基于发展高中生化学学科核心素养的课堂教学改革——以“化学能与电能”教学为例

李延红，吴海霞，傅玉琴

（洛阳师范学院化学化工学院，河南洛阳 471934）

1 教学内容分析及教学现状

高中化学人教版必修二教材第二章 “化学反应与能量”中第二节“化学能与电能”第一课时“化学能转化为电能”[1]，该课时的主要内容包括：（1）了解原电池的定义；（2）知道原电池的形成条件；（3）了解原电池的工作原理；（4）学会原电池正、负极的判断；（5）掌握原电池电极反应式的书写。

关于“化学能转化为电能”，很多教师的教学重点放在了原电池正负极的判断和电极反应式的书写，往往忽略了启发并引导学生深度理解原电池的工作原理。课堂教学中大多数教师都是重视知识的理解和掌握，而忽略了发展学生的学科核心素养。

2 教学思想和创新点

《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确指出，发展学生化学核心素养的关键，是“积极开展素养为本的课堂教学实践，主动探索素养为本的课堂教学模式和策略”，该文通过几个策略，将教学设计进行优化，使学科核心素养在课堂落地，以期培养学生必备品格和关键能力[2]。

3 设计内涵和设计思路

核心素养是学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力[3]。化学作为自然科学的基础之一，研究化学学科核心素养，对学生的必备品格和关键能力有着独特的作用，主要体现在“宏观辨识和微观探析”“变化观念和平衡思想”“证据推理和模型认知”“科学探究和创新意识”“科学态度和社会责任”5 个核心素养维度上，基于核心素养的教学是指以核心素养培育为导向，通过优化教学设计使核心素养落地课堂，培养学生必备品格和关键能力[4]。

在教学设计上，以水果电池作为情境线，以Cu-Zn 原电池作为知识线，以小组活动作为任务线，以多元评价作为素养线，使学生在课堂上始终处于主体地位，从而突出重点、突破难点，通过学生主动参与课堂，使学生的知识水平有所提高，合作精神有所增强，进而培养学生的合作意识，竞争意识和社会责任。

4 教学目标

（1）通过教师的演示实验，让学生感知实验中同一个化学反应的能量变化，从而培养学生的变化观念。（2）通过引导学生从多个维度，多个角度度辨识原电池的正负极，培养学生宏观辨识和微观探析的能力。（3）通过学生的分组实验，交流合作，归纳出原电池的形成条件，从而培养学生的探究能力和合作意识。（4）通过原电池的模型，引导学生观察宏观的现象，启发学生对微观电子转移的探析，得出原电池的工作原理，推理出正负极电极反应式的书写，从而培养学生的证据推理能力。（5）通过对目前电力来源的讨论、分析、小组交流，培养学生的科学态度和社会责任。

5 教学流程

5.1 通过情境导入、演示实验认识原电池，培养变化观念和平衡思想

教师：教师展示由水果电池供电的音乐贺卡模型，并提问“为什么水果能像电池一样供电？”

学生：学生对神秘的贺卡产生期许，对水果发电产生兴趣和疑问。

过渡：为什么我组装的这样的装置能使音乐贺卡发出声音，它的原理是什么？我们能不能在实验室找一个类似的装置也让音乐贺卡发出声音或让电子表显示时间呢？

学习任务一：原电池的能量变化及其构成条件。

教师演示实验如下。

（1）将金属锌插入稀硫酸溶液中；（2）将金属锌、铜一起插入稀硫酸中；（3）将金属锌、铜用导线连接插入稀硫酸溶液中。

教师：请同学们仔细观察并认真描述这3 个实验的现象，分别涉及哪些能量转化？

学生：实验一现象：固体逐渐溶解，金属锌表面有气泡冒出，在此过程中，化学能转化成热能。

实验二现象：金属锌逐渐溶解，金属锌表面有气泡冒出；金属铜片上无现象；在此过程中，化学能转化成热能。

实验三现象：金属锌逐渐溶解，铜片上有气泡冒出；在此过程中，化学能转化成电能。

教师：实验三中化学能转化成电能，请思考：它能通过一个化学反应源源不断地提供电能吗？为什么？

学生：不能，不符合能量守恒定律。

教师：回顾实验，学生分小组探究，合作交流，讨论得出原电池的构成条件，最后教师总结得出原电池的构成条件。

设计意图：利用新奇模型来激发学生的兴趣，并通过设置悬疑，让学生带着疑问进入学习，通过教师的演示实验，分组实验培养学生的合作意识，使学生在参与中获取新知，从而激发学生的兴趣，参与探索，解决问题。演示实验能激发学生的学习欲望，学生感知实验中同一个化学反应既能由化学能转成热能，又能由化学能转化成电能，从而培养学生的变化观念[5]。

5.2 通过巧妙的设置问题链，帮助学生如何判断原电池的正负极

学习任务二：从宏观和微观的角度判断原电池的正负极。

教师：结合刚才的演示实验，问题一：为什么电流计的指针会发生偏转？问题二：结合物理学知识，Cu-Zn-H2SO4原电池中，你能判断电子的流向，电流的流向吗？问题三：在该原电池中，哪一极为正极？哪一极为负极？

学生：（1）有电流产生；（2）电子从锌电极到铜电极；电流由铜电极到锌电极；（3）铜电极为正极，锌电极为负极。

教师引导：让我们一起认真观察、仔细分析，哪些直观的、宏观现象可以帮助我们判断原电池的正、负极？

学生小组合作，交流，讨论，小组展示如下。

判断方法：（1）从电极材料看，一般情况下，较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或非金属为正极；（2）从反应现象看：电极质量减轻的为负极，电极质量增加或有气泡冒出的为正极；（3）从反应类型看：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。

教师引导学生再从微观的角度分析正、负极判断，失去电子的为负极，得到电子的为正极，也就是说，电子流出的电极为负极，电子流入的电极为正极。

教师：在原电池正负极的判断中，既有宏观的判据，又有微观的判据，我们可以根据不同类型的原电池，或者从宏观上来判断，或者从微观电子的得失方面上来判断。

设计意图：原电池正负极的判断有很多种，有宏观辨识方面的，也有微观电子得失角度探析的原电池正负极。一方面，宏观上辨识原电池的正负极有多种方法，引导学生从多个维度和多个角度辨识原电池的正负极，培养学生的宏观辨识能力，通过这样的判断方法，能培养学生的宏观辨识能力；另一方面，从微观角度探析原电池的正、负极。从而归纳出各类原电池正负极的判断依据，进而培养学生宏观辨识和微观探析的能力。

5.3 通过分组探究实验，培养学生的实验探究和创新意识

学习任务三：探究原电池的形成条件。

温馨提示：（1）根据已具备的氧化还原反应的知识，结合刚才的演示实验利用提供的实验用品，设计一套电池装置；（2）注意观察现象并认真记录；（3）各小组推荐合适的人选准备展示汇报该组的实验成果；（4）注意实验安全。

设计意图：设计小组探究实验，教师提供仪器和试剂，让学生通过自己组装，判断是否能形成原电池，培养学生的探究能力和合作意识。通过小组实验，通过不同小组的不同实验，见表1，小组之间的交流，用不同的电极材料，电解质溶液，进而总结出形成原电池的条件，给学生创新的空间，培养学生的创新意识。

表1 探究原电池的形成条件实验分组情况

5.4 通过引导学生书写电极反应式，培养学生证据推理和模型认知能力

学习任务四：通过Cu-Zn-稀H2SO4原电池模型，推断电极反应式的书写方法及原则。

教师：教师展示Cu-Zn-稀H2SO4原电池装置模型根据宏观上观察到的现象，该原电池锌片逐渐溶解，铜片上有气泡冒出；微观上金属锌失去电子，电解质溶液中的氢离子得到电子，该如何书写该原电池的电极反应式呢？

教师引导学生书写电极反应式：

负极：Zn - 2e- = Zn2+

正极：2H++2e- = H2

两者相加，得出总的电极反应式：Zn+2H+=Zn2++H2

过渡语：同学们仔细观察如何由总反应拆分成正、负极的反应呢？

学生：根据氧化还原反应，根据化合价升降，根据电子的得失都可以拆分。

教师总结：化合价升高、失去电子、发生氧化反应的为负极；化合价降低，得到电子，发生还原反应[5]的为正极，以此来拆分成两个半反应。

设计意图：通过原电池的模型，引导学生观察宏观的现象，启发学生对微观的电子转移进行探析，帮助学生提取有关的有用的信息，用化学符号以电极反应式的形式，结合氧化还原反应的电子得失，从而推理出正负极电极反应式的书写，以此来突破该节课的难点，从而培养学生的证据推理能力。

5.5 通过本节课的拓展延伸，培养学生的科学精神和社会责任

学习任务五：小组讨论：电力来源知多少？然后小组展示。

小组展示：电力的来源主要有火力发电，太阳能发电，风能发电，新能源发电等。

设计意图：通过对电力来源的讨论、分析、小组交流，知道目前以火力发电为主。但火力发电影响并污染了环境，以此为契入点，引导学生为解决这一问题，作为国家的接班人，应该努力学习，争取以后开发新能源电池，为低碳生态的社会责任尽一份力。

6 教学效果和反思

通过“化学能与电能”的教学设计，选取“水果电池”情境导入，通过设置不同的学习任务引导学生积极地探索，讨论合作与交流，是学生体验到学习的乐趣，感受到科学知识在社会生活中的重要性。电极反应式是该节课的难点，在书写电极反应式的教学过程中，采用“宏观现象—微观分析—化学符号表达电极反应式”的表达方式[6]。用化学符号书写电极反应的时候，结合实验模型，观察宏观现象，通过电子转移的微观探析，联系氧化还原反应，从而达到培养证据推理和模型认知的能力目标。

通过课内拓展，培养学生的科学精神和社会责任体现得不够明显，需要在以后的教学中引起注意。在课堂归纳总结时，如果让学生解释“水果电池”让音乐贺卡发声的原理，还能用什么样的水果代替，不仅可以达到首尾呼应的效果，也可以提高学生解决实际问题的能力，在以后的教学中也要引起注意。

核心素养背景下，一线教师应该努力提高化学核心素养培育的教学设计能力，搭建真实情境，实施多元评价策略，保障学科核心素养的有效达成，在教学中设置不同的任务活动承担核心素养发展的目标，这也是一线教师和学者不断努力和探索的方向。