化学电源教学实录与反思.docx
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化学电源教学实录与反思
在探究情境中掌握“主导”与“主体”的平衡
——“化学电源”教学实录与反思
杨明华
重庆市求精中学校邮编：
400015
[摘要]本课以人教版·化学·选修4·第四章第二节“化学电源”为蓝本，结合电池技术的发展历史以及常见电池的产品特性，以“提升电池综合性能”为切入点，创设题为“探究提升电池综合性能的一般途径”的研究情景，设计出一堂既贴近生活、融汇知识又展示方法、培养情感的探究课。
通过精心设计的课堂活动框架，有效实现了“教师为主导，学生为主体”的角色平衡。
为满足课堂探究教学笔者还专门设计并制作了一套新型验器材“原电池原理实验套装”，取得了满意效果。
关键词：
探究主导主体实验套装
一．教材分析
1.教材的地位及其作用
高中化学电化学板块历来是教学重点和难点，新课标教材基本都分为两个阶段进行教学一是必修部分，只介绍原电池的基本工作原理，初略介绍的常见化学电源，二是选修部分，探讨了原电池的改进模型“带盐桥的原电池”，也从电极反应、电极材料、电池结构方面，相对深入的介绍了常见化学电源。
人教版·化学·选修4《化学反应原理》第四章第二节“化学电源”处在整个原电池原理教学的最后阶段，实际上是对之前教材内容的概括和应用，是将化学原理应用于产品设计和技术改进的典型案例。
这一节的教学内容，看似松散，实则是从电池的发展历史，性能改进，技术创新，绿色理念等角度精心攫取了最典型的案例介绍给读者。
是一处不可多得的培养学生探究能力，提升学生科学素养，树立学生辩证观念的好素材。
2.教学目标
知识与技能目标：
（1）复习原电池和电解池的工作原理。
（2）掌握构成原电池的条件,会进行简单的原电池设计。
（3）通过实验与分析，了解简单原电池的缺点和改进方法。
（4）知道原电池输出电能的能力与氧化还原反应、装置设计的合理性及电极所处的环境等有关。
过程与方法目标：
（1）通过实验探究原电池装置的构成要素。
（2）经过对简单原电池装置的优化改良过程，了解科学探究的步骤，学习科学探究的基本方法，提高科学探究的能力，进一步理解科学探究的意义。
（3）通过探究与活动培养学生的观察能力、分析思维能力和小组合作的能力。
（4）使学生在探究与活动中，学会运用观察、分析、实验、推理、归纳等多种手段获取信息，并运用比较等方法对信息进行加工。
情感态度与价值观目标：
（1）在小组合作实验、学习、讨论过程中，体验并享受合作探究带来的快乐，感受化学世界的奇妙。
（2）增强联系实际学习化学并将化学知识应用于生活的意识。
（3）树立绿色化学理念，培养环保意识。
3.教学重点
（1）常见化学电源的反应原理、材料和基本结构。
（2）提升电池技术性能的基本思路和常见方法。
二．学情分析
学生已学习了氧化还原反应规律和原电池的工作原理，通过对具体电池反应的观察、分析的训练，具有一定的观察能力和思维能力。
学生对课本介绍的几种常见化学电源都有基本的了解，包括：
反应原理，电极材料，电池基本结构。
学生对废旧电池引起的环境问题略有了解。
教学的难点在于，要引导学生从几种常见电池的发展历史、性能特点、结构特点中归纳提炼出提升电池性能的一般途径，是一个更高层次思维能力挑战。
三．教法分析
本节内容适合采用问题分析、演示讲解、合作探究、实作体验、归纳总结等教学方法，课堂进展的关键在于，教师要能引导学生在课堂之初就建立起本堂课的活动框架，使师生都能在一个彼此默契的活动路线中实现“教师为主导，学生为主体”的角色平衡。
四．教学程序
1.教学环节设计
2.教学活动设计：
环节
教师语言【活动】
学生语言【活动】
素材剪辑
引入
陈述：
同学们，自从伏特发明电池以后，电子技术的发展日新月异。
（播放电子产品PPT图片），各种移动电子设备，都有一个重要的部件那就是——电池！
但是，经常却是这样....【播放“没电了”PPT】，这儿却有一位别出心裁的同学。
【倾听，集体响应】
大家请看视频：
（播放视频）看完视频之后，请说说你的看法！
设问：
那么我们有没有办法提升原电池的性能呢？
呵呵，有办法！
我们今天就来展开一次“探索之旅”。
探索的方向：
更高的电压，更强的电流
探索的目标：
点亮一只小灯炮
这是中国的南孚电池，它能做到！
你们有信心做到吗？
【抽学生回答】
不实用
主要是因为，需要的橘子太多了。
根本的原因是单个橘子电池的性能太差了。
知识回顾
设问：
1、原电池的反应本质是什么？
原电池的装置要素有哪些？
【抽学生回答】
提出问题
引导：
同学们，任何装置，都是依据…..采用特定的材料与合理的结构来构成一个整体。
对于原电池….（播放思维导图）
那么，在这些因素中，哪些是我们可以改变的呢？
下面，开始分析。
….这所有的问题，都是我们今天要探索的内容。
【集体回答】
电极的距离
电极的种类电池的结构电解质溶液的浓度电极的表面积催化剂
实验1
【提出实验1要求】
实验1：
利用“原电池实验板”组装一个符合如图原理的原电池并通过改变电极距离来提升其性能，
【介绍实验装置】
陈述：
请根据实验要求，设计实验方案，动手之前，请先听我简单介绍今天要使用的仪器——“原电池实验板”，打开电源开关…
【演示实验】
现在请看老师演示，我需要两名观察员….
请，两位讨论整理实验报告，稍后向全班宣布！
【观看演示实验】
【要求全班倾听同学汇报，总结】
好！
汇报非常详尽，大家是否同意他们的结论？
嗯，看来，我们已经有了一些重要经验（播放经验PPT）
【引入实验2】
OK！
请看第二个实验！
【汇报实验情况】
实验2、3
【提出实验2和实验3的实验要求
实验2：
请用1mol/L稀硫酸、Cu片、Zn片组装原电池，参照实验1，探索电解质溶液浓度与电池性能的关系。
实验3：
请用0.5mol/L稀硫酸，利用金属与稀硫酸发生置换反应为原理，用提供的电极材料组装原电池，参照实验1，探索电极材料与电池性能的关系。
【分析并分配实验任务】
引导：
接下来让我们将目光转移到材料上来，如：
…
【动手实验】
【要求全班倾听同学汇报】
不错，总结非常精辟，大家是否同意他们的结论？
嗯，看来，我们又有了重要经验
【播放经验总结PPT】
【汇报实验情况】
思考1、2、3
引导：
在实验1、2、3中我们都观察到一个细节：
“不管电池是否工作，锌片上都有大量的气泡产生”。
请思考，如下问题（播放思考1、2PPT）
思考1：
请结合实验1、2、3中的电极反应现象，判断：
如果按照上述原电池的结构和材料设计电池产品，其保质期会令人满意吗？
为什么?
思考2：
要提高电池产品的保质期，需要解决的关键问题是什么？
陈述：
其实科学家们很早就找到了解决方案，他们将Cu片仍然放在硫酸当中，但锌片放在另外的溶液当中。
【抽学生回答】
是H2，硫酸与锌反应得到的。
直接反应不会转化为电能。
这类电池效率不高，不实用。
关键是要隔离硫酸和锌片
【组织学生分组实验。
】
请大家按照丹尼尔电池的原理设计一个“盐桥原电池”。
我们可以利用“盐桥板”：
这个盐桥板有左右两个电极槽，中间用隔栏中填充了一种特殊的物质——土豆泥和NaCl，相当于盐桥，大家考虑好之后可以开始操作。
【动手试验】
【播放“思考3”PPT】
太好了，原来如此，又是一点收获（播放经验PPT）
不过我还有一个问题
思考3：
普通盐桥能满足我们现代社会对电池保质期的要求吗？
陈述：
“丹尼尔”盐桥电池发明之后，人们一边改进盐桥的制作工艺，一边寻找更易于隔离的电极反应物。
干电池便应运而生。
盐桥可以导电
并隔离正负极的反应物，从而延长电池的保质期。
盐桥比较脆弱。
容易损坏。
实作1
【组织实施干电池的演示】
陈述：
酸性干电池便是其中一种。
它制作简单，价格低廉，性能实用！
今天，咱们就来制做一只“精简版”的“酸性干电池”？
我们可以使用“粉末电极盒”…
设问：
1、我们使用什么做正极材料呢？
2、能不能直接用MnO2？
那采用什么材料？
陈述：
那么为了便于对比我们A组就用铜片，B组就用碳片，请大家动手实验…，我请一组同学上台展示。
追问：
MnO2能否直接与锌片接触？
那么如何处理呢？
电解质溶液又该如何投放呢？
哇！
好强的电流，灯泡终于亮起来啦！
（鼓掌）
石墨片和锌片
MnO2不能直接作为电极材料，因为它不方便连接导线。
MnO2应和正极片接触
用铜片或碳片做正极材料
“MnO2和滤纸夹在中间”？
浸湿滤纸和MnO2
【要求全班倾听同学汇报，总结】
快，请说说你们的感想！
太好了，易于隔离的电极反应物加上简化的盐桥，终于让我们成功了！
我们又有了新的经验。
【汇报实验结果】
固体电极反应物，更易实现隔离，滤纸做盐桥很方便。
【点评酸性电池的设计和制作成果。
】
引导：
同学们，你们知道吗？
刚才你们制作的正是1887年…，
今天你们也成了发明家，我希望：
以后会有更多更伟大的发明从你们手中诞生！
总结：
干电池发明以后人们继续改进盐桥的制作工艺。
如我国的南孚电池，它就采用了专用的碱性电池隔膜。
实作2
【介绍固体氧化剂电池】
在“干电池”的启发下人们陆续发现了多种优秀的固体正极反应物。
播放“常见固体电极反应物电池”PPT页
它们都是一些氧化性较强，性能稳定的好材料。
【引入空气电池】
引导：
其实自然界最丰富，最廉价的氧化剂到底是什么呢？
设问：
那自然界有没有氧气参与的原电池反应呢？
陈述：
比如钢铁的….哪种腐蚀？
但是，普通金属在空气中的腐蚀速度很慢，电流很小，并不实用，你们觉得造成电流很小的主要原因是什么呢？
对，很长一段时间，人们没能有效解决“金属—空气”电池的性能问题，直到活性碳，特别是纳米活性炭，被应用到电池的制作当中。
大家知道活性炭的特点吗?
【播放儿子制作空气电池实验视频】
对！
就是这一点！
由于时间的限制我们今天可能没有机会，让大家亲手制作一只空气电池了，我们今天也做了不少实验，正好可以轻松一下，看看我和我的儿子制作的“锌—空气电池”
【介绍空气电池的应用】
我儿子表现如何？
其实空气电池并不神秘。
但他却是当前电池家族中的明星。
我国的大型电动机车就采用了这种“锌—空气”电池。
【介绍手机锂电池】
我们生活中常用的锂离子电池也采用了较大的电极片，以及乙炔黑活性炭（也就是一种纳米材料）。
【学生抢答】
空气中的O2
金属的吸氧腐蚀
O2浓度不高，与电极的接触面积不够大。
有极大的表面积，很强的吸附性。
【观看实验视频】
太棒了
探索总结
【总结探究收获】
设问：
好了，同学们，通过今天的学习和实验，你们有哪些收获呢？
都说说看！
【播放总结页面】
陈述：
同学们，有了这些经验，大家有没有信心在未来的工作和研究中继续提升电池的性能？
点评：
很好！
很好！
……
总结陈辞：
我亲爱的同学们：
我们今天虽然只点亮了一只小灯泡，
但它就像大海里的灯塔，
能够指引我们在科学探索的道路上，
走向正确的方向！
【学生集体回答】
探索启发
【介绍电池产业的发展现状】
陈述：
同学们，这是一个电池产业方兴未艾的时代，移动电子设备的普及，带动了电池产业的发展，我国的新能源战略，更加给电池技术的研究注入强劲的动力！
“更高电压，更强电流”
就是研究电池的技术理念！
然而，除了技术性能，我们更应该关注电池产品的综合性能。
倾听
【组织讨论】
引导：
请看如下数据…..
相对于我国飞速发展的电池生产规模，我们的废旧电池回收意识和服务却严重不足，大量废旧电池被随意丢弃。
陈述：
任意丢弃的电池就像….
一粒电池就能让一平方米的土地…..
如果，我们还不赶紧行动起来，这些废旧电池的污染物，早晚会进入我们的饭碗，进入我们的茶杯，进入我们的血液，进入我们的骨髓…
那么，以后我们面对废旧电池该怎么办？
对！
立刻行动起来！
树立环保意识！
回收废旧电池！
创造环保电池！
集体回答：
回收
【介绍氢氧燃料电池】
陈述：
可喜的是，既性能强劲，又环保的电池，已经来到我们身边！
它就是氢氧燃料电池！
它既是先进技术的结晶，也是环保理念的体现。
【结束】
最后：
请大家一定记住：
有环保才有技术的生命，有环保才有我们的生命！
更希望大家做到：
技能手中握，环保心中留
鼓掌
【布置作业】
五．板书设计
探索提升电池性能的一般途径
一、方向：
更高的电压，更强的电流
二、影响电池性能的常见因素
电极材料、电极间距离、电池结构……
三、实验探究
实验1：
略
实验2：
1、电极片尽量靠近（但不能短路）。
2、电解质溶液浓度：
0.5mol/L—>1mol/L
3、与实验1对比电压和电流数据。
实验3：
1、原理：
X+2H+=X2++H2↑
2、负极：
Zn或Fe（还原性有差异）
正极：
Cu或C（活泼性有差异）
3、固定正极（Cu）不变：
Cu—ZnCu—Fe
4、固定负极（Zn）不变：
Cu—ZnC—Zn
实验4：
略
总结：
电池的综合性能包括：
技术性能和环保性能
六．教学反思
1.教学理念的反思
开放式教学，渊源于科恩1969年创建的以题目为中心的“课堂讨论模型”和“开放课堂模型”——人本主义的教学理论模型；同时，还渊源于斯皮罗1992年创建的“随机通达教学”和“情景性教学”——建构主义的教学模式。
这些教学理论模型强调：
学习是学习者主动建构的内部心理表征过程，教师的角色是思想的“催化剂”与“助产士”。
教师不应把主要精力局限于所教的内容上，而应注意学习者的心态（即情感与动机）变化。
本设计以开放式教学为指导思想，辅助以图片展示、讨论、分析、归纳等手段，使学生体验到科学探究的基本方法，加深了对知识与技术的辩证认识，引导学生从不同角度思考问题，在不断解决问题的过程中，建构理论知识，增强分析问题、解决问题的能力。
在深入分析教材结构和知识内容的基础上，合理节选教学内容，适当拓展知识范围，并精心设计课堂活动框架，有效实现了“教师主导，学生主体”的角色平衡。
在教师和学生的活动设计上始终关注教师的“引导到位”和学生的“互动参与”。
各个环节的教学活动遵循如下的平衡关系：
2．教学内容的反思
学生在必修化学2中对于化学电源的原理和应用，已有了初步的了解，本课在电池的选材标准，性能指标，结构特点，以及反应原理方面，均有所拓展和加深。
所以本课的主要内容是：
①了解几种常见的化学电源在社会生活中的应用；②讨论电池性能的主要指标及影响因素；③通过控制变量的研究方法认识改进电池性能的基本思路；④通过了解生活中的原电池[即传统干电池（锌锰电池）、蓄电池和燃料电池]的结构与性能，进一步理解原电池的概念和原理；⑤通过引入新型电池（如锂离子电池、燃料电池等）体现化学原理和化学技术在电池的改进与创新中的作用，提升学生的科学素养与创新精神；⑥了解化学电源的发展现状与废旧电池环境污染形势，增强环保意识。
3.教学思路的反思
“开放式的教学”并不是放任教学活动的随意发展，而是要在教学活动中尊重学生的兴趣和感受，从学生的认知角度来设计教学活动。
因此，要把培养学生对化学的热爱和学习兴趣放在突出的地位，让学生自主地参与知识的获取过程，发现问题、提出问题、探究问题、讨论交流、思考实践。
在此过程中学习化学，热爱化学，思考化学，和谐地落实三维目标。
这节课的知识与技能目标固然重要，而更重要的应该侧重于落实过程与方法、情感态度和价值观目标。
为了落实三维目标，我采取的教学思路是：
围绕化学电池的发展线索（即按“原电池→盐桥湿电池→干电池→充电电池→燃料电池”的发展线索），导出大家熟悉的各种电池的产生和革新过程，分析或展示其反应原理、电极材料、结构特征、技术特色，并配合实验探究，实践制作。
既增强了学生的分析、综合、动手能力，同时又促进了对原电池原理的进一步理解。
培养学生“在实践中不断改进创新”的发展观和创新意识。
最后还安排了对废旧电池环境污染问题的讨论环节，提出“提升电池产品综合性能”的方向。
树立了学生辩证认识科学与技术的观念。
4.教学方法的反思
精心设计问题，引领学生创新。
整堂课每个教学环节，我都采取用问题去引导学生认识各类化学电池的特点及其改进创新的过程。
提供新颖科技信息，认识科技创新。
化学电池的研究日新月异，教科书中提供了“锌银电池”“锂电池”“微型燃料电池”等阅读资料，目的是帮助学生了解电池工业发展的现状和前景，激发学生开展科学研究的兴趣。
为此，我查阅了大量的有关化学电池的研制及应用的资料，筛选出汽车，飞机，航天机械等使用的新型电池的信息，向学生渗透科技创新、可持续发展、环境保护等观念。
发挥学生的主体作用，促进学生的全面发展。
以学生为主体，学生能做的，老师就不要代替。
本课给学生尽可能多的讨论、实践、创新的机会。
学生参与讨论和实践，很快就能发现各种电池的优缺点，并积极探索改进措施，分享自己改进电池的经验，教学收益丰富，效果明显。
创新实验器材，突破探究障碍。
为了在一节课上完成如下实验任务：
演示原电池的基本原理，探究多物态（片状、粉末状、气体）电极反应物的原电池反应，演示带盐桥原电池的工作原理，初步探究改进电池性能的基本途径，笔者专门设计制作了新的实验装置：
“原电池原理实验套装”，它能解决如下技术问题：
①能方便的安装、更换片状金属电极，②能方便的观察电极反应的现象，③减少电解质溶液的使用量到1mL以内，④能方便的添加电解质溶液，⑤能用同样的装置实现电极间的盐桥连接。
⑥能随时切换精确测定电池的短路电流或者空载电压，⑦能方便的改变电解质种类或者浓度，⑧能灵活改变电极之间的距离，⑨能放置粉末状药品作为电极反应物，⑩能容纳或吸附气体物质作为电极反应物。
能在较低电压和较强电流时（约0.6V，50mA）带动小型用电设备工作，增加实验趣味性。
装置原型如图：
为了满足相关实验的开展还准备了若干附件，如：
盐桥板，粉末电极盒
上述实验套装，操作简便，演示内容丰富，适合在原电池实验教学中推广使用，笔者亲自动手设计组装，配置了一个教学班的分组实验器材，用于课程教学和学生科技创新实验活动，效果理想。
主要参考文献
[1]化学课程教材研究中心普通高中化学课程标准[M]人民教育出版社2004
[2]化学课程教材研究中心普通高中课程标准实验教科书（化学1-2，选修1-6）[M]人民教育出版社2004
[3]王金良,马扣祥.化学电源科普知识[J].电池工业,2000,（4）
[4]夏熙.中国化学电源五十年
（1）-锌/二氧化锰[J].电池,1999,（5）
[5]肖晓军,高剑南.几种发展中的化学电源简介[J].知识介绍,1999,（7）
[6]曹云平.锂离子蓄电池的进展[J].化工纵横,2000,（11）
[7]夏熙.纳米微粒作为电池活性材料的前景[J].电池,1998,（6）
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