“原电池工作原理”教学实录

姜伟+何月华

摘要：利用微型实验探究“原电池”，不仅使探究式实验得到顺利完成，有效培养了学生的创新意识，提高了学生的创新思维和创新能力， 而且从知识视角进行了反思，提出教学设计时要探寻知识本源，发掘知识的内在潜力，促进知识内化，进一步优化教学设计，提高课堂效率，促进高效课堂的良性发展。

关键词：微型实验；原电池；教学实录

文章编号：1008-0546（2017）02-0040-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.013

一、基本思路

“原电池”是高中化学学科体系的核心知识之一，它的教学是氧化还原反应理论的延伸与应用，也是后续电化学知识的基础。 原电池的教学是体现学科交叉，科学理论联系实际，培养学生思维能力和探究能力的好素材[1]。原电池教学内容先后出现在必修和选修模块中，且具有一定的层级关系。必修模块以“铜—锌—稀硫酸”原电池为教学模型，通过具体事例说明通过这样一个装置可以将化学能转化为电能，体现了化学反应产生能量的利用价值；选修模块则以“铜—锌—硫酸锌、硫酸铜双液”原电池为教学模型，让学生体验化学能转化为电能的探究过程， 要求学生了解原电池的工作原理， 能正确书写电极反应与电极反应式[2]。本文源于[3]人教版選修4第四章第一节“原电池”，采用“装置改进式”的教学思路：首先，带领学生复习单液原电池， 为了更好地与选修模块衔接，将电解质溶液由稀硫酸改为硫酸铜溶液进行微型实验探究，使学生能够看到单液原电池中电流的衰减及锌片上有铜析出的弊端；其次，通过阶梯问题引领学生将原电池装置从单液改进为双液，通过微型实验探究得出双液原电池的优点。整个教学注重知识的产生和发展过程，引导学生从身边走进化学，从化学走向社会，可以使学生更加深入地理解化学能转化为电能的现实意义。

一、教学目标

[知识与技能]

1.通过复习单液原电池，进一步加深对原电池形成条件及工作原理的认识；

2.通过实验与分析，了解单液原电池存在的问题和改进方法。

[过程与方法]

1.经过对单液原电池装置的优化过程，感悟科学探究的思路和方法，进一步体会控制变量法在科学探究中的应用；

2.在学习中，学会运用观察、实验等多种手段获取信息，并运用比较等方法对信息进行加工。

[情感、态度与价值观]

1. 在学习中体验并享受科学探究带来的快乐，感受化学世界的奇妙；

2.增强联系实际学习化学并将化学知识应用于生活的意识；

3. 通过单液原电池和双液原电池的探究实验，让学生体会科学研究对于人类社会可持续发展的重要意义。

二、教学重、难点

1.教学重点：单液原电池的优化过程。

2.教学难点：盐桥原电池的功能与价值。

三、课堂实录

环节一：创设情境，引入新课

[投影]微视频：iPhone广告——橙子电池给手机充电。

[师]请问同学们，你们在视频中看到了什么？

[生1] 将一枚铁钉与一枚铜钉一同插入橙子中，并用导线连接，使其产生电流，给手机充电。

[师]很好，观察非常仔细！试从能量转化角度分析微视频中实现了怎样的能量转化。

[生2]化学能转化为电能。

[师] 我们把化学能转化为电能的这种装置称之为什么？

[生]（齐声回答）原电池。

[设计意图]巧融流行元素，以微视频引出课题，既吸引了学生注意力，又激发了学习兴趣，为后续学习提供背景资料。

环节二：应用理论，升华本质

[师]请同学们回忆高一学过的原电池装置（见图1），谈谈该装置中电流是如何产生的？

[生3]锌片失去电子变成Zn2+进入溶液，吸引SO42-向锌片移动， 与此同时电子从锌片沿导线流向铜片，溶液中的Cu2+向铜片移动，在铜片表面得到电子生成铜，溶液中通过阴、阳离子的定向移动形成电流。

[师]电子为何从锌片沿导线流向铜片，而不直接在锌片上发生置换反应呢？

[生] 思考讨论， 猜测可能与金属活动性不同有关。

[师]当把金属M棒置于水溶液中时，金属表面的金属离子受极性水分子的吸引发生水合作用，产生金属离子的沉淀溶解平衡，使一部分金属离子以水合离子Mn+（aq）的形式离开金属进入溶液而把电子留在金属表面上，这是金属溶解过程；同时，溶液中的金属离子有可能碰撞金属表面，从金属表面上得到电子，还原为金属原子沉积在金属表面上，这是金属沉积过程。当金属的溶解速率和溶液中金属离子沉积到金属表面的速率相等时，达到一种动态平衡[MMn+（aq）+ neˉ][4]。

金属锌与金属铜都存在着类似的平衡，但平衡状态并不相同，金属越活泼，平衡越趋向于溶解方向，金属片上剩余电子越多，因此当锌片与铜片用导线相连时，电子由锌片流向铜片。

[设计意图] 应用平衡原理解释原电池有利于学生理解原电池工作的本质及后面要学的双液原电池中氧化剂与还原剂不接触仍能反应等问题，也为书写电极反应式，理解半反应概念铲除了思维障碍。

环节三：实验验证，发现问题

[微型实验探究1]将锌片、铜片固定在实验板上（锌片和铜片不直接接触）， 然后用滤纸条覆盖住锌片、铜片，再用硫酸铜溶液完全浸透滤纸条，最后用导线连接电流表，观察现象。

[生4]电流表指针发生偏转，表明有电流通过。

[生5]随着上述实验时间的延续，电流表指针偏转的角度逐渐减小，表明电流衰减了。

[生6]上述实验延续一段时间后，掀开滤纸条，发现锌片、铜片上均有铜析出。