计思路

本课选自上海科学技术出版社高一《化学》第四章第二节“化学变化中的能量变化”，从教学内容层面分析，该节课涉及电解质溶液、氧化还原反应和物理学知识及实验，知识的认知难度较大；从教学实践层面分析，该节课内容属“化学变化中的能量变化”单元，教学中较为关注原电池反应中的物质变化与能量变化，注重宏观变化，而忽视了对“电子转移”这一微观本质的探讨，从而可能造成部分学生对原电池的工作原理理解不足。

此外，考虑到高一学生处于化学学科观念与方法培养的关键期，思维活跃，但在实验观察、探究、设计等方面的能力还有待提高。笔者尝试结合化学史和系列的实验探究，逐步深入开展原电池教学。

具体设计思路如图1所示。

2 教学目标

2.1 知识与技能

（1）掌握构成原电池的条件；

（2）理解并掌握原电池的工作原理，能够正确书写电极反应式和电池反应方程式。

2.2 过程与方法

（1）通过实验设计、操作和评价，提高观察和分析能力，透过现象看本质的推理能力，初步掌握科学探究的一般思路和方法；

（2）通过拓展问题的深入讨论，实际问题的分析预测，了解化学电池的设计理念，提升问题解决的思维品质。

2.3 情感态度价值观

（1）感悟以实验方法探索化学原理的乐趣，树立以设计与应用相结合的化学学科思想；

（2）通过化学电池发展史的简介，体会科学精神，感悟科学与技术完美结合带给社会的进步与发展；

（3）通过介绍废电池的污染和回收问题，提高环境保护意识和社会责任感。

3 教学过程

3.1 讲述故事，引入课题（什么是原电池？）

介绍伏打电池的发现史，引出教学主题——原电池，并指出生活中形形色色的化学电池就是原电池原理和科学技术综合应用的结果。

运用讲故事的方式跟学生一起分享“电池”发明的历史，启发学生对科学发明和本课题的学习兴趣。故事讲述简短，但十分引人入胜，为课堂顺利开展奠定良好基础。

3.2 开展系列实验，建构新概念

化学变化伴随着能量的变化，有热能、光能，也能产生电能，把化学能转化成电能的装置就是原电池。通过一系列演示实验，请学生仔细观察实验现象并思考有什么不同？最后归纳出原电池的构成条件。

系列实验设计：将锌片、铜片分别插入稀硫酸，观察实验现象（见图2）。将锌片和铜片用导线、灵敏电流计（G）连接后插入稀硫酸中（见图3）。将弯曲的铜片直接放在浸入稀硫酸的锌片上（见图4）。

运用自行设计的创新实验，让学生通过实物投影，清晰观察到实验现象（图3、图4红色的铜片上有大量的气泡产生，犹如项链上一串串透亮的珍珠，消失又很快出现，锌片上也有气泡但基本不溢出）。学生在掌握原电池基本构成条件的同时，也开拓了思路：两种金属直接接触也能构成原电池），同时也自然产生了一个新问题：铜为什么会在稀硫酸中产生气泡？这跟锌与稀硫酸接触反应有什么不同？实验活动过程层层推进，现象逼真，引发学生一阵阵惊喜。

3.3 思维引领，揭示科学本质（原电池是如何工作的？）

充分利用上述的系列实验，设计问题链：“外电路电子是如何流动的？电解质溶液中阴阳离子的作用是什么？”，“如何从氧化还原反应角度解释其中的原理？”，逐步引导学生透过实验现象，揭示铜锌原电池（Zn|H2SO4|Cu）的工作原理。

（锌片）负极：Zn-2e→Zn2+（氧化反应）

（铜片）正极：2H++2e→H2↑（还原反应）

电池总反应式：Zn+2H+→Zn2++H2↑

基于上述原理分析，进一步追问：溶液中SO4 2-的总浓度有否变化？溶液pH有否变化？促使学生运用已学的氧化还原反应原理和简单离子反应，对原电池的实质进行深刻思考，从而理解原电池原理的本质是电子转移，并掌握原电池设计的理论基础。

教师紧扣宏观实验现象，不断引导学生透过现象看本质，层层提示微观反应机理。师生互动愉快，教学进程流畅，学生的主动性思维得到了充分的调动。

3.4 微型实验，提升智慧

微型实验设计：在装有稀硫酸的水槽中放入两粒相同的锌粒（见图5a），观察到锌粒表面有气泡产生；然后将一根铜丝直接接触其中一颗锌粒表面（见图5b），观察到浸入液体的铜丝表面有气泡产生，速率更快；取出铜丝，然后用胶头滴管在锌粒上方垂直滴加硫酸铜溶液（见图5c），观察到该锌粒表面变暗，产生气泡的速率比另一颗锌粒快。

结合“原电池构成条件”和“原电池工作原理”的学习，设计并演示了上述微型实验，进一步开拓了学生的视野，形成了更多有关原电池原理和构成的深层次的思考和分析，学科知识的认识得到升华，理性思维品质得到了提升。

3.5 设计实验，应用拓展

请学生利用桌上仪器和药品，依据Cu2++Zn→Zn2++ Cu设计一个原电池。实验仪器与药品：铜片、锌片、CuSO4溶液、H2SO4溶液、烧杯、灵敏电流计

通过设计实验，完善并巩固原电池的构成条件和反应原理，并对发现的新问题“锌片变暗，有铜析出”现象进行及时引导与解决，并由此引出丹尼尔电池（见图6）。

依据原理设计原电池的实验活动，初步培养了学生的实验设计意识和能力，同时进一步巩固了学生对原电池原理的理解；此外，本环节引入历史上的丹尼尔电池，通过分析该电池的设计思想，实现了原电池原理及应用的深化。

3.6 联系生活中的化学电池，把握设计的技术问题（如何使原电池成为具有持续稳定电流的化学电池？）

引导学生思考“自发的氧化还原反应有很多，是否都能设计成实用的化学电池呢？”，“在设计过程中还需要考虑哪些技术问题？”，“还可能延伸出什么学科问题呢？”接着向学生说明：从科学原理到实际应用其实是一个不断创新的系统工程，生活中随处可见的化学电池就是化学学科原理与科学技术完美结合的成功案例。继而选取干电池和燃料电池以及最新“嫦娥奔月”及“玉兔”月球车中携带电池，带领学生通过资料收集和分析，了解上述电池的设计和发展。

从生活中熟知的电池入手，通过问题设置，由浅入深，让学生体验学科基础知识的重要性、科学技术的复杂性，侧重培养学生紧密结合学科知识，多角度综合分析和解决问题的能力。

3.7 课堂总结，突出核心理论

原电池的构成最重要的内部条件是自发氧化还原反应。电池供电能力首先取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力，同时装置设计的合理性（例如电极表面积）以及影响电极反应条件（如电解质溶液）等有着重要的影响作用。

3.8 作业布置，重在探究

设计三个不同要求、不同性质的作业，其来源于教材，高于教材，具体如下：

（1）书写完成高一化学教材P91上的作业。（2）我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。运用所学的化学知识，推测并讨论该电池两极上可能发生的电极反应。（3）利用家庭中常用的食品：植物油、咖啡、牛奶、苹果汁、醋、柠檬汁、盐水等，生活中不同的金属材料或其他导电材料，制作各种电极不同形式的化学电池，通过设计表格，制定个性化的实验报告。

作业设计充分挖掘教材资源，既有双基训练，又有铝电池相关知识讨论与拓展。另外，通过课外家庭水果电池实验，进一步加强学生学习化学的兴趣和探究方法的实践应用。

4 教学反思

本课设计依据课程标准和教材，密切结合学生已有经验，让学生在化学史和熟悉的对象或现象中发现新问题，建立新认识，解决新问题。同时利用系列实验、微型实验开展有序而深入的实验探究，帮助学生理解概念、完善理论，提高学生的科学素养和思维能力。总而言之，本课设计紧扣原电池主线，层层递进，思路严密，凸显了化学史和实验教学的认知功能，为学生思维品质的提升和问题解决能力发展奠定了基础。

参考文献：

[1]姚子鹏主编.高中化学一年级第一学期（试用本）[M].上海：上海科学技术出版社，2011：88～90.

依据原理设计原电池的实验活动，初步培养了学生的实验设计意识和能力，同时进一步巩固了学生对原电池原理的理解；此外，本环节引入历史上的丹尼尔电池，通过分析该电池的设计思想，实现了原电池原理及应用的深化。

3.6 联系生活中的化学电池，把握设计的技术问题（如何使原电池成为具有持续稳定电流的化学电池？）

引导学生思考“自发的氧化还原反应有很多，是否都能设计成实用的化学电池呢？”，“在设计过程中还需要考虑哪些技术问题？”，“还可能延伸出什么学科问题呢？”接着向学生说明：从科学原理到实际应用其实是一个不断创新的系统工程，生活中随处可见的化学电池就是化学学科原理与科学技术完美结合的成功案例。继而选取干电池和燃料电池以及最新“嫦娥奔月”及“玉兔”月球车中携带电池，带领学生通过资料收集和分析，了解上述电池的设计和发展。

从生活中熟知的电池入手，通过问题设置，由浅入深，让学生体验学科基础知识的重要性、科学技术的复杂性，侧重培养学生紧密结合学科知识，多角度综合分析和解决问题的能力。

3.7 课堂总结，突出核心理论

原电池的构成最重要的内部条件是自发氧化还原反应。电池供电能力首先取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力，同时装置设计的合理性（例如电极表面积）以及影响电极反应条件（如电解质溶液）等有着重要的影响作用。

3.8 作业布置，重在探究

设计三个不同要求、不同性质的作业，其来源于教材，高于教材，具体如下：

（1）书写完成高一化学教材P91上的作业。（2）我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。运用所学的化学知识，推测并讨论该电池两极上可能发生的电极反应。（3）利用家庭中常用的食品：植物油、咖啡、牛奶、苹果汁、醋、柠檬汁、盐水等，生活中不同的金属材料或其他导电材料，制作各种电极不同形式的化学电池，通过设计表格，制定个性化的实验报告。

作业设计充分挖掘教材资源，既有双基训练，又有铝电池相关知识讨论与拓展。另外，通过课外家庭水果电池实验，进一步加强学生学习化学的兴趣和探究方法的实践应用。

4 教学反思

本课设计依据课程标准和教材，密切结合学生已有经验，让学生在化学史和熟悉的对象或现象中发现新问题，建立新认识，解决新问题。同时利用系列实验、微型实验开展有序而深入的实验探究，帮助学生理解概念、完善理论，提高学生的科学素养和思维能力。总而言之，本课设计紧扣原电池主线，层层递进，思路严密，凸显了化学史和实验教学的认知功能，为学生思维品质的提升和问题解决能力发展奠定了基础。

参考文献：

[1]姚子鹏主编.高中化学一年级第一学期（试用本）[M].上海：上海科学技术出版社，2011：88～90.

依据原理设计原电池的实验活动，初步培养了学生的实验设计意识和能力，同时进一步巩固了学生对原电池原理的理解；此外，本环节引入历史上的丹尼尔电池，通过分析该电池的设计思想，实现了原电池原理及应用的深化。

3.6 联系生活中的化学电池，把握设计的技术问题（如何使原电池成为具有持续稳定电流的化学电池？）

引导学生思考“自发的氧化还原反应有很多，是否都能设计成实用的化学电池呢？”，“在设计过程中还需要考虑哪些技术问题？”，“还可能延伸出什么学科问题呢？”接着向学生说明：从科学原理到实际应用其实是一个不断创新的系统工程，生活中随处可见的化学电池就是化学学科原理与科学技术完美结合的成功案例。继而选取干电池和燃料电池以及最新“嫦娥奔月”及“玉兔”月球车中携带电池，带领学生通过资料收集和分析，了解上述电池的设计和发展。

从生活中熟知的电池入手，通过问题设置，由浅入深，让学生体验学科基础知识的重要性、科学技术的复杂性，侧重培养学生紧密结合学科知识，多角度综合分析和解决问题的能力。

3.7 课堂总结，突出核心理论

原电池的构成最重要的内部条件是自发氧化还原反应。电池供电能力首先取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力，同时装置设计的合理性（例如电极表面积）以及影响电极反应条件（如电解质溶液）等有着重要的影响作用。

3.8 作业布置，重在探究

设计三个不同要求、不同性质的作业，其来源于教材，高于教材，具体如下：

（1）书写完成高一化学教材P91上的作业。（2）我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。运用所学的化学知识，推测并讨论该电池两极上可能发生的电极反应。（3）利用家庭中常用的食品：植物油、咖啡、牛奶、苹果汁、醋、柠檬汁、盐水等，生活中不同的金属材料或其他导电材料，制作各种电极不同形式的化学电池，通过设计表格，制定个性化的实验报告。

作业设计充分挖掘教材资源，既有双基训练，又有铝电池相关知识讨论与拓展。另外，通过课外家庭水果电池实验，进一步加强学生学习化学的兴趣和探究方法的实践应用。

4 教学反思

本课设计依据课程标准和教材，密切结合学生已有经验，让学生在化学史和熟悉的对象或现象中发现新问题，建立新认识，解决新问题。同时利用系列实验、微型实验开展有序而深入的实验探究，帮助学生理解概念、完善理论，提高学生的科学素养和思维能力。总而言之，本课设计紧扣原电池主线，层层递进，思路严密，凸显了化学史和实验教学的认知功能，为学生思维品质的提升和问题解决能力发展奠定了基础。

参考文献：

[1]姚子鹏主编.高中化学一年级第一学期（试用本）[M].上海：上海科学技术出版社，2011：88～90.