人教版高中化学《原电池原理及其应用》探究-建构性教学设计

《原电池原理及其应用》探究－建构性教学设计
随着课程改革的深入，探究－建构性学习的教学模式逐渐受到广大教师的重视。

现代建构主义学习理论倡导者皮亚杰（J.Piaget）认为，有效的学习过程应该是学习者以自身已有的知识和经验为基础，在与外界信息相互作用的过程中把新知识同化到原有认知体系中去的一个建构活动。

本文以《原电池原理及其应用》为例，利用化学学科中实验的优势，进行了探究－建构性教学模式的初步设计。

一、教材分析
本节教材是对金属与电解质溶液、化学反应中的能量变化、氧化还原反应等知识的整合。

由于原电池原理在工农业生产、科学研究以及日常生活方面应用甚广，学生有较好的感性认识，在此基础上通过原电池原理的探索研究，来完备学生的知识体系。

为了充分体现“探究－建构”这一指导思想，我们适当的把部分演示实验改为学生实验，让学生根据给出的实验用品和仪器自主设计原电池装置。

对于原电池理论的微观解释，力求遵守直观和感性的教学原则，采用计算机模拟等现代化的教学手段加以直观化。

二、教学过程设计
1、情景创设，激活问题意识。

介绍化学电池的发明史：
化学史上的不少发现都带有一定的偶然性，只有那些具有科学素养的研究者善于捕捉实验中的意外现象，通过进一步研究，才能发现新的物质或规律。

十八世纪末，意大利生物学家做青蛙手术时，当金属手术刀触及蛙腿时，发现蛙腿会抽搐。

著名科学家伏特抓住这一现象，深入研究，在1800年3月20日宣布他的发明：人类历史上第一个化学电池——伏特电池（锌片和银片交替叠起来，中间隔以吸有盐水的皮革）。

1836年，化学家丹尼尔发明了人类历史上第一个实用电池（锌片、铜片、硫酸锌溶液、硫酸铜溶液），并用于早期的铁路信号灯。

结论：从某一个角度看，一个自发进行的氧化还原反应都能设计成电池装置。

实验1：若将铁片、铜片分别插入稀硫酸中会有什么现象？为什么？
实验2：若用导线将铁片和铜片连接起来再插入稀硫酸中，发生的现象会有什
属于氧化还原反应 么不同？ 实验3：若在导线中间插入一个电流表，电流表的指针会偏转吗？
2、学生自主探究
感受上述情节后，学生在教师的引导下自主设计完成上述实验：
设疑1、用导线将铁片和铜片连接起来再插入稀硫酸中，为何铜片上有气泡？ 设疑2、既然铜片上产生的是氢气，是否说明铜能失去电子？
提出假设一：铜若失去电子，应该观察到怎样的现象？
启发学生思考：铜若失去电子的话，就会生成铜离子，进入溶液中，使溶液呈现蓝色，而实验后的溶液仍无色，同时铜片反应前后称量质量未减少，而铁片减少，从而确定氢离子得到的电子是从铁片上得来的。

设疑3、铁失去的电子如何传递到铜上？沿导线还是从溶液中，怎样证明？ 提出假设二：电子若从溶液中传递，就应该在溶液中有连续的气泡产生，但实际上是在铜片的表面产生，电子若沿导线传递，必然会产生电流可用电流计测定。

由实验后讨论得出结论：电路中由电流，H ＋
从铜片得到的电子是由铁片上传递过来的。

即当用导线将铁片和铜片连接起来再插入稀硫酸后，两金属上发生的变化是： 铁：Fe －2e=Fe 2＋（氧化反应） 铜：2H ＋＋2e ＝H 2↑（发生还原反应） 结果是将Fe 和H ＋
间直接转移电子，通过导线和铜片间接转移，将化学能转化为电能。

【板书】1、原电池－一种化学能转化电能的装置
消耗化学物质 形成电流
电子定向移动
发生化学反应 出现电子转移
依据实验内容，层层设疑，提出假设，验证假设，将思维逐步引向深入，引导学生运用归纳，从能量转化和氧化还原反应概括出什么是原电池，培养学生围绕提出的问题，自主设计解决问题的方法和过程的能力。

3．合作学习
通过实验得出结论之后，教师不失时机的再次设疑：原电池中电子又是如何运动的？并借助计算机多媒体技术，模拟原电池反应，使学生在从宏观现象到微观本质，感知从表象到内在联系的过程。

【板书】2、原电池的工作原理：
较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）流向较不活泼的金属（正极）。

氧化反应
学生认清原电池原理的本质后，教师再次设疑：原电池的构成条件是什么？学生根据自己的设想和实验室提供的仪器、药品进行小组实验探究。

【实验用品和仪器】锌片、铜片、铝片、铁片、镁条、石墨、稀硫酸、硫酸锌溶液、酒精、稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液、导线若干、电流计、大塑杯。

学生分组展开讨论，拟订实验方案进行探究，观察并记录电流计指针偏向、两极发生的现象，根据收集的证据尝试解释。

在学生分组探究的过程中，教师通过与学生相互交流，对部分有困难的学生进行引导、启发。

通过改变电极和电解质溶液，有些学生设计出以下实验：
序号
电极 溶液 其他 现象 A
Cu 、Zn H 2SO 4 导线、电流计 有电流产生 B
Cu 、Zn ZnSO 4 导线、电流计 无电流产生 C
Zn 、Zn H 2SO 4 导线、电流计 无电流产生 D
Zn 、C H 2SO 4 导线、电流计 有电流产生 E
Cu 、Zn C 2H 5OH 导线、电流计 无电流产生 F
Al 、Cu NaOH 导线、电流计 有电流产生 Ｇ
Al 、Mg NaOH 导线、电流计 有电流产生 …… …… …… …… ……
至此，学生为自己设计的独特的实验和探究到的与众不同的实验结论深感兴奋和自豪，进一步增强了探究的乐趣和自信。

教师主持各小组实验研究的汇报活动，在此基础上共同得出构成原电池的条件：
【板书】3、原电池的构成条件：
（1）要有活泼性不同的金属或导体，且有电解质溶液
（2）负极金属能同电解质溶液能自发产生氧化还原反应
（3）由导线相连或两电极接触（电极与电解质溶液接触构成回路）
Fe-2e= Fe 2+
失e 沿导线传递，有电流产生 还原反应 2H ++2e = H 2↑
4．联系整合，意义建构
学生在上述探究过程中会发现一些问题：实验F观察到电流计指针偏向Cu，实验Ｇ观察到电流计指针偏向Mg，说明都符合构成原电池的条件，形成了原电池，而且都是铝为负极，与此前的结论“较活泼的金属作负极”相违背。

【学生疑问】看来负极不一定总是较活泼的金属。

还有没有其他例子呢？
【学生讨论】可以用浓硝酸作电解质溶液，以铁（或铝）和铜作电极，铁，铝虽然活动性较强，但它们会被浓硝酸钝化，因此应该作正极，而铜应作负极。

【学生实验】用铁、铜和浓硝酸组成原电池，电流计指针先偏向铜，偏转幅度不大，随后指针逐渐回转，偏向铁，偏转幅度逐渐增大。

铜丝周围有大量气体产生，呈棕黄色，铜附近的溶液呈现黄绿色。

反应刚开始时，由于铁较活泼作负极，铁逐渐被钝化，由于只有铜能与浓硝酸反应了，所以铜作负极。

【学生总结】原电池装置中的两个金属电极作负极的不一定比作正极的金属活动性强，所谓活泼性不同的两电极是相对电解质而言的。

5．知识的运用和巩固
探究—建构而来的知识、技能和方法需要及时的练习和应用，才能有效地纳入学生的认知结构中并转化为能力。

（1）布置一个家庭小实验：把几个个西红柿用导线串连起来，然后接上一个0.5V的小电珠，看看小电珠是否会发光。

（2）练习：如何利用下列反应设计一个原电池实验装置？判断电流方向，写出电极反应式，并用实验证明。

2AgNO3+Cu=2Ag+Cu(NO3)2
（3）Zn与稀H2SO4和浸有CuSO4的Zn粒与稀H2SO4两个反应中，产生氢气的速度为何不同？
讨论结果：Zn与稀H2SO4反应中Zn板附近有大量
的Zn2+，由于同种电荷的相互排拆，使H+很难得到电子，而浸有CuSO4的Zn 粒与稀H2SO4反应中，由于Cu板得到电子，且异性电荷的相互吸引，使H+很易在Cu板上得到电子。

【板书】4、原电池的应用
（1）形成原电池能加快反应速率；（2）制各种电池。

（4）播放课件《电池的应用现状和发展前景》，倡导学生为环保多做一份贡献，多搞小研究、小发明，增强化学与社会生活的联系，使学生认识到“创造的价值”。

三、结束语
“探究—建构”模式能充分调动学生的积极性、创造性，使学生通过与外界不断交流，对已有的认知结构作出必要的调整和更新，包含了一个交流、反思、改进、协调的认知过程。

在这个过程中，学校和教师同样是建构活动中必要的外部环境。

我们希望通过这样一种教学模式，能真正体现掌握解决问题的程序和方法比掌握知识内容更为重要这一指导思想，真正去实现教是为了不教这一目的。

［参考文献］：1文庆城谢能伟陈建玲.化学探究－建构性学习教学模式.
中学化学教学参考，2005（1～2）：24～27
2 黄建波.《原电池原理及其应用》探究教学设计.中学化学教学参考，2005（4）：18～19。