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以核心概念为本的“电解池”教学设计
作者:亚博网址    发布日期:2020-12-26 06:53


  通过梳理教材中电化学基础的知识结构及核心概念,并结合学生实际进行教学目标、教学方式、师生活动和问题情境等方面的教学设计。以人教版《化学反应原理》第四章第三节“电解池”第一课时的教学设计为例,说明以核心概念为本的教学设计可以促进学生对化学概念的理解,增强学生分析问题、解决问题的能力。

  美国课程专家艾里克森(H.Lynn Erickon)经过多年的研究和实践,在21世纪初提出了“概念为本的课程与教学”。她认为:“提高学业标准更多的是要求思维能力的提升,而不是掌握更多的事实内容”[1]。因此,教学内容应该围绕学科的核心概念进行选择,具体事实应该作为工具来帮助学生发展深层理解力;教学重心应该从过于关注事实的记忆与程序和技巧转移到教学过程中要着重帮助引导学生对原理的认识和理解,帮助学生构建较为完善的知识体系,帮助学生理解可迁移的核心概念和对更为根本的知识结构进行深层理解,培养和发展思维能力。

  电化学知识在新课程人教版的《化学2(必修)》和《化学反应原理》中列为学生学习重点知识,也是高考必考的知识点。通过对这部分知识的学习使学生了解电化学反应所遵循的规律,知道电化学知识在生产、生活和科学研究中的作用,由于应试教育及传统教学方式等诸多因素的影响,使许多学生没有真正理解所学的知识,只是记住了一些零散的事实和孤立知识点,只能对教师讲过的问题进行简单模仿,机械地按照解决问题的步骤来做,稍加变式或改变情境就不能很好地应对。因此,只有把化学学科中具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法作为教学目标,才能提高学生分析问题、解决问题的自主学习能力[2-3]。

  《化学反应原理》(人教版)第四章为电化学基础,主要内容是着重研究化学能与电能的相互转化关系,即:利用自发进行的氧化还原反应实现化学能到电能的转化--原电池及其应用(化学电源、金属的腐蚀和防护等),利用非自发进行的氧化还原反应实现电能到化学能的转化——电解原理及其应用(氯碱工业、电镀、电冶金等)。需要学生将原电池与电解池的相关知识,综合运用到解决实际问题上,能运用氧化还原反应原理分析原电池、电解池

  *北京教育学院市级学科带头人及骨干教师培训项目(编号:PXM-000059)

  中国化学会2012年重点课题《以核心概念为统领的化学教学设计研究》(编号:HJ2012-0005)

  本章知识在学生整个高中化学学习中占有十分重要的地位,是在必修化学的基础上,帮助学生从氧化还原反应的本质及化学反应与能量的关系上,进一步学习和探索化学反应的规律及其应用,能从化学能与电能之间相互转化的角度理解原电池、电解的原理及应用,构建较为完整和系统的化学反应原理知识体系[4]。其知识结构图如图1所示:

  依据《普通高中化学课程标准》,对教材及学情进行分析,结合笔者实际教学经验,提出电化学基础的核心概念,如图2所示,作为本单元教学设计的依据。

  以核心概念为本的教学设计的基本程序包括三个过程:教学分析、确认核心概念和教学策略设计,如图3所示:

  纵观电化学基础一章的编排,教材由浅入深,从学生较为熟悉的内容开始,逐渐引入新的知识点,这既符合学科知识的逻辑顺序,又适应学生的认知和心理发展顺序,有利于学生更好地学习掌握该部分的知识内容。基于课程标准和教材内容及学生知识现状进行教学分析,是要明确要教给学生哪些基本化学概念,确定需要学生掌握的核心概念。以核心概念建构为目标的教学策略设计是对教学过程的设计,是为了确定采取什么方式使学生完成对基本化学概念和核心概念的意义建构。

  课标分析:本章内容课标的要求是要让学生了解化学反应过程中能量变化遵循的规律,知道化学反应原理在日常生产、生活和科学研究中的应用。本节内容课标的要求是体验电能与化学能之间转化的探究过程,了解电解原理,能正确书写电解池的阴、阳极的电极反应式及电解反应方程式。

  教学内容分析:电化学是研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学,应用十分广泛。本节课研究的是如何借助电能使不能自发进行的氧化还原反应能够发生,从而实现电能转换成化学能。

  电解池基本概念和核心概念梳理如图4所示。通过对核心概念的梳理,可以帮助学生在相关事实的基础上,真正理解溶液的导电过程实际上是发生氧化还原反应的过程,电解是一种强有力的氧化还原手段,可以实现物质之间的转化,可以实现电能到化学能的转变,对于学生解决实际生活、生产问题有着非常重要的意义和价值。

  学生在初中就对电解水有了一定的认识,在必修1、必修2和选修4中已经学习过氧化还原反应、离子反应、电解质、化学反应与能量和原电池的相关知识,物理学中电学知识也相当丰富。在本章第一节和第二节的学习中更是让学生对自发的氧化还原反应有了更加深刻的认识。由于电解原理的理论性比较强,学生不容易理解。尤其是在电解质溶液中存在有多种离子的情况下,哪种离子先放电需要学生进行判断。对于原电池装置和电解池装置学生也易将两者混淆,其对应的电极反应、电子流向、离子流向等分辨不清楚。因此,要通过复习电解水,分析电解氯化铜溶液的过程,列举钠镁铝等活泼金属的制取方法等实例,使学生逐步建构电解池核心概念。

  复习导入,为新知学习奠定基础。即:复习原电池知识,分析自发进行的氧化还原反应设计原电池的策略,引导总结原电池的核心概念,为电解池核心概念的总结做知识储备。问题研讨,激趣生疑。即:提出问题“在常温或一般加热的情况下,下列反应能实现吗?”Cu+2H+=Cu2++H2,CuCl2=Cu+Cl2,激发学生求知欲,导入电解原理探究。实验探究,培养学习能力。即:学生分组进行电解氯化铜溶液实验,观察现象、分析原理,建立电解相关概念。精讲点拨,加深理解、巩固提高,即:引导学生从微观角度,对实验事实和反应原理进行分析,初步构建核心概念。总结归纳,掌握核心概念,即:通过与原电池核心概念的比较,归纳构建完整的电解池核心概念。应用提高。即:回扣开始导入的问题Cu+2H+=Cu2++H2,引导学生设计实验并进行验证,达到巩固提高的目的。

  在传统的电解池内容的教学中,学生仅能机械记忆电解的基本原理、离子的放电顺序, 并浅层次地解决一些简单的与电解相关的习题。而以核心概念为统领设计教学,纵观整个教学过程,学生在复习梳理原电池核心概念的基础上,从非自发进行的氧化还原反应的实现条件情境入手,实验探究、议论研讨、归纳总结与教师精讲点拨结合逐步梳理掌握相关的概念和技能,使学生体会到不能自发的氧化还原反应,在电流的作用下发生了,借助的装置为电解池;同时明确了电解质溶液导电的过程就是溶液中的离子在两极上发生氧化还原反应的过程,真正掌握电解核心概念。

  总之,以提高学生科学素养为基本理念,以每一名学生的发展为核心思想,通过核心概念为本的化学教学设计的研究,寻求一种适合教师个性特点又符合学生的发展规律的化学核心概念为本的教学设计策略具有非常重要的意义。

  (备注:本文为北京教育学院市级学科带头人及骨干教师培训项目周玉芝工作室和中国化学会2012年重点课题《以核心概念为统领的化学教学设计研究》研究成果。)

  [3] 周玉芝. 从表层学习到深层学习——以初中化学的分子概念教学为例. 中学化学教学参考,2012, (9): 14-17.

  [4]王祖浩,王磊主编.普通高中化学新课程标准(实验)解读.武汉:湖北教育出版社,2004:90-120

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