基于核心观念建构的概念原理教学设计

刘景玲

摘要：在“电解池”教学中，围绕电解池的核心概念，通过问题情境引发学生思考，通过教学活动促进学生理解和建构核心概念，发展认识，落实三维目标。

关键词：核心概念；电解池；教学设计

文章编号：1008-0546（2016）05-0067-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.027

一、教材分析

本节教材分为两部分，一是电解原理，以电解CuCl2溶液为例，根据实验现象分析装置中发生的电解反应，介绍了电解的基本概念——电解的概念、电解池的组成、离子放电顺序和电极反应，从而揭示了电解的原理；二是电解原理的应用，以氯碱工业、电镀、铜的精炼、电冶金为例，介绍电解原理在化工生产中的应用。因此本节教学的重心是第一部分电解原理，本设计为第一课时。

“化学能与电能的相互转化”是贯穿全章的主线。在原电池的学习中，学生已经了解了利用自发的氧化还原反应能够把化学能转化为电能，本节的核心概念是“通过电解池使非自发的氧化还原反应能够发生，反应中电能转化为化学能”。氧化还原反应、离子得失电子难易程度、电解池如何形成闭合回路，这些知识是电解原理的基础。

二、学情分析

学生在初中就对电解水有了一定认识。必修1学习了氧化还原反应，能够判断一个氧化还原反应能否发生，掌握了氧化剂还原剂的相互关系以及反应中电子转移等知识。必修2元素周期律的学习，对金属阳离子和非金属阴离子得失电子难易程度进行过归纳总结，学生对得失电子难易有一定基础，但对于电极反应方程式的正确书写仍然存在困难。选修4原电池的学习让学生对自发进行的氧化还原反应有了更加深刻的知识。由于电解的概念多、理论性强，特别是原电池和电解池装置学生也易将二者混淆，它们对应的电子和离子的移动方向、电极反应等分辨不清楚。因此，通过复习电解水，分析用惰性电极电解CuCl2溶液、电解NaCl溶液的过程，列举电冶金工业中金属Na的制取方法等实例，帮助学生建构电解池的核心概念。

三、教学目标

1. 知识与技能

通过电能转化为化学能的探究实验，知道电解池装置的基本构造，能够从电极名称、电极反应、能量转化、反应驱动力等方面认识并掌握电解池的工作原理，会正确书写简单电解池的电极反应方程式和电解总式。

能够根据电解质溶液的组成和电极特点，运用氧化还原知识判断电解产物，并形成分析判断电极产物的一般思路：电极材料→溶液中存在的微粒→微粒的运动方向→分析得失电子的能力判断→写出电极产物。

2. 过程与方法

在用惰性电极电解CuCl2溶液、电解NaCl溶液的实验中，教师通过提出问题、分析解决问题调动学生学习的主动性，通过观察、分析、推理实验现象，归纳、总结基本概念和规律，帮助学生建立综合运用微粒观和氧化还原反应理论分析电解池问题的基本思路。

3. 情感态度价值观

通过查阅资料、观看录像等方式了解电解原理在工业生产中的应用，感受电解原理在科技、生活中的应用价值，培养学生对化学的学习热情和求知欲望；通过对戴维及其成就的介绍中，培养学生对化学史的关注，感受科学家的精神品质。

四、教学重难点

教学重点：电解池工作原理

教学难点：电解池工作原理

五、教学活动设计与分析（第1课时）

1. 化学史引入，提出问题

复习旧知：以2H2+O2■2H2O为例复习原电池原理，分析自发进行的氧化还原反应设计为原电池的方法，总结原电池的核心概念，为构建电解池的核心概念做好知识储备。那么对于反应2H2O■2H2↑+O2↑如何实现？反应过程中能量如何转换？该反应学生很熟悉，容易想到高温和电解实现水的分解，反应中伴随能量的转换，有助于学生能量观的建构，初步认识到“电解是最强的氧化还原手段”。

化学史引入，提出问题：在化学发展史上第一次实现水电解为H2和O2是在1799年伏打电池诞生后。电给世界带来了太多的神奇变化，好奇心驱使人们进行各种尝试。英国化学家戴维用他发明的电解法相继发现了K、Na、Ca、Sr、Ba、Mg 等元素，成为发现化学元素最多的化学家。他的研究思路是水通电生成H2和O2，那么物质的水溶液通电时，物质的变化是如何发生的呢？

设计意图：把原电池原理和本节要学习的电解池原理自然地结合在一起，向学生展示了电解法产生的时代背景及其对化学发展带来的巨大影响，温故而知新，激发学生的求知欲。

2.实验探究，建立认识

将课本中的实验装置改为在蒸发皿中进行（如图），学生思考并回答：该实验的实验目的是什么？该实验用到的仪器和药品有什么？猜想通电时在阳极和阴极的产物可能是什么？可以观察到什么现象？

设计意图：在问题解决过程中明确实验探究的目的，帮助学生建立认识：非自发进行的氧化还原反应可以在外接直流电源作用下发生，反应过程中电能转换为化学能，构建学生的能量观，并根据实验总结电解池的构成条件。

3. 分析研讨，建立概念

将实验现象投影到大屏幕上，学生观察、归纳实验现象，根据实验结果思考讨论：①CuCl2溶液中有哪些离子？②在接通直流电源时，离子如何运动？③如何书写电极方程式？

实验现象：阴极有红色的固体；阳极有气体产生，并能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。

分析：CuCl2溶液在接通直流电源时，电子从电源负极出发流入电解池的阴极，溶液中Cu2+向阴极移动得到电子生成Cu单质；Cl- 向阳极移动失去电子生成Cl2，电子流回电源正极，形成闭合回路。

总结：电解池相关概念

①电解：使直流电通过电解质溶液在阴、阳两极引起还原反应和氧化反应的过程。

②电解池：把电能转换为化学能的装置。

③电极名称及判断：

阴极：与电源负极相连，阳离子向阴极移动，得电子，发生还原反应。

阳极：与电源正极相连，阴离子向阳极移动，失电子，发生氧化反应。

设计意图：该实验是理解电解原理的突破口，也是本节教学重点。引导学生通过观察实验现象，运用所学知识分析电极表面发生变化的原因。通过实验现象分析电解原理，符合学生的认知过程。通过对溶液中微粒的分析，使学生对电解的认识从宏观上物质的变化上升到微观上微粒的变化，进而认识电解池的功能是实现非自发进行的氧化还原的装置，认识“电解质溶液的导电过程，就是溶液中的离子在两极发生氧化还原的过程，即电解质溶液的电解过程”。

4. 实验探究，完善概念

提出问题：理解电解原理的基础上，回到由化学史引入的问题：戴维是如何发现金属钠的？

设置台阶：电解CuCl2溶液得到单质Cu，如果戴维利用电解CuCl2溶液的装置电解NaCl溶液，能否也得到金属Na？

设计意图：让学生产生认知冲突，引发他们积极思考，看他们能否联想到金属活动顺序表中金属阳离子的氧化性顺序，在问题解决中建构新知识。

利用电解CuCl2溶液的装置演示电解饱和食盐水（如图），学生猜想阴阳极的产物。将实验现象投影到大屏幕上，观察、归纳实验现象，根据实验结果思考讨论：①饱和食盐水中有哪些离子？②通电后，溶液中的离子如何移动？③如何书写电极方程式？

总结：

①离子放电顺序：阳离子Cu2+>H+>Na+（联系金属活动顺序表），阴离子Cl- >OH-；

②分析判断电极产物的一般思路：电极材料→溶液中存在的微粒→微粒的运动方向→分析得失电子的能力判断→写出电极产物。

设计意图：通过实验，巩固学生对电解池装置的认识，并通过获得的产物及物质变化的原理分析，理解体系中多种离子存在竞争放电时，离子放电顺序就是比较氧化性、还原性的强弱顺序，体会研究水溶液电解产物的一般过程和方法。

5. 应用评价，落实概念

问题①：结合电解饱和食盐水的实验结果，回扣开始导入的问题：利用电解CuCl2溶液的装置电解氯化钠溶液得不到金属Na，那么戴维应该如何从NaCl中成功制取了Na？

问题②：在电解水的实验中，如果用纯水，反应速率是非常慢的，为了增强水的导电能力而又不影响电解产物，可以加入哪些物质？

设计意图：在新的情景中运用原理进行解释、预测，巩固、内化新原理，利用结论解决问题，落实知识，掌握完整的电解池概念。

6. 归纳总结，建构核心概念

作业：本节涉及的概念有电解、电解池、电能、化学能、阳极、阴极、氧化反应、还原反应等，请画出这些概念间的思维导图，并用一句话概括对电解和电解池的理解。

设计意图：引导学生用思维导图组织概念，可以帮助学生建立概念之间的联系，形成概念的网络化结构，加深对概念的理解，并促进知识结构的合理化。学生用自己的理解高度概括本节重点内容，帮助学生构建核心概念：非自发进行的氧化还原反应，可以通过外加电源的装置使其发生，反应中电能转化为化学能。

五、反思总结

本节课的教学过程，是在引导学生复习原电池核心概念的基础上，从电解法的科学发展史引入，设置问题情境：如何使非自发进行的氧化还原反应能够发生？通过实验探究、分析实验现象、应用概念解决问题、归纳总结与教师点拨指导相结合，逐步构建电解的核心概念。这样的教学过程凸显概念的形成过程，符合学生的认知规律，以学生为主体，通过问题的层层递进，激发了学生的求知欲，促进学生在解决问题的过程中获取知识与方法，掌握核心概念。