“原電池工作原理”教學(xué)實(shí)錄

姜偉+何月華

摘要：利用微型實(shí)驗(yàn)探究“原電池”，不僅使探究式實(shí)驗(yàn)得到順利完成，有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力， 而且從知識(shí)視角進(jìn)行了反思，提出教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要探尋知識(shí)本源，發(fā)掘知識(shí)的內(nèi)在潛力，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，提高課堂效率，促進(jìn)高效課堂的良性發(fā)展。

關(guān)鍵詞：微型實(shí)驗(yàn)；原電池；教學(xué)實(shí)錄

文章編號(hào)：1008-0546（2017）02-0040-04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.013

一、基本思路

“原電池”是高中化學(xué)學(xué)科體系的核心知識(shí)之一，它的教學(xué)是氧化還原反應(yīng)理論的延伸與應(yīng)用，也是后續(xù)電化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)。 原電池的教學(xué)是體現(xiàn)學(xué)科交叉，科學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生思維能力和探究能力的好素材[1]。原電池教學(xué)內(nèi)容先后出現(xiàn)在必修和選修模塊中，且具有一定的層級(jí)關(guān)系。必修模塊以“銅—鋅—稀硫酸”原電池為教學(xué)模型，通過(guò)具體事例說(shuō)明通過(guò)這樣一個(gè)裝置可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，體現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能量的利用價(jià)值；選修模塊則以“銅—鋅—硫酸鋅、硫酸銅雙液”原電池為教學(xué)模型，讓學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的探究過(guò)程， 要求學(xué)生了解原電池的工作原理， 能正確書寫電極反應(yīng)與電極反應(yīng)式[2]。本文源于[3]人教版選修4第四章第一節(jié)“原電池”，采用“裝置改進(jìn)式”的教學(xué)思路：首先，帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)單液原電池， 為了更好地與選修模塊銜接，將電解質(zhì)溶液由稀硫酸改為硫酸銅溶液進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生能夠看到單液原電池中電流的衰減及鋅片上有銅析出的弊端；其次，通過(guò)階梯問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生將原電池裝置從單液改進(jìn)為雙液，通過(guò)微型實(shí)驗(yàn)探究得出雙液原電池的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)教學(xué)注重知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生從身邊走進(jìn)化學(xué)，從化學(xué)走向社會(huì)，可以使學(xué)生更加深入地理解化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)實(shí)意義。

一、教學(xué)目標(biāo)

[知識(shí)與技能]

1.通過(guò)復(fù)習(xí)單液原電池，進(jìn)一步加深對(duì)原電池形成條件及工作原理的認(rèn)識(shí)；

2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)與分析，了解單液原電池存在的問(wèn)題和改進(jìn)方法。

[過(guò)程與方法]

1.經(jīng)過(guò)對(duì)單液原電池裝置的優(yōu)化過(guò)程，感悟科學(xué)探究的思路和方法，進(jìn)一步體會(huì)控制變量法在科學(xué)探究中的應(yīng)用；

2.在學(xué)習(xí)中，學(xué)會(huì)運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)等多種手段獲取信息，并運(yùn)用比較等方法對(duì)信息進(jìn)行加工。

[情感、態(tài)度與價(jià)值觀]

1. 在學(xué)習(xí)中體驗(yàn)并享受科學(xué)探究帶來(lái)的快樂(lè)，感受化學(xué)世界的奇妙；

2.增強(qiáng)聯(lián)系實(shí)際學(xué)習(xí)化學(xué)并將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生活的意識(shí)；

3. 通過(guò)單液原電池和雙液原電池的探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究對(duì)于人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要意義。

二、教學(xué)重、難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)：?jiǎn)我涸姵氐膬?yōu)化過(guò)程。

2.教學(xué)難點(diǎn)：鹽橋原電池的功能與價(jià)值。

三、課堂實(shí)錄

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

[投影]微視頻：iPhone廣告——橙子電池給手機(jī)充電。

[師]請(qǐng)問(wèn)同學(xué)們，你們?cè)谝曨l中看到了什么？

[生1] 將一枚鐵釘與一枚銅釘一同插入橙子中，并用導(dǎo)線連接，使其產(chǎn)生電流，給手機(jī)充電。

[師]很好，觀察非常仔細(xì)！試從能量轉(zhuǎn)化角度分析微視頻中實(shí)現(xiàn)了怎樣的能量轉(zhuǎn)化。

[生2]化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

[師] 我們把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的這種裝置稱之為什么？

[生]（齊聲回答）原電池。

[設(shè)計(jì)意圖]巧融流行元素，以微視頻引出課題，既吸引了學(xué)生注意力，又激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)學(xué)習(xí)提供背景資料。

環(huán)節(jié)二：應(yīng)用理論，升華本質(zhì)

[師]請(qǐng)同學(xué)們回憶高一學(xué)過(guò)的原電池裝置（見(jiàn)圖1），談?wù)勗撗b置中電流是如何產(chǎn)生的？

[生3]鋅片失去電子變成Zn2+進(jìn)入溶液，吸引SO42-向鋅片移動(dòng)， 與此同時(shí)電子從鋅片沿導(dǎo)線流向銅片，溶液中的Cu2+向銅片移動(dòng)，在銅片表面得到電子生成銅，溶液中通過(guò)陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)形成電流。

[師]電子為何從鋅片沿導(dǎo)線流向銅片，而不直接在鋅片上發(fā)生置換反應(yīng)呢？

[生] 思考討論， 猜測(cè)可能與金屬活動(dòng)性不同有關(guān)。

[師]當(dāng)把金屬M(fèi)棒置于水溶液中時(shí)，金屬表面的金屬離子受極性水分子的吸引發(fā)生水合作用，產(chǎn)生金屬離子的沉淀溶解平衡，使一部分金屬離子以水合離子Mn+（aq）的形式離開金屬進(jìn)入溶液而把電子留在金屬表面上，這是金屬溶解過(guò)程；同時(shí)，溶液中的金屬離子有可能碰撞金屬表面，從金屬表面上得到電子，還原為金屬原子沉積在金屬表面上，這是金屬沉積過(guò)程。當(dāng)金屬的溶解速率和溶液中金屬離子沉積到金屬表面的速率相等時(shí)，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡[MMn+（aq）+ neˉ][4]。

金屬鋅與金屬銅都存在著類似的平衡，但平衡狀態(tài)并不相同，金屬越活潑，平衡越趨向于溶解方向，金屬片上剩余電子越多，因此當(dāng)鋅片與銅片用導(dǎo)線相連時(shí)，電子由鋅片流向銅片。

[設(shè)計(jì)意圖] 應(yīng)用平衡原理解釋原電池有利于學(xué)生理解原電池工作的本質(zhì)及后面要學(xué)的雙液原電池中氧化劑與還原劑不接觸仍能反應(yīng)等問(wèn)題，也為書寫電極反應(yīng)式，理解半反應(yīng)概念鏟除了思維障礙。

環(huán)節(jié)三：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

[微型實(shí)驗(yàn)探究1]將鋅片、銅片固定在實(shí)驗(yàn)板上（鋅片和銅片不直接接觸）， 然后用濾紙條覆蓋住鋅片、銅片，再用硫酸銅溶液完全浸透濾紙條，最后用導(dǎo)線連接電流表，觀察現(xiàn)象。

[生4]電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表明有電流通過(guò)。

[生5]隨著上述實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延續(xù)，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度逐漸減小，表明電流衰減了。

[生6]上述實(shí)驗(yàn)延續(xù)一段時(shí)間后，掀開濾紙條，發(fā)現(xiàn)鋅片、銅片上均有銅析出。