用真实的化学促进基本观念的建构

孙成余

化学实验探究的教学要抓住两个关键要素：科学探究的本质和真实情境的创建。密切关注化学与社会生活的联系，创设真实而有意义的情境，根据学生的心理特点和具体的教学内容精心设计探究活动，有效地组织和实施探究教学，增进学生对科学探究的体验，发展学生的科学探究能力，让学生思考并交流，引导学生认识物质世界的变化规律，形成化学的基本观念。在尊重实验、理解实验、善用实验、创新实验的基础上，真正实现教与学方式的转变，达到物我互化的教学境界[1]。

以原电池原理的教学片段为例，本着遵循思维的连贯性和暴露思维过程、加强宏观世界与微观粒子之间的联系、促进基本观念形成的设计理念，在真实的情境之中，引领学生逐步掌握原电池的工作原理——电子的转移，让学生充分感受和领悟化学学科的价值，使学生在亲历中感受到直接的、具体的、丰富的实验体验，并在体验中产生情感，形成态度、观念[2]。

一、用真实的情境蕴含着化学知识——建立概念

化学知识无处不在，如何将散落于学生生活和经验之中的化学知识串联起来，使之服务于化学教学，促进和帮助学生对概念原理的理解和基本观念的建立，是体现一名化学教师基本功力的表征之一。通过化学实验将化学知识蕴含于真实而有意义的情境之中，选择和运用合适的教学方式探索解决问题的途径和方法，能够帮助学生深化对基本概念和基本原理的理解，建立起化学的视角，树立全新的价值观、发展观和科学观。

片段一：生活中的原电池

【课题引入】要想检验一节废弃的干电池是否还有余电，一般会用什么办法？

【学生回答】装入手电筒，观察灯泡是否明亮。

【教师】很好，这就是说：在闭合电路中，当有电流时灯泡就会亮起来（或者电流计指针就会偏转），这也给我们提供了一种检验电流的日常方法。

【过渡】现在我们有一套装置，不知能否产生电流？怎么办呢？

【实验探究】教师指导学生铜—锌原电池的组装并接入电流计或者灯泡。

【学生回答】灯泡亮了，有电流产生。

【教师引导】电流其实就是电子的定向流动的结果。

【教师】这种能形成电流的装置，就可以作为提供电能的电源。今天我们就要学习一类最原始的电源——原电池。

【板书】原电池的定义

设计意图：以日常生活中废弃电池的利用为切入口，将枯燥的理论知识包裹在日常生活的真实情境之中，让学生体会原电池与人类社会的密切关系，为后续的绿色化学、绿色能源的延伸埋下伏笔；通过伏打电池的电流验证，让学生直接感受到肉眼看不见的电子转移是确实存在的， 猜想原电池的原理本质是与电流（或电子）有关的。帮助学生掌握了原电池的概念，建立了能量转换的观点，初步从现象描述（灯泡变亮）到本质暗示（电子的定向流动），使学生不由自主地带着问题追根寻源，主动进入探究角色，产生强烈的探究电流产生的本质原因的认知动力。

二、用真实的思维冲突引发基本观念的建构——理解概念

问题解决的起点是思维，思维的指向是问题的解决，化学实验是化学科学的基础，能为学生提供具体、形象的感性材料，是学生理解化学概念、形成化学基本观念不可或缺的重要手段。通过创设不同的学习情境引发思维的冲突，让学生在实验中应用概念解释现象或解决问题，检验学生是否真正理解和掌握化学概念，对帮助学生理解概念原理的内涵、外延、应用等极有帮助，不仅大大拓展了学生对其理解的深度和广度，而且为学生提供了更多的实践探索和研究的机会，是学生化学基本观念的建构的重要途径之一。

片段二：原电池的本质原理

【教师】 我们透过宏观的实验现象（灯泡变亮）证明产生了电流，这种持续不断的电流是如何产生的呢？从微观的角度该如何解释？让我们动手做两组对照实验。

【教师】介绍实验方法、所需试剂，强调实验注意观察，并要求将现象记录在学案上。

【学生实验1】先将连接有灯泡（或电流计）的铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，再将铜片换成锌片重复进行上述实验，分别观察有什么现象，并把现象记录在学案的表格中。

【学生交流现象】铜片插入时灯泡不亮，铜片没有变化；锌片插入时灯泡也不亮，但锌片上有气泡产生、锌片溶解了。

【教师】为什么？

【点拨提示】师生共同回忆金属活泼性顺序，比较锌、铜的金属活动性差异。

【学生讨论解释】铜不能与硫酸反应， 锌虽然可与硫酸反应，但没有闭合电路，不能形成电流。

【教师】 很好，锌与稀硫酸的反应是氧化还原反应吗？如果是，请写出锌与稀硫酸反应的离子方程式，并画出电子转移方向与数目。

【学生实验 2 】将中间串联有灯泡（或电流计）的铜片和锌片同时平行插入烧杯中，再观察、记录实验现象。

【学生观察记录】灯泡变亮（或电流计指针偏转），锌片快速溶解但锌片上气泡少，而铜片不溶解但却出现了大量气泡。

【启发引导】锌、铜片同时插入和分别插入时所产生的现象差异很大，虽然两种情况下锌片都溶解反应了，但是产生气泡却从单一时的锌片上转移到了连接后的铜片上了，这是为什么？请大家讨论解释。

【学生讨论】教师结合上述学生板书的锌与硫酸反应的离子方程式中的电子转移方向进行指导。

【师生总结回答】根据离子方程式中的电子转移方向说明锌片失去电子，大量电子沿着导线方向从锌片上转移到铜片上， H +到 Cu 片上得到电子产生H2，所以出现了灯泡变亮、锌片溶解，铜片上产生大量气泡的现象。

【教师追问】铜片上产生气泡，是否有可能是铜在锌片的催化下与稀硫酸反应呢？

【学生回答】不可能。因为实验现象锌片溶解、铜片不溶解，证明了锌与硫酸反应了而铜与硫酸不反应；同时金属活动性顺序表中铜位于 H 后锌位于 H 前，理论上铜也不可能与稀硫酸反应；若铜片反应，则铜片就会溶解，溶液就该变蓝色，与事实不符。endprint

设计意图：从真实的问题解决的需求中体现观念建构的价值，在感性认识的基础上适时地引发思维冲突，暴露学生的思维过程，鼓励学生产生观点和问题，注意聆听并尊重学生的观点、问题和提出的证据，使教师与学生之间建立起了工作性关系，优化了教学的方式。对原电池产生电流原因的分步探究，帮助学生总结构成原电池的基本要素；通过金属活动性顺序表、氧化还原反应等知识的回顾，充分展示原电池反应的微观过程，帮助学生形成宏观现象的微观认识的方法观念，有利于发展学生对原电池概念的理解和本质的把握；通过迁移联想与类比推理等方法，帮助学生掌握电极判断、反应式的书写以及电子流向的确定，更好地理解原电池的工作原理以及装置中各部分的作用。

三、用真实的探究过程实现教与学方式的转变——形成观念

通过探究过程的真实展现，充分发挥实验的教学功能，有利于培养学生严谨的科学态度、创新精神和实践能力；有利于学生认识方式的转变（孤立要素——联系系统；静态组成——动态变化；定性——定量）；有利于学生形成认识能力（描述和说明、分析和解释、预测和证明、设计和调控）；有利于实现从低水平的探究式教学到高水平的探究式教学的转变。帮助学生对当前学习内容所反映事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间的内在联系达到较深刻的理解[3]。促进学生形成实验观、定量观、宏微结合观等化学基本观念。精心设计和组织探究活动，灵活运用启发式、探究式、讨论交流等各种教学方式，引导学生开展自主学习、探究学习和合作学习；处理好教师引导探究和学生自主探究之间的关系，以保证教学方式运用的有效性，通过高级思维将探究教学与创新能力在培养本质上建立起联系，从而将科学探究教学与创新能力培养落到实处[5]，使实验探究更富有成效。

片段三：原电池的历史变迁

【过渡】我们都知道世界上第一个电池是由伏打制作的。

【投影】伏打电池的图片。这就是公元 1800 年，科学家伏打制造出的第一个电池。他把含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出最早的电池——伏打电池（伏打电堆）。

【回顾】 从前面的学习中我们发现这种原电池存在着许多问题（重复演示前面伏打电池原理实验，灯光较暗，电压不足）。

【学生讨论】伏打电池的主要缺陷有哪些？如何解决？

【总结归纳】伏打电池主要存在的电流电压不稳定、下降快、效率低的问题。

【简介】这个问题在 1836 年由英国人丹尼尔首先想到并得到了解决，他将铜片和锌片分别浸在硫酸铜溶液和硫酸锌溶液中，用多孔陶瓷将两种溶液隔离，得到了电流和电压相对比较稳定的伏打电堆。（动态显示盐桥原电池的组成）

【思考讨论】

（1）这是由两个半电池组成的原电池，工作原理是什么？

（2）盐桥在这里起到了什么作用？

（3）为什么问题就解决了呢？

【学生活动】总结出丹尼尔电池的工作原理、盐桥的作用和该电池的优点。

【思考讨论】丹尼尔电池的结构，给了你哪些启发？

全班讨论后交流总结：

（1）只要是能自发进行的氧化还原反应，都能设计成原电池。

（2）氧化反应和还原反应可以分开在不同区域进行，再以适当方式连接，便可以获得电流。

【结论】 可见丹尼尔电池的结构揭示了原电池的本质。

【过渡】 随着原电池用途的广泛和绿色环保理念的深入，人们对电池的发展也提出了小型化、多功能化、多次循环利用、绿色环保等要求，制造出了小巧玲珑、性能优异、绿色环保的各种电池。前景看好的绿色高效的燃料电池便是其中一种。

【视频】氢氧燃料电池的制作及演示。

【思考】燃料电池有什么优点？

【思考】既然燃料电池有那么多优点，那为什么没有普及？

设计意图：在原电池的历史变迁中，让学生认识到伏打电池的历史作用以及它本身所固有的缺陷，激发学生进一步思考原电池的本质原理以及对伏打电池改进的愿望。在对丹尼尔电池工作原理的研究过程中，学生不仅深化了对原电池概念的理解、把握了原电池的本质——自发的氧化还原反应，形成了实验是化学最高法官的观点，而且固化了电子转移的微观观念，达成了宏微结合思想，在对未来的化学电源应该是怎样的思考中，激发学生学习和创新的愿望，确立了绿色环保的理念。

在科学经验的基础上用真实的情境帮助学生建立科学概念，利用实验创设恰当的“境”暴露学生思维的真实过程，通过思维的冲突激发学生的“情”，在历史的长河中引导学生积极探索，帮助学生在探究的真实过程中掌握概念、理解概念，在领会科学概念本质的前提下形成科学观念。

参考文献：

[1] 靳莹.超越器物层面 思想创新先行[J].化学教学，2014（2）：7-11.

[2] 宋心琦.化学实验教学问题[J].中学化学教学参考，2011（11）：3-6.

[3] 李爱娟.建构主义学习理论在课件开发中的指导作用[J].教学与管理（理论版），2007（11）：68-69.endprint