王愛麗

摘 要：電化學(xué)知識是高中化學(xué)原理教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，也是近幾年高考的高頻考點(diǎn).電化學(xué)知識涉及了眾多的化學(xué)原理，是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中難度較大的一個部分.將電化學(xué)原理模型應(yīng)用在高中化學(xué)原理教學(xué)中，對提高教學(xué)效率，提升學(xué)生思維能力，幫助學(xué)生有效解決電化學(xué)問題起著重要的作用.

關(guān)鍵詞：電化學(xué);思維模型;有效教學(xué);化學(xué)原理

一、提出問題

1.電化學(xué)知識的特點(diǎn)及地位

電化學(xué)知識是氧化還原反應(yīng)知識的應(yīng)用，是能量轉(zhuǎn)化的具體體現(xiàn)，是有關(guān)金屬性質(zhì)和用途等教學(xué)內(nèi)容的豐富和延伸.電化學(xué)知識在生產(chǎn)生活和科學(xué)研究中有著重要的應(yīng)用價(jià)值.《高中新課程標(biāo)準(zhǔn)》及《高考考試大綱》中對電化學(xué)知識也提出了明確的要求，回顧近5年高考題，電化學(xué)知識無一例外地出現(xiàn)在全國各地高考理綜卷中，因此電化學(xué)知識在考試中也是相當(dāng)重要的知識點(diǎn)，是學(xué)生必會的高頻考點(diǎn).根據(jù)學(xué)習(xí)和考試的要求，學(xué)生需具備很強(qiáng)的分析和解決化學(xué)問題的能力，對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力提出很高的要求.教材設(shè)計(jì)時(shí)將電化學(xué)知識分兩個階段完成，《化學(xué)2》中側(cè)重簡單原電池及電解池的工作原理，選修《化學(xué)反應(yīng)原理》中側(cè)重在原理的深入理解及各種應(yīng)用方面，分階段完成，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度.

2.目前教學(xué)現(xiàn)狀

原電池原理教學(xué)時(shí)，教師們往往是從教材中“銅鋅原電池”實(shí)驗(yàn)探究入手，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因，探究原電池構(gòu)成的條件;借助“原電池的工作原理”微觀動畫分析原電池的工作原理.并在后面教學(xué)中列舉常見的化學(xué)電源，逐一分析每個電源的反應(yīng)原理，寫出電極反應(yīng)式.

電解池原理教學(xué)時(shí)，教師們常以電解氯化銅溶液為例，由電解氯化銅溶液實(shí)驗(yàn)探究出發(fā)，分析裝置中得失電子情況，給出離子的放電順序，寫出裝置的反應(yīng)，分析出裝置的工作原理.

以上常規(guī)教學(xué)方法沒有將新知識的關(guān)鍵點(diǎn)聯(lián)系起來，缺少原理、規(guī)律知識的總體構(gòu)建，從而導(dǎo)致知識都是孤立的，很快會被遺忘，學(xué)生無法對知識深入地應(yīng)用.

3.學(xué)生存在的問題

通過調(diào)查學(xué)生在學(xué)習(xí)電化學(xué)知識時(shí)存在的問題發(fā)現(xiàn)：大多學(xué)生過分受到“銅鋅原電池”影響，只能根據(jù)“活潑金屬做負(fù)極”來確定原電池的正負(fù)極;并且只能分析“有兩種活動性不同的金屬（或石墨）作電極”的原電池裝置;對于電解池裝置，學(xué)生只能分析惰性電極電解CuCl2溶液這樣“電解質(zhì)被電解”的裝置，不能理解電解池裝置的反應(yīng)原理;有些學(xué)生只局限于掌握老師講過的化學(xué)電源或電解池，在遇到陌生情境下的電化學(xué)裝置時(shí)：如有交換膜的電解池、新型的化學(xué)電源等，就無法理解其構(gòu)造及原理;部分學(xué)生會依靠“陽氧陰還、負(fù)氧正還”等口訣判斷電極、分析原理、解決問題，造成混淆和誤判.

二、電化學(xué)原理模型在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用

建構(gòu)解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維模型是化學(xué)學(xué)習(xí)和化學(xué)研究中必不可少的方法.“化學(xué)核心素養(yǎng)‘模型認(rèn)知要求學(xué)生通過認(rèn)知研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立模型;運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象、揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，屬于高階思維和深度學(xué)習(xí)的范疇[1].”在電化學(xué)教學(xué)中，筆者嘗試建構(gòu)電化學(xué)原理模型——從數(shù)種熟悉的事實(shí)出發(fā)，經(jīng)過類比推理，舍去次要的細(xì)節(jié)材料，找出主要的構(gòu)成要素，突出主要特征，確立相互關(guān)系而建構(gòu)的一種原理模型[2].

1.初試鋒芒，開“模型”之旅

基于以上的思路，在《化學(xué)2》“原電池及電解池”教學(xué)時(shí)初步建構(gòu)簡單的原電池及電解池原理模型.

教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

環(huán)節(jié)一：[引入新課]展示一系列電池的圖片及學(xué)生課前收集的電池，提出問題：

（1）這些電池是如何發(fā)電的？

（2）哪些化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生電流，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能？

驅(qū)動性問題創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生認(rèn)識到氧化還原反應(yīng)可以產(chǎn)生電流，可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;

環(huán)節(jié)二：[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]鋅片插入到稀硫酸中，鋅板用導(dǎo)線接電流計(jì).學(xué)生通過觀察現(xiàn)象：無電流;分析原因：沒有形成閉合回路;推理出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的條件是氧化還原反應(yīng)發(fā)生在特定的裝置中.

環(huán)節(jié)三：[演示實(shí)驗(yàn)]圖1

觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——分析原因，在分析裝置原理的過程中形成如下圖2：

環(huán)節(jié)四：提供更多簡單原電池裝置，如：Fe-Cu-CuSO4溶液原電池，水果電池，簡易燃料電池等，學(xué)生畫圖分析所列原電池裝置的原理.（學(xué)生畫出的圖與圖2相同）

教師解釋說明：眾多化學(xué)電源，所用的電極材料可能不同，電解質(zhì)溶液可能不同，電源發(fā)生的反應(yīng)也可能更復(fù)雜，但舍去這些問題，構(gòu)成原電池的三個主要要素都相同，即正極、負(fù)極、電解質(zhì)溶液，其中電子的移動方向與陰離子的移動方向相同，進(jìn)而確定三要素之間的關(guān)系，得出原電池的原理模型如上圖2.

模擬以上原電池原理模型教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，建構(gòu)如下圖3電解池的原理模型.

2.精益求精，創(chuàng)“模型”之優(yōu)

學(xué)生在經(jīng)過《化學(xué)2》的學(xué)習(xí)和大量的練習(xí)后已經(jīng)儲備了相應(yīng)的電化學(xué)知識，能夠運(yùn)用電化學(xué)原理模型解決簡單的電化學(xué)問題.《化學(xué)反應(yīng)原理》中為解決“普通銅鋅原電池”放電的可持續(xù)性差，且存在能量損失的問題，又出現(xiàn)了“雙液鋅銅原電池”，中間用鹽橋連接，不僅能連通內(nèi)電路，形成閉合回路，還能平衡電荷，保持溶液的電中性.這樣“雙液原電池”能量轉(zhuǎn)化率高，能提供持續(xù)穩(wěn)定的電流.實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)研究時(shí)可以使用“雙液原電池”，但是生產(chǎn)生活實(shí)際中，“雙液原電池”因含有鹽橋造成攜帶不方便等因素，于是又出現(xiàn)了各種“交換膜電池”.在對這三種電池的工作原理理解的基礎(chǔ)上，對《化學(xué)2》提出的電化學(xué)原理模型進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充和完善.如下圖4、圖5：

3.出神入化，享“模型”之樂

科技日新月異，電化學(xué)知識有著廣闊的發(fā)展前景，這部分知識越來越生活化，情景越來越復(fù)雜，學(xué)生在應(yīng)用時(shí)往往瞻前顧后、顧此失彼.應(yīng)用建構(gòu)的電化學(xué)原理模型解決問題，可以將重點(diǎn)知識系統(tǒng)化、抽象問題直觀化、復(fù)雜問題簡單化，有效幫助學(xué)生掌握和應(yīng)用電化學(xué)知識.

（1）重點(diǎn)知識系統(tǒng)化

原電池、電解池知識涉及眾多的化學(xué)原理，學(xué)生往往被動接受，機(jī)械記憶，知識體系零散，容易混淆.建構(gòu)了電化學(xué)原理模型，將電化學(xué)重點(diǎn)知識在模型中一一體現(xiàn)，例如原電池、電解池構(gòu)成的主要要素，電極得失電子的情況及反應(yīng)的類型，溶液中陰陽離子的移動等.學(xué)生腦海中形成這樣一個系統(tǒng)有序的認(rèn)知模型，便于學(xué)生深度理解電化學(xué)的原理，幫助學(xué)生消化吸收重點(diǎn)知識.

（2）抽象問題直觀化

電化學(xué)知識中有像簡單原電池、化學(xué)電源、電解池等這些直觀知識，這些知識都能讓學(xué)生直觀感受到電流產(chǎn)生或電流應(yīng)用，直觀理解電化學(xué)的工作原理.但也有很多抽象的電化學(xué)知識，例如金屬鐵的吸氧腐蝕，學(xué)生看到的只是鐵的銹蝕，很難感受電化學(xué)原理呈現(xiàn)其中.這時(shí)候可以利用原理模型，將鐵生銹的知識轉(zhuǎn)化成微小的原電池問題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)：生活中的鐵含有碳，鐵變?yōu)殍F銹，F(xiàn)e失電子，作為原電池的負(fù)極，鐵生銹需要氧氣，O2得電子成OH-，在正極（碳）反應(yīng)，提煉出原電池的原理模型.將看似抽象的、與電化學(xué)無關(guān)的腐蝕知識轉(zhuǎn)化為直觀的原電池原理問題，幫助學(xué)生更好地理解金屬的電化學(xué)腐蝕問題.

（3）復(fù)雜問題簡單化

電化學(xué)原理模型不僅可以解決電化學(xué)知識中的簡單問題，對于生活中各種復(fù)雜的化學(xué)電源，也可以嘗試運(yùn)用原理模型化繁為簡.

例 （2015·新課標(biāo)Ⅰ卷11題）微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖6所示.下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是（ ?）

A.正極反應(yīng)中有CO2生成

B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移

C.質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

學(xué)生從題目所給信息提取判斷出O2得電子在正極反應(yīng)，而C6H12O6在負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生CO2，提煉出原電池模型的主要要素，將此復(fù)雜問題簡化成原理模型，明確該裝置的工作原理，便能快速地解答此題.

可見，在復(fù)雜、抽象、綜合性比較強(qiáng)的電化學(xué)知識中應(yīng)用了原理模型后，學(xué)生可以非常直觀地理解，并且可以舉一反三，樂在其中.

三、教學(xué)效果與建議

筆者在所教的班級中開展試驗(yàn)，其中一個班級（非試驗(yàn)班）用常規(guī)的電化學(xué)教學(xué)方式，另外一個班級（試驗(yàn)班）用建構(gòu)電化學(xué)原理模型的方式開展教學(xué).

1.問卷調(diào)查

在高一《必修2》建構(gòu)原電池原理模型課后，對兩個班級學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查：

問卷調(diào)查表（單選題）

（1）對于《化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化——原電池》這節(jié)內(nèi)容，你的聽課效果如何（ ）

A.當(dāng)堂聽懂，掌握內(nèi)容80%-100%

B.能聽懂，掌握內(nèi)容60-80%

C.聽懂的內(nèi)容較少，掌握內(nèi)容50%以下

（2）對于本節(jié)課教師的整體教學(xué)思路，你的評價(jià)是（ ）

A.思路很清晰 B.思路較清晰

C.一般D.思路混亂

（3）對于課堂上同學(xué)們的發(fā)言表現(xiàn)，你的評價(jià)是（ ）

A.很積極 B.較積極

C.一般 ?D.毫無反應(yīng)

（4）對于本節(jié)課的授課方式，你的感覺是（ ）

A.容易接受B.一般 C.很難接受

（5）通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，在后續(xù)關(guān)于原電池知識的解題中能力是否得到提高（ ）

A.很大B.一般C.幾乎沒有

（6）你希望化學(xué)老師課堂上多給予哪方面的指導(dǎo)（ ）

A.學(xué)習(xí)興趣 B. 學(xué)科知識

C.學(xué)習(xí)觀念、態(tài)度 D.方法技巧

調(diào)查結(jié)果見圖7、圖8：

調(diào)查結(jié)果顯示：教學(xué)中應(yīng)用建構(gòu)電化學(xué)原理模型，學(xué)生更容易聽懂并掌握，很大程度調(diào)動了學(xué)生上課的積極性，對學(xué)生給予了很好的方法技巧指導(dǎo)，學(xué)生在后續(xù)應(yīng)對復(fù)雜的電化學(xué)問題時(shí)，解決問題的能力有所提高，解決問題的方向也更明確.

2.教學(xué)效果

該年級學(xué)生參加2017年4月高三福建省質(zhì)檢，兩個班級成績對比分析如下.

表1列出了筆者試驗(yàn)的兩個班級理綜卷化學(xué)選擇題的得分情況，其中第12題是電化學(xué)題，從數(shù)據(jù)分析看：其他選擇題兩個班級得分情況不相上下，而試驗(yàn)班級的電化學(xué)題（第12題）得分率明顯高于非試驗(yàn)班級.

3.教學(xué)建議

當(dāng)然該表格所列數(shù)據(jù)存在一定的偶然性和客觀性，不一定能完全說明電化學(xué)原理模型教學(xué)的絕對有效性，并且應(yīng)用原理模型也并不是毫無缺點(diǎn)，它可能會影響部分學(xué)生的發(fā)散思維.所以建議教師們在教學(xué)時(shí)要根據(jù)自己學(xué)生的特點(diǎn)，因材施教，取其精華，教出自己的風(fēng)格.

總之，在筆者研究的過程中，體會到運(yùn)用電化學(xué)原理模型教學(xué)，能改變學(xué)生對電化學(xué)知識的認(rèn)知方式，提高了解決實(shí)際問題的能力.原理模型教學(xué)，在今后的其他原理教學(xué)中也會有很有效的作用，期望更多的教師和學(xué)者在今后的教學(xué)和實(shí)踐中探索發(fā)現(xiàn).

參考文獻(xiàn)：

[1] 解慕宗，林建芬，寇輝.基于模型認(rèn)知的高三化學(xué)深度復(fù)習(xí)研究——以二輪專題復(fù)習(xí)“反應(yīng)原理圖像題”為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（10）：25-28.

[2]吳克勇，蔡子華.模型認(rèn)知釋讀[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（9）：11-14.