核心素養(yǎng)下電化學(xué)教學(xué)研究

程龍兵

摘 要：模型認(rèn)知是高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的學(xué)科五大核心素養(yǎng)的重要組成部分，電化學(xué)知識也是新高考的重要考查內(nèi)容，因此在電化學(xué)的教學(xué)過程中如何將復(fù)雜模型進(jìn)行梳理、分析并進(jìn)行合理拆分，形成簡單的基礎(chǔ)模型;然后對基礎(chǔ)模型進(jìn)行重組，外延成新的教學(xué)內(nèi)容。高中電化學(xué)教學(xué)貫徹模型認(rèn)知素養(yǎng)，利用模型認(rèn)知思想解決電學(xué)中化裝置問題，有利于提升學(xué)生思維的分析能力，促進(jìn)中學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);模型認(rèn)知;思維

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)的教育過程中，逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力[1]?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出化學(xué)核心素養(yǎng)的基本要求，包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”五個方面[2]。在新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，教師培養(yǎng)學(xué)生的方式也發(fā)生了根本的變化。筆者結(jié)合多年的高中教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)了電化學(xué)教學(xué)過程中如何利用模型認(rèn)知、經(jīng)典模型的構(gòu)建與拆分等方式解決電化學(xué)的疑難問題，這也是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要知識載體。

一、基礎(chǔ)模型有助于學(xué)生了解原電池、電解池的結(jié)構(gòu)和工作原理

筆者在日常教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生在電化學(xué)的學(xué)習(xí)中存在關(guān)鍵性的認(rèn)知能力與遷移能力的不足。主要包括：（1）認(rèn)知角度不明確，無法正確捕捉裝置的考查維度;（2）電化學(xué)基本要素的認(rèn)知不夠全面，同時對裝置要素與原理要素之間的關(guān)系認(rèn)識不夠;（3）缺乏有效的遷移能力。也就是說不能用已有的知識解決陌生素材下電化學(xué)知識的能力。介于學(xué)生在這些方面的困難，本文從電化學(xué)的基礎(chǔ)模型從發(fā)，通過深層次構(gòu)建電化學(xué)的應(yīng)用模型，幫助學(xué)生解決模型認(rèn)知問題。結(jié)合當(dāng)代學(xué)者的主流觀點(diǎn)，筆者認(rèn)為原電池和電解池的基礎(chǔ)模型可以概括為圖1所示的裝置，學(xué)生只有掌握基礎(chǔ)模型才能對電化學(xué)基礎(chǔ)的知識有一定的認(rèn)知能力。

二、經(jīng)典模型的拆分和構(gòu)建有助于學(xué)生解決復(fù)雜的電化學(xué)問題

目前從課程改革后高考試題的呈現(xiàn)形式可以看出“電化學(xué)知識的高考考查視角更為廣闊和新穎，由傳統(tǒng)單一原理的考查（包括電極反應(yīng)式的書寫，正負(fù)極的判斷，電子、離子的移動方向及溶液濃度、電子轉(zhuǎn)移的計算等）轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)、生活中的實(shí)際應(yīng)用、設(shè)計等。筆者認(rèn)為在新課標(biāo)下的電化學(xué)的教學(xué)應(yīng)由知識能力向應(yīng)用能力轉(zhuǎn)變，能有效促進(jìn)學(xué)生綜合思維能力的提升，因此在模型認(rèn)知中讓學(xué)生的思維達(dá)到條理化、可視化，從而使所學(xué)知識系統(tǒng)化。運(yùn)用這一教學(xué)模式，學(xué)生可以將自己的思維過程、知識結(jié)構(gòu)直觀地呈現(xiàn)出來，有助于解決更多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，達(dá)到突破電化學(xué)的難點(diǎn)。

例1.2014年廣東高考題：某同學(xué)組裝了圖2所示的電化學(xué)裝置，電極Ⅰ為Al，其他均為Cu，則

A.電流方向：電極Ⅳ→A→電極Ⅰ

B.電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng)

C.電極Ⅱ逐漸溶解

D.電極Ⅲ的電極反應(yīng)：Cu2++2e-=Cu

本道高考題是對原電池、電解池綜合的考查。電池的工作原理一般可概括以下幾點(diǎn)：

（1）理清電化學(xué)中氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)。對原電池而言，負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng);對電解池而言，陽極伴隨著氧化反應(yīng)，陰極伴隨著還原反應(yīng)。

（2）判斷電解質(zhì)的影響及其陰陽離子的遷移。陽離子總是向陰（正）極方向遷移，陰離子總是向陽（負(fù)）極方向遷移。

（3）正確列出電池總反應(yīng)式。電池總反應(yīng)可以看作兩個電極反應(yīng)即電池半反應(yīng)的疊加，也是氧化還原思想的延伸。

（4）分析反應(yīng)過程中電池電極上發(fā)生的現(xiàn)象。如電極是否有溶解、沉淀，電極附近是否有氣體逸出，電解質(zhì)溶液中離子的濃度、溶液的顏色是否變化，溶液的pH是否改變等。學(xué)生雖已掌握大部分基礎(chǔ)知識，但這些知識是分離的、片段式的，相關(guān)知識不夠系統(tǒng)和完善。需在教學(xué)中進(jìn)一步提煉和總結(jié)，才能讓學(xué)生對知識進(jìn)行綜合性的應(yīng)用。如果將此題進(jìn)行拆分成圖3所示的銅鋁單液原電池、銅鋁雙液原電池（帶鹽橋）、電鍍銅（電解池）三個裝置，從而形成具體簡單的裝置模型，問題便可以迎刃而解。王磊在電化學(xué)認(rèn)識模型及其在高三原電池復(fù)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用：提出不論在何種形式的教學(xué)（新授課、復(fù)習(xí)課和習(xí)題考試）中，學(xué)生會遇到各種各樣的問題任務(wù)，因此在課堂中要求在認(rèn)識模型中加入分析型任務(wù)和設(shè)計型任務(wù)的維度和難度。包括裝置反應(yīng)分析、現(xiàn)象分析和設(shè)計電解池、原電池裝置[3]?；诖?，學(xué)生通過本道例題的學(xué)習(xí)，建立電化學(xué)系統(tǒng)認(rèn)識模型，落實(shí)從原理維度和裝置維度出發(fā)的核心認(rèn)識角度，系統(tǒng)理解裝置的工作原理和構(gòu)成條件，明確原理和裝置的關(guān)系，建立比較清晰的依據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計裝置的主要思路和方法，提高對陌生復(fù)雜的電化學(xué)裝置的分析能力。

三、經(jīng)典模型的變式設(shè)計有助于學(xué)生建立有序的思維認(rèn)知模型

許紅梅在教學(xué)訓(xùn)練形式上進(jìn)行研究：提出在電化學(xué)教學(xué)中組織有效的變式訓(xùn)練，如改變電極材料、電解質(zhì)溶液、已知條件、探究角度等，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力等。在課堂形式上，從學(xué)生需要出發(fā)、注重師生的對話等都是幫助學(xué)生解決困難的有效策略。在教學(xué)過程中，每位學(xué)生都是獨(dú)立存在的個體，思維能力和接受方式也不盡相同。教師在課堂上如何有效地將學(xué)科內(nèi)容及核心素養(yǎng)傳遞給每一位學(xué)生，必須在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生有序的認(rèn)知思維。因此，教師通過在課堂教學(xué)中呈現(xiàn)有梯度的習(xí)題，將原本分散的知識和概念歸納整理，不僅降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，同時幫助學(xué)生構(gòu)建有序的思維體系，為其后期的學(xué)習(xí)和研究奠定良好的基礎(chǔ)。

例2.用石墨電極電解熔融的NaCl。標(biāo)出電子的運(yùn)動軌跡，離子的移動方向，寫出相關(guān)的電極反應(yīng)式、總反應(yīng)式。

變式1：若將例2中熔融的NaCl變成氯化鈉溶液。此時電解質(zhì)溶液中離子的種類有何變化，兩極得失電子的離子種類有何變化，寫出相關(guān)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。