彭英邦 陳迪妹

[摘? ?要]化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括五個(gè)要素，各要素之間相互關(guān)聯(lián)。通過“原電池”教學(xué)實(shí)踐，以實(shí)驗(yàn)探究為主線，展開問題情境、實(shí)驗(yàn)探究和遷移應(yīng)用等教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力與創(chuàng)新意識(shí)，強(qiáng)化學(xué)科思維方法，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，提升教學(xué)實(shí)效。

[關(guān)鍵詞]化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng);原電池;教學(xué)設(shè)計(jì);教學(xué)實(shí)效

[中圖分類號(hào)]? ?G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ?A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ?1674-6058（2019）20-0058-03

一、問題的提出

化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，反映了社會(huì)主義核心價(jià)值觀下化學(xué)學(xué)科育人的基本要求，通過化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生形成關(guān)鍵能力和必備品格。高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組根據(jù)《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）》”以及高中化學(xué)課程的特點(diǎn)，提出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)要素。如何在教學(xué)中落實(shí)“素養(yǎng)為本”的課程理念，在內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)活動(dòng)中體現(xiàn)核心素養(yǎng)的要素，是當(dāng)前化學(xué)教學(xué)研究的重要課題。

“原電池”內(nèi)容在化學(xué)必修2和選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中均有涉及，電化學(xué)知識(shí)是高中化學(xué)學(xué)科基本結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，是氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、水溶液離子反應(yīng)等知識(shí)的綜合運(yùn)用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力具有重要作用。實(shí)驗(yàn)探究是實(shí)現(xiàn)化學(xué)核心知識(shí)向化學(xué)學(xué)習(xí)能力轉(zhuǎn)變的重要方式，也是實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化的有效途徑。本文結(jié)合“原電池”的教學(xué)，落實(shí)“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)，進(jìn)而探索出基于學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)模式。

二、以核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向的“原電池”教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)設(shè)計(jì)思路

以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向，基于學(xué)生已有知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知水平來創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題分析和實(shí)驗(yàn)探究，使課堂教學(xué)從“知識(shí)建構(gòu)”向“素養(yǎng)培育”轉(zhuǎn)變。在學(xué)習(xí)本課內(nèi)容前，學(xué)生已經(jīng)具備原電池的基本工作原理、構(gòu)成條件等知識(shí)，但對(duì)原電池鹽橋的形成存有困惑，對(duì)一些陌生原電池的電極反應(yīng)式的書寫還不夠熟練。這是由于在實(shí)際教學(xué)中，教師沒能發(fā)掘教材內(nèi)容與編排中體現(xiàn)的學(xué)科價(jià)值，只關(guān)注原電池的構(gòu)成要素，忽視電極反應(yīng)物與電極材料的關(guān)聯(lián);只關(guān)注原電池裝置中的電極判斷，忽視反應(yīng)的總趨勢(shì)和能量變化所致。從課堂教學(xué)的宏觀層面來看，學(xué)生未能“從具體的事實(shí)、概念、原理、反應(yīng)、用途等繁雜而散亂的知識(shí)中跳出來”[3]。

本課教學(xué)以實(shí)驗(yàn)探究為主線，分層設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)：一是回顧原電池的知識(shí)框架，促進(jìn)學(xué)生對(duì)基本概念和理論的建構(gòu);二是以單液原電池與雙液原電池為教學(xué)原型，分析原電池工作過程中的現(xiàn)象和微觀變化，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的學(xué)科素養(yǎng);三是讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究過程，學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想、運(yùn)用對(duì)比思想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本方法。本課要達(dá)成的教學(xué)目標(biāo)為：通過實(shí)驗(yàn)探究雙液原電池，了解其工作原理與鹽橋的作用，并能依據(jù)具體的化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)新的原電池裝置;結(jié)合宏觀現(xiàn)象和微觀分析，強(qiáng)化學(xué)科思維方法，初步形成科學(xué)探究意識(shí);通過變式訓(xùn)練，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)核心素養(yǎng)的形成。

2.教學(xué)過程

如何在教學(xué)中應(yīng)用原電池模型，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究問題，幫助學(xué)生構(gòu)建問題解決認(rèn)知模型，形成學(xué)科核心素養(yǎng)，是教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)。依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，在教學(xué)中穿插若干問題情境，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究逐步形成核心素養(yǎng)。王磊等提出“從知識(shí)到能力和素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化模型”[4]，認(rèn)為學(xué)科知識(shí)的轉(zhuǎn)變需要經(jīng)歷學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐與遷移創(chuàng)新才能完成從具體知識(shí)學(xué)習(xí)向知識(shí)功能化和素養(yǎng)化的方向跨越。這對(duì)教學(xué)上的啟示是，教學(xué)設(shè)計(jì)的各個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)應(yīng)對(duì)應(yīng)核心主題內(nèi)容，并在教學(xué)中由淺入深，逐步達(dá)成。概言之，要圍繞學(xué)生核心素養(yǎng)在辨識(shí)分析、總結(jié)概括、創(chuàng)新應(yīng)用等方面來開展教學(xué)活動(dòng)。

（1）導(dǎo)入新課——觀看微課回顧舊知，提出問題

讓學(xué)生觀看微課。微課中合理運(yùn)用動(dòng)畫效果，將原本抽象的理論知識(shí)的過程可視化，降低了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，能更好地幫助學(xué)生理解原電池的相關(guān)理論知識(shí);復(fù)習(xí)回顧原電池的構(gòu)成條件和工作原理，并完成單液原電池的電極反應(yīng)式的書寫;交流結(jié)果，針對(duì)練習(xí)中存在的問題進(jìn)行反饋總結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：教學(xué)出發(fā)點(diǎn)是基于學(xué)情分析，在學(xué)生已有知識(shí)和能力基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)水平進(jìn)行預(yù)設(shè)，如此課堂教學(xué)才會(huì)更加游刃有余。通過微課回顧已有知識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，深化學(xué)生對(duì)原電池內(nèi)容的理解;通過簡(jiǎn)單電極反應(yīng)式的書寫，分析學(xué)生的疑難問題。

（2）課堂探究——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案，延伸拓展

教學(xué)以實(shí)驗(yàn)探究為主線，從三個(gè)方面逐步展開（如表1）：①解釋單液原電池的工作原理及存在的問題;②探究水果電池與雙液原電池的工作原理，認(rèn)識(shí)鹽橋的作用;③探究不同類型的鹽橋電池，深化對(duì)原電池工作原理的理解。學(xué)生分組對(duì)提出的問題和猜想進(jìn)行交流，在討論可行性方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

課堂思考與交流：

①能用金屬來代替鹽橋嗎？

不可以。若用金屬做鹽橋，電子流向一極后不能直接從另一極得到補(bǔ)充，必然趨勢(shì)就是向另一極釋放金屬陽離子或者溶液中的金屬陽離子在電子流出的那一極得電子析出金屬，這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與電池電勢(shì)相反的電勢(shì)，從而降低了整個(gè)電池的電勢(shì)?？梢?，光有自由電子是不夠的，還應(yīng)該有一個(gè)離子的通道，即“鹽橋”。

②鹽橋中的鉀離子會(huì)進(jìn)入溶液?jiǎn)?？?jī)蔁娊赓|(zhì)溶液中的陰陽離子能通過鹽橋嗎？

雙液原電池使用鹽橋的目的是為了消除液接電勢(shì)。鹽橋中的陰離子和陽離子通過定向移動(dòng)進(jìn)入到陰極池和陽極池，從而達(dá)到傳導(dǎo)電流使雙液原電池形成閉合回路的目的，所以鹽橋用一段時(shí)間就會(huì)失效，要重新浸到飽和KCl溶液中。因兩池中的濃度差太小的緣故，兩燒杯中的離子會(huì)有極少量通過鹽橋。

設(shè)計(jì)意圖：展開實(shí)驗(yàn)探究，分析原電池工作原理。由于學(xué)生對(duì)電池的動(dòng)力問題存在疑問，導(dǎo)致在理解原電池的工作原理時(shí)有很大的困擾，難以體會(huì)雙液原電池的優(yōu)勢(shì)。對(duì)教材上的原電池模型進(jìn)行改裝，幫助學(xué)生明確原電池的構(gòu)成要素;通過對(duì)單液原電池的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)探究雙液原電池的工作原理，加深學(xué)生對(duì)原電池的理解;設(shè)置的思考問題有驅(qū)動(dòng)性、可探究性和層次性，注重過程性評(píng)價(jià)。

（3）課后鞏固——建構(gòu)核心知識(shí)、遷移應(yīng)用

單液原電池的電極材料混合在一個(gè)溶液中，使學(xué)生對(duì)兩電極的現(xiàn)象和工作原理存在困惑，而雙液原電池模型的電極反應(yīng)相對(duì)簡(jiǎn)單些，且能夠加深學(xué)生對(duì)半反應(yīng)、電極反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。在單液原電池到雙液原電池的實(shí)驗(yàn)探究中，練習(xí)電極反應(yīng)式的書寫，通過文字、圖片等多種方式，進(jìn)一步鞏固課堂內(nèi)容。

①[Mg稀H2SO4Al]原電池;正極（Al）：2H+ + 2e- = H2?;負(fù)極（Mg）：Mg - 2e- = Mg2+

②[MgNaOHAl]原電池;正極（Mg）：2H2O + 2e-=H2?+ 2OH-;負(fù)極（Al）：2Al-6e- +8OH-=2AlO2- +4H2O

③[Cu濃HNO3Al]原電池;正極（Al）：4H+ + 2 NO3- + 2e- =2 NO2 ? + 2H2O;負(fù)極（Cu）：Cu - 2e- = Cu2+

④根據(jù)Zn+2FeCl3=ZnCl2+2FeCl2設(shè)計(jì)原電池，畫出裝置圖，標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向，并寫出電極反應(yīng)式。

設(shè)計(jì)意圖：構(gòu)建知識(shí)體系，提升學(xué)生遷移應(yīng)用能力。在圍繞“鋅銅原電池”展開一系列探究的基礎(chǔ)上，根據(jù)原電池的構(gòu)成條件和工作原理，嘗試設(shè)計(jì)新的原電池，啟發(fā)學(xué)生從改變電極種類、改變電解質(zhì)溶液和改變電路閉合情況等角度去思考，促進(jìn)學(xué)生形成學(xué)科素養(yǎng)。

三、教學(xué)實(shí)踐與反思

1. 變革教學(xué)方式，探索可行的知識(shí)建構(gòu)模式

盡管目前有很多關(guān)于“原電池”的教學(xué)案例，但大多數(shù)教學(xué)側(cè)重于將現(xiàn)有的教材內(nèi)容作為學(xué)習(xí)文本，沒有擺脫以知識(shí)為本的教授方式，只關(guān)注知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性和基礎(chǔ)性，忽視了學(xué)生思考問題的價(jià)值和探究能力的形成[5]。因此，從實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識(shí)的角度去設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，是對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的思考，可實(shí)現(xiàn)超越知識(shí)本身的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。從課堂教學(xué)效果和課后反饋的情況來看，該教學(xué)模式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。例如，“水果電池”中，抽象的理論知識(shí)通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得以直觀化;以雙液原電池的構(gòu)成條件及鹽橋的作用作為教學(xué)重點(diǎn)，圍繞教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，提供實(shí)驗(yàn)材料供學(xué)生探究，學(xué)生對(duì)文字、圖像和信息分析及表征的能力得到了提高，有助于學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)探究的習(xí)慣。

2.實(shí)施科學(xué)探究，提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)

通過創(chuàng)設(shè)問題情境，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的活動(dòng)探究，是落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。學(xué)習(xí)任務(wù)的完成是學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要過程，教學(xué)活動(dòng)以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，體現(xiàn)新課程改革提出的“立德樹人”的根本理念，通過基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)，幫助學(xué)生形成必備品格和關(guān)鍵能力。

以上是筆者基于“原電池”一課進(jìn)行的教學(xué)實(shí)踐研究，旨在以個(gè)人初步的探究拋磚引玉，引發(fā)廣大同仁對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)進(jìn)行深入探討。

[? 參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ]

[1]? 王磊.促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的化學(xué)教學(xué)兼介高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂進(jìn)展[D] .湖州：浙江省化學(xué)疑難問題專題研討會(huì)講話稿，2017.

[2]? 鐘啟泉.基于核心素養(yǎng)的課程發(fā)展：挑戰(zhàn)與課題[J].全球教育展望，2016（1）：9.

[3]? 陳進(jìn)前.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的化學(xué)教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（Z1）：1-4.

[4]? 王磊.學(xué)科能力構(gòu)成及其表現(xiàn)研究：基于學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐與遷移創(chuàng)新導(dǎo)向的多維整合模型[J].教育研究，2016（9）：83-92.

[5]? 顧建辛.關(guān)于化學(xué)核心素養(yǎng)培育的微觀思考：原電池教學(xué)中的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”[J].化學(xué)教學(xué)，2017（11）：34-38.

（責(zé)任編輯 羅? ?艷）