人教版高中化學(xué)《原電池原理及其應(yīng)用》探究－建構(gòu)性教學(xué)設(shè)計

原電池原理及其應(yīng)用探究建構(gòu)性教學(xué)設(shè)計隨著課程改革的深入，探究建構(gòu)性學(xué)習(xí)的教學(xué)模式逐漸受到廣大教師的重視。現(xiàn)代建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論倡導(dǎo)者皮亞杰（J.Piaget）認為，有效的學(xué)習(xí)過程應(yīng)該是學(xué)習(xí)者以自身已有的知識和經(jīng)驗為基礎(chǔ)，在與外界信息相互作用的過程中把新知識同化到原有認知體系中去的一個建構(gòu)活動。本文以原電池原理及其應(yīng)用為例，利用化學(xué)學(xué)科中實驗的優(yōu)勢，進行了探究建構(gòu)性教學(xué)模式的初步設(shè)計。一、教材分析本節(jié)教材是對金屬與電解質(zhì)溶液、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、氧化還原反應(yīng)等知識的整合。由于原電池原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及日常生活方面應(yīng)用甚廣，學(xué)生有較好的感性認識，在此基礎(chǔ)上通過原電池原理的探索研究，來完備學(xué)生的知識體系。為了充分體現(xiàn)“探究建構(gòu)”這一指導(dǎo)思想，我們適當(dāng)?shù)陌巡糠盅菔緦嶒灨臑閷W(xué)生實驗，讓學(xué)生根據(jù)給出的實驗用品和儀器自主設(shè)計原電池裝置。對于原電池理論的微觀解釋，力求遵守直觀和感性的教學(xué)原則，采用計算機模擬等現(xiàn)代化的教學(xué)手段加以直觀化。二、教學(xué)過程設(shè)計1、情景創(chuàng)設(shè)，激活問題意識。介紹化學(xué)電池的發(fā)明史： 化學(xué)史上的不少發(fā)現(xiàn)都帶有一定的偶然性，只有那些具有科學(xué)素養(yǎng)的研究者善于捕捉實驗中的意外現(xiàn)象，通過進一步研究，才能發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)或規(guī)律。 十八世紀末，意大利生物學(xué)家做青蛙手術(shù)時，當(dāng)金屬手術(shù)刀觸及蛙腿時，發(fā)現(xiàn)蛙腿會抽搐。著名科學(xué)家伏特抓住這一現(xiàn)象，深入研究，在1800年3月20日宣布他的發(fā)明：人類歷史上第一個化學(xué)電池伏特電池（鋅片和銀片交替疊起來，中間隔以吸有鹽水的皮革）。1836年，化學(xué)家丹尼爾發(fā)明了人類歷史上第一個實用電池（鋅片、銅片、硫酸鋅溶液、硫酸銅溶液），并用于早期的鐵路信號燈。結(jié)論：從某一個角度看，一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)都能設(shè)計成電池裝置。實驗1：若將鐵片、銅片分別插入稀硫酸中會有什么現(xiàn)象？為什么？實驗2：若用導(dǎo)線將鐵片和銅片連接起來再插入稀硫酸中，發(fā)生的現(xiàn)象會有什么不同？實驗3：若在導(dǎo)線中間插入一個電流表，電流表的指針會偏轉(zhuǎn)嗎？2、學(xué)生自主探究 感受上述情節(jié)后，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主設(shè)計完成上述實驗：設(shè)疑1、用導(dǎo)線將鐵片和銅片連接起來再插入稀硫酸中，為何銅片上有氣泡？設(shè)疑2、既然銅片上產(chǎn)生的是氫氣，是否說明銅能失去電子？提出假設(shè)一：銅若失去電子，應(yīng)該觀察到怎樣的現(xiàn)象？啟發(fā)學(xué)生思考：銅若失去電子的話，就會生成銅離子，進入溶液中，使溶液呈現(xiàn)藍色，而實驗后的溶液仍無色，同時銅片反應(yīng)前后稱量質(zhì)量未減少，而鐵片減少，從而確定氫離子得到的電子是從鐵片上得來的。設(shè)疑3、鐵失去的電子如何傳遞到銅上？沿導(dǎo)線還是從溶液中，怎樣證明？提出假設(shè)二：電子若從溶液中傳遞，就應(yīng)該在溶液中有連續(xù)的氣泡產(chǎn)生，但實際上是在銅片的表面產(chǎn)生，電子若沿導(dǎo)線傳遞，必然會產(chǎn)生電流可用電流計測定。由實驗后討論得出結(jié)論：電路中由電流，H從銅片得到的電子是由鐵片上傳遞過來的。即當(dāng)用導(dǎo)線將鐵片和銅片連接起來再插入稀硫酸后，兩金屬上發(fā)生的變化是：鐵：Fe2e=Fe2（氧化反應(yīng)） 銅：2H2eH2（發(fā)生還原反應(yīng)）結(jié)果是將Fe和H間直接轉(zhuǎn)移電子，通過導(dǎo)線和銅片間接轉(zhuǎn)移，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。【板書】1、原電池一種化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能的裝置消耗化學(xué)物質(zhì) 形成電流屬于氧化還原反應(yīng) 電子定向移動 發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 出現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移依據(jù)實驗內(nèi)容，層層設(shè)疑，提出假設(shè)，驗證假設(shè)，將思維逐步引向深入，引導(dǎo)學(xué)生運用歸納，從能量轉(zhuǎn)化和氧化還原反應(yīng)概括出什么是原電池，培養(yǎng)學(xué)生圍繞提出的問題，自主設(shè)計解決問題的方法和過程的能力。 3合作學(xué)習(xí)通過實驗得出結(jié)論之后，教師不失時機的再次設(shè)疑：原電池中電子又是如何運動的？并借助計算機多媒體技術(shù)，模擬原電池反應(yīng)，使學(xué)生在從宏觀現(xiàn)象到微觀本質(zhì)，感知從表象到內(nèi)在聯(lián)系的過程。【板書】2、原電池的工作原理： 較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑的金屬（負極）流向較不活潑的金屬（正極）。銅鐵原電池還原反應(yīng)2H+2e = H2Fe-2e= Fe2+負極失e沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生正極不繼溶解電解質(zhì)溶液移動陽離子氧化反應(yīng)學(xué)生認清原電池原理的本質(zhì)后，教師再次設(shè)疑：原電池的構(gòu)成條件是什么？學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)想和實驗室提供的儀器、藥品進行小組實驗探究?！緦嶒炗闷泛蛢x器】鋅片、銅片、鋁片、鐵片、鎂條、石墨、稀硫酸、硫酸鋅溶液、酒精、稀硝酸、濃硝酸、氫氧化鈉溶液、導(dǎo)線若干、電流計、大塑杯。學(xué)生分組展開討論，擬訂實驗方案進行探究，觀察并記錄電流計指針偏向、兩極發(fā)生的現(xiàn)象，根據(jù)收集的證據(jù)嘗試解釋。在學(xué)生分組探究的過程中，教師通過與學(xué)生相互交流，對部分有困難的學(xué)生進行引導(dǎo)、啟發(fā)。通過改變電極和電解質(zhì)溶液，有些學(xué)生設(shè)計出以下實驗：序號電極溶液其他現(xiàn)象ACu、ZnH2SO4導(dǎo)線、電流計有電流產(chǎn)生BCu、ZnZnSO4導(dǎo)線、電流計無電流產(chǎn)生CZn、ZnH2SO4導(dǎo)線、電流計無電流產(chǎn)生DZn、CH2SO4導(dǎo)線、電流計有電流產(chǎn)生ECu、ZnC2H5OH導(dǎo)線、電流計無電流產(chǎn)生FAl、CuNaOH導(dǎo)線、電流計有電流產(chǎn)生Al、MgNaOH導(dǎo)線、電流計有電流產(chǎn)生至此，學(xué)生為自己設(shè)計的獨特的實驗和探究到的與眾不同的實驗結(jié)論深感興奮和自豪，進一步增強了探究的樂趣和自信。教師主持各小組實驗研究的匯報活動，在此基礎(chǔ)上共同得出構(gòu)成原電池的條件：【板書】3、原電池的構(gòu)成條件：（1） 要有活潑性不同的金屬或?qū)w，且有電解質(zhì)溶液（2） 負極金屬能同電解質(zhì)溶液能自發(fā)產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)（3） 由導(dǎo)線相連或兩電極接觸（電極與電解質(zhì)溶液接觸構(gòu)成回路）4聯(lián)系整合，意義建構(gòu)學(xué)生在上述探究過程中會發(fā)現(xiàn)一些問題：實驗F觀察到電流計指針偏向Cu，實驗觀察到電流計指針偏向Mg，說明都符合構(gòu)成原電池的條件，形成了原電池，而且都是鋁為負極，與此前的結(jié)論“較活潑的金屬作負極”相違背?！緦W(xué)生疑問】看來負極不一定總是較活潑的金屬。還有沒有其他例子呢？【學(xué)生討論】可以用濃硝酸作電解質(zhì)溶液，以鐵（或鋁）和銅作電極，鐵，鋁雖然活動性較強，但它們會被濃硝酸鈍化，因此應(yīng)該作正極，而銅應(yīng)作負極?！緦W(xué)生實驗】用鐵、銅和濃硝酸組成原電池，電流計指針先偏向銅，偏轉(zhuǎn)幅度不大，隨后指針逐漸回轉(zhuǎn)，偏向鐵，偏轉(zhuǎn)幅度逐漸增大。銅絲周圍有大量氣體產(chǎn)生，呈棕黃色，銅附近的溶液呈現(xiàn)黃綠色。反應(yīng)剛開始時，由于鐵較活潑作負極，鐵逐漸被鈍化，由于只有銅能與濃硝酸反應(yīng)了，所以銅作負極?！緦W(xué)生總結(jié)】原電池裝置中的兩個金屬電極作負極的不一定比作正極的金屬活動性強，所謂活潑性不同的兩電極是相對電解質(zhì)而言的。5知識的運用和鞏固 探究建構(gòu)而來的知識、技能和方法需要及時的練習(xí)和應(yīng)用，才能有效地納入學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)中并轉(zhuǎn)化為能力。（1）布置一個家庭小實驗：把幾個個西紅柿用導(dǎo)線串連起來，然后接上一個0.5V的小電珠，看看小電珠是否會發(fā)光。（2）練習(xí)：如何利用下列反應(yīng)設(shè)計一個原電池實驗裝置？判斷電流方向，寫出電極反應(yīng)式，并用實驗證明。2AgNO3+Cu=2Ag+Cu(NO3)2（3）Zn與稀 H2SO4和浸有CuSO4的Zn粒與稀H2SO4兩個反應(yīng)中，產(chǎn)生氫氣的速度為何不同？討論結(jié)果： Zn與稀 H2SO4 反應(yīng)中Zn板附近有大量的Zn2+，由于同種電荷的相互排拆，使H+很難得到電子，而浸有CuSO4的Zn粒與稀H2SO4反應(yīng)中，由于Cu板得到電子，且異性電荷的相互吸引， 使H+很易在Cu板上得到電子?！景鍟?、原電池的應(yīng)用 （1）形成原電池能加快反應(yīng)速率；（2）制各種電池。（4） 播放課件電池的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，倡導(dǎo)學(xué)生為環(huán)保多做一份貢獻，多搞小研究、小發(fā)明，增強化學(xué)與社會生活的聯(lián)系，使學(xué)生認識到“創(chuàng)造的價值”。三、結(jié)束語“探究建構(gòu)”模式能充分調(diào)動學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性，使學(xué)生通過與外界不斷交流，對已有的認知結(jié)構(gòu)作出必要的調(diào)整和更新，包含了一個交流、反思、改進、協(xié)調(diào)的認知過程。在這個過程中，學(xué)校和教師同樣是建構(gòu)活動中必要的外部環(huán)境。我們希望通過這樣一種教學(xué)模式，能真正體現(xiàn)掌握解決問題的程序和方法比掌握知識內(nèi)容更為重要這一指導(dǎo)思想，真正去實現(xiàn)教是為了不教這一目的。參考文獻：1文慶城 謝能偉 陳建玲.化學(xué)探究建構(gòu)性學(xué)習(xí)教學(xué)模式.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2005（12）：2427 2 黃建波.原電池原理及其應(yīng)用探究教學(xué)設(shè)計.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2005（4）：18195