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探究案例8-22 “原电池原理” 教学设计浙江省高中化学学科探究性教学案例评比原电池的原理及应用教学案例撰写人 黄旭梅 黄伟珍 单 位 温州市第十九中学 原电池原理 一、 教材分析在教材的前几节介绍的是镁、铝、铁等几种常见金属的知识，以及金属的冶炼方法。不同的金属（如铁和铜）在酸中表现出不同的化学性质，但如果把它们连接在一起放入酸中会发生什么现象？本节教材以这个实验为引子，引出原电池这一课题。另外前面已介绍了电解法冶炼金属，电解法是把电能转化为化学能的过程很自然地过渡到把化学能转变为电能的一种装置原电池，利用原电池原理制成的多种电池在工农业生产、科学研究以及日常生活等方面都有广泛的用途，还可以从本质上弄清金属腐蚀特别是电化学腐蚀的原因，找到金属防护的方法，所以在此介绍原电池的原理具有很重要的意义。教材中从实验事实入手介绍铜锌原电池的化学原理，然后简单介绍几种化学电池，再以原电池原理来探讨金属腐蚀的原因，并根据这些原因寻找金属防护的方法。这样，由实践到理论，再用理论指导实践是符合学生认识规律的，这样的编排顺序能启发学生进行探索的思维，培养学生的思维能力、科学的学习方法和探究能力，以及提出问题、分析问题和解决问题的能力。二、 教学目标知识目标：使学生掌握原电池的组成条件和化学原理，通过实验能正确判断原电池的正负极，会书写电极反应方程式。能力目标：培养学生的实验操作技能、观察能力、科学的学习方法和创造性思维和探究能力，以及提出问题、分析问题和解决问题的能力。情感目标：应用辩证唯物主义的思维方法，抓住氧化还原反应是原电池工作原理的本质。由师生共同参与讨论发现问题，并通过实验不断体现出由实践认识再实践再认识的认知过程。三、 设计思路教学内容的处理：本节课主要以教师为主导，教材为主线，学生的思维为中心，通过学生自己设计实验，边实验、边思考、边讨论、边总结的探究方法掌握原电池的组成条件和化学原理。 教学过程的设计：引入提出问题和假设收集资料、实验探究交流结果、得出结论实际应用、检测评价布置新问题教学方法：多媒体辅助及实验探究法四、 教学准备：实验准备：铁片、锌片、铜片、碳棒、塑料棒、稀硫酸、硫酸铜溶液、无水乙醇、蒸馏水、橙汁、导线、烧杯、小灯泡、电流计等教具准备：投影仪、幻灯片五、 教学过程：教学步骤教 师 活 动学 生 活 动教学意图及教学反馈引入投影：“王太太长得很漂亮性格开朗，当她开怀大笑时她一口整齐洁白的牙齿中镶有两颗假牙。其中一颗是黄金的，这是她富有的标志，另一颗是不锈钢的这是一次车祸留下的痕迹。令人百思不得其解的是自车祸后王太太经常头痛、失眠、心情烦躁，医生搅尽脑汁病情仍未好转。后来是她的上高二的儿子为她揭开了病因。”通过本节课的学习，希望你也能为王太太解决这一医学的疑难杂症。在好奇心的驱使下求知欲大增，努力思考解决问题的方法提高学生兴趣学生对这个问题非常感兴趣都在窃窃私语这个问题的答案指导学生做锌与稀硫酸反应，观察现象。写出反应方程式，标出电子转移的数目和方向。Zn+H2SO4 =ZnSO4+H2锌失去电子传递给溶液里的氢离子。反应中电子转移的能量变成热能，有放热现象。通过复习引入培养学生实验操作和观察能力。学生很熟练完成。提出问题和假设问：通过化学反应，可以实现把化学能变成热能吗？可以把电能转变成化学能吗？答案是肯定的。通过锌和稀硫酸，我们知道反应过程中电子转移的能量可以变成热能，我们能不能使转移的电子在导线中做定向移动，产生可以利用的电能？如果可能，请同学们结合物理知识，自己动手设计实验。设计时要注意如何证明化学能已经转变成了电能。（阅读课本上的相关内容）教师巡视，指导个别基础较差的同学。回答：能，如铝热反应，锌与稀硫酸反应等。可以，如电解法冶炼金属等。积极阅读课本内容讨论思考，提出假设，提出设计方案。同学们分别设计了的如图所示的很多种实验装置，主要有：利用学生已有的化学知识和物理知识引导学生找出能形成电流的根本原因。激发学生积极思维，培养学生科学的学习方法以及提出问题、分析问题和解决问题的能力。很多同学都是按书上的装置设计的。收集数据、实验探究教师给每组同学都提供了实验仪器：，要求学生根据自己设计的实验开始操作，仔细观察实验现象提出问题，自己先试着解决问题。根据自己设计的实验，选择仪器和试剂组装装置、观察并记录实验现象提出问题和解决问题培养学生亲自动手进行实验操作的能力以及观察实验能力。交流分析结果再探究引导学生交流实验现象及提出的问题，总结分析原因。教师讲解：刚才同学们通过自己设计的实验证明：可以实现通过电子的定向移动把化学能转化成电能。我们把这样的装置就称为原电池。板书第六节 原电池的原理及应用一、 原电池使化学能转变成电能的装置刚才同学发现并提出了许多问题，现在请同学们阅读课本内容解决下列问题：1、为什么实验过程中只有铜片上有气泡？2、通过干电池和电流表的偏转方向，能否判断你组装的原电池哪一极是负极？这一反应原理与锌加入稀硫酸的反应是否相同？写出正负极上的电极反应。讲解并板书 1、原电池的工作原理（以锌铜稀硫酸组成的原电池为例）分组汇报实验情况，总结实验结论，提出问题：铜片上为什么会有气泡了？铜怎么能与稀硫酸反应生成氢气？溶液中两极不相联，为什么电流表指针会偏转？等等各种各样的问题。通过灯泡发亮及电流表发生偏转及偏转的方向，说明有电流产生，有电子流动，电子流动方向是从活泼金属的一极（失去电子的一极沿着导线定向流动到另一极极板上。通过交流实验结果得出结论培养学生分析、归纳总结问题和解决问题的能力。个别同学没有提出问题，只是按书上的实验做了一次。锌（负极）：Zn-2e=Zn2+（锌板溶解，发生氧化反应）铜（正极）：2H+2e=H2（铜板出气泡，发生还原反应） 投影请同学们判断下列各种装置哪些可以形成原电池，分析前面大家设计的各种原电池装置的相同点，探讨一下原电池的组成条件。必要的话可以亲自动手验正一下。教师总结学生的讨论结果给出正确的结论并板书：A、C是原电池装置板书2组成原电池的条件灯泡发亮（或电流表发生偏转），说明有电流产生，从而证明有电子流动，电子流动方向是从失去电子的一极沿着导线定向流动到正极极板上。大家积极讨论，有很多种结果。基本讲出了组成原电池的条件，如：需有两种金属材料做电极；有电解质溶液；两个电极材料不能分放在两个烧杯中；两极需用导线连接等等。 学生认真听讲，做笔记通过对比，使学生自己去发现原电池的组成条件。培养学生分析判断和总结归纳的能力。有个别的同学不会判断能否组成原电池 a、有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体)作电极并且负极金属能与电解质溶液发生氧化还原反应b、 有电解质溶液C、外电路两极相连，内电路电解质溶液要沟通形成闭合电路应用及检测评价指导学生利用教师提供的材料：锌片、铜片、碳棒、塑料棒、硫酸铜溶液、酒精、蒸馏水、橙汁、导线等，尽可能多地设计原电池装置，并自己动手组装各种原电池，写出相应的原电池的电极反应方程式。讲解：正确的原电池组合有：Zn-C CuSO4Zn-Cu CuSO4Zn-C 橙汁Zn-Cu 橙汁强调组成原电池的条件，橙汁是电解质溶液，蒸馏水、酒精不是电解质；塑料棒不是导体；铜和CuSO4不反应等。介绍水果电池。电极反应略。请同学们用原电池的原理解决一开始提出的医学问题。投影前面提出的医学问题解答：王太太一颗金牙和一颗不锈钢牙构成了原电池的两极，唾液中含有电解质，故构成了原电池，产生了微小的电流，使得王太太头痛，因此，解决的方法是必须换掉一颗牙齿。开动脑筋，动手设计组装实验。认真听讲，做好笔记积极讨论问题加深对原电池的原理以及组成条件的的理解和应用，也起到评价和检测的作用。学生讨论热烈学生对此问题很感兴趣，感觉到学好化学还是有用的还可以治病。巩固练习投影 1X、Y、Z都是金属，把A浸入C的硝酸盐溶液中，A的表面有C析出，A与B组成原电池时，B为电池的负极A、B、C三种金属的活动性顺序为AABC BACBCBAC DBCA2试用三个实验来比较铁和铜的金属活动性，并写出离子方程式在学生回答后总结出比较金属性强弱的几种方法（略）。认真思考，讨论问题检查学生对原电池的原理掌握的情况，深化学生思维，培养学生学以致用，举一反三的能力。大多数学生可以得出正确的答案，少数同学只知道置换反应。布置作业及新问题布置作业：课本习题一、1、3、4二、1、2、3、预习二、化学电源、三、金属的电化学腐蚀新的研究性问题：金属发生电化学腐蚀的原理，钢铁腐蚀后的生成物是什么。金属腐蚀的防护措施及金属回收的意义。课后查阅关于金属腐蚀及防护的资料，收集废旧电池，观察其内部结构。为下节课学习新的内容做准备，培养学生科学的学习方法和良好的学习习惯。六、 评价方案对学生思维能力、表达能力、实验操作能力等的评价，可以通过课堂提问及学生活动渗透在整个课堂教学过程中。对课堂教学内容掌握和理解程度以及学以致用的能力的评价是通过课堂教学过程的第五环节（见上表）加以完成的，另外还要看作业完成情况。探究式教学的设计与实践 原电池原理的教学设计课堂教学是学校工作的中心环节，是学生学习的主渠道，因此，学校教育教学改革的重点应放在课堂教学改革上。在传统的教育思想和教学观念的影响下，我们现实的课堂教学环境表现为单一性、封闭性， 形成了学生被动、接受型的学习方式，这已成为学生全面发展的最大障碍。在呼唤“素质教育”的今天，改革课堂教与学的方式刻不容缓。在教学实践中，如果教师能为学生构建一个开放式 、多元化的探究性学习环境，在一定程度上可以改变学生被动学习的方式。一、探究式教学设计的理论依据探究式课堂教学，应以学生为主体，以学科知识为载体，构建一种适合学生探究的学习环境。在教师创设的探究性学习环境中，通过学生积极、主动地“动脑”和 “动手”探究，培养学生学会收集和处理信息，发展学生问题解决意识和能力，最终使学生学会如何进行学习。所以从教育心理学来看，课堂探究的理论基础主要是建构主义学习观。另外，美国国家科学教育标准中对探究的定义以及教育家杜威、施瓦布等人提出的关于探究式教学及探究式学习的理论都为探究式教学和探究性学习提供了理论依据。美国国家科学教育标准中对探究的定义是：“探究是多层面的活动，包括观察、提出问题、通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论，制定调查研究计划；根据实验证据对已有的结论做出评价；用工具收集、分析、解释数据；提出解答，解释和预测；以及交流结果。探究要求确定假设，进行批判的和逻辑的思考，并且考虑其他可以替代的解释。”杜威认为科学教育不仅仅是要让学生学习大量的知识，更重要的是要学习科学研究的过程或方法。施瓦布认为教师应该用探究的方式展现科学知识，学生应该用探究的方式学习科学内容。为实现这些改变，施瓦布建议自然科学教师首先要到实验室去，引导学生体验科学实验的过程，而不是在教室里照本宣科地教授科学。这就是说，在向学生介绍正规的科学概念和原理之前应该先让他们到实验室里做实验，用实验的证据来解释和深化教材中的内容。探究既是学习的过程又是学习的目的。原电池原理教学案例的设计，是根据上述理论进行设计的。二、探究式教学过程设计的指导思想探究式课堂教学应以教师为主导，教材为主线，学生的思维为中心，通过学生自己设计实验，边实验、边思考、边讨论、边总结的探究方法掌握课堂教学内容。原电池原理探究式教学过程为：问题引入提出问题和假设收集资料、实验探究交流结果、得出结论实际应用、检测评价布置新问题。这一探究式教学过程设计的指导思想是：1、.提出问题激发学生的学习兴趣，使学生尽快地有方向、有目的地投入到对教学内容的探索中。2、收集数据、实验探究使学生重视实证在解释与评价科学问题中的作用，培养学生实验操作能力及分析解决问题的能力。3、结果的总结与交流学生们通过参与对话比较各自的研究结果，或把他们的结果与教师或教材提出的结果相比较来评价各种可能的解释，可以提高学生的思维水平，锻炼学生的语言表达能力和与人协作的能力。4.实际应用、检测评价检查学生课堂教学目标掌握的情况，深化学生的思维，培养学生学以致用，举一反三的能力。5、布置新问题为下节课学习新的内容做好知识上的准备，培养学生科学的学习方法和良好的学习习惯，有效地利用课堂教学时间。三、探究式教学过程设计的方法通过大量的教学实践发现，探究性课堂教学的设计主要应重视以下几方面：1、 创设以学生为主体的、合理的探究式教学环境 教师要确实了解学生的实际，确定学生的“最近发展区”，使教学尽可能贴近学生的实际。创设问题情境应挖掘教材中可探究的内容，考虑难度适宜性、真实性与趣味性，考虑问题能否拓展学生的思维，能否唤起学生的探究欲望。教师应给学生足够的空间和时间探究，不应强行将学生纳入自己的教学设计中，应充分尊重学生的思维发展，以期学生主动建构自己的知识。教师可根据学生的个性，确定合作学习小组，教师要置身于学生之中，与学生平等相处参与讨论，这样有助于形成良好的探究氛围，形成问题解决方案。2、 优化课堂教学过程 改变传统的以教师讲授为主的教学方式，要将探究能力和探究精神的培养纳入教学目 标中，使学生在积极、主动的状态中学习。教学要考虑效率，为了有效地利用课堂教学时间，可采取课堂内和课堂外相结合的方法，使学生通过各种途径查阅资料，以培养学生搜集信息、处理信息的能力。3、.对不同层次的学生要分层指导 对于不同学习能力和风格的学生要进行分层指导。其指导可从探究的各个阶段着手，如教学目标上可分层制定；问题情景可分层创设；小组讨论可分层组织、分层指导；探究性作业可分层布置；可以分层评价等。 4、合理进行评价，激发学生探究的兴趣 教学评价贯穿于整个教学过程不要只看学生学习的最终结果。教师应关注学生的学习方法，发现问题、搜集资料、解决问题的能力等。 原电池原理这节课的教学设计就是这些策略的具体体现。四、探究式教学实施过程中存在的问题及注意事项探究式教学为学生提供开放式的教学环境，师生可以平等交流，但这种教学模式也是有局限性的，不一定适合所有的学生、所有的教学内容。对于有些教学内容，由于实验条件或多媒体技术条件等的限制，无法实现探究式教学，可能用其它的教学模式更合适。在课堂上的一些突发性事件如实验出现问题、学生之间没有交流或不进行讨论、学生不配合没有提出问题等情况，处理不好都可能导致教学不成功。所以，课前教师应充分考虑到各种可能发生的问题及解决的方法。对基础差的同学应注重指导和启发，使每一位同学都能体会到亲自参与探究过程的乐趣。 如原电池原理这一节课的教学设计过程中，考虑如下一些可能出现的问题及解决办法：1、引入课题后一节课学生总是想着这个问题不安心上课怎么办？2、在设计把化学能变成电能的装置时，如果所有的学生都只是按书上的装置做没有其它的装置提出来怎么办？或有的同学设计成Zn-Cu-CuSO4原电池电流表偏转但溶液中没有看到现象怎么办？3、Zn-Cu-稀H2SO4原电池时，学生可能发现锌片上也还有气体产生，如果学生提出这一问题要不要给学生解释，怎么解释学生能接受。4、在判断原电池组成条件时，学生都总结不出来出现冷场的局面怎么办？（有相当一部分同学不愿动手实验）5、对有些性格内向的不愿与其他同学交流的学生怎么处理？6、对那些不动手也不动脑也不参考探究的同学怎么办？解决的方法（略）。总之，探究性教学和学习是以问题为中心，学生为主体，解决问题和培养学生各种能力为目标的教学活动。因此培养学生问题解决能力将是我们今后研究的重点。我们要加强对学生进行学法指导，促进学生良好的学习策略的形成，特别是反思能力。进一步完善具有探究性特色的多元化评价体系，突出学生的个性发展，以确保探究性学习的开展。