运用分类观促进学生对燃料电池认知模型的构建

刘 双

(安徽省铜陵市枞阳县浮山中学 246700)

由于燃料电池有能量转换率高，排放污染物少等有点，一直是科学家研究的热点，同时由于燃料电池试题能够突出考查学生的分析问题、解决问题的能力，试题情景新颖，具有一定的难度和良好的区分度，因此原电池中的燃料电池一直是高考的热点之一.但有研究者经过探究发现对于原电池这一概念，学生存在大量的相异构想.笔者在教学中也发现，有关燃料电池的热点知识，由于受中学教学内容的限制，有些内容学生无法理解，造成认识上的模糊，而高考试题结合当今社会科技发展，试题情境新颖灵活多变；学生在日常学习过程中采取大量练习，但进步不大.有研究者认为，将分类方法应用于教学有利于培养“分类观”这一化学学科观念，并提出了具体培养路径.本文运用分类观，引导学生构建合理的认识发展模型，形成合理的思维模型，从而解决燃料电池学习过程中出现的问题.

一、燃料电池模型

燃料电池从装置维度看，即失电子场所、电子导体(导线)、离子导体、得电子场所四部分构成.如图1所示.

原理维度则以氧化还原反应为基础，两个维度有机结合，使化学能转化为电能.

二、氢氧燃料电池的分类应用

燃料电池中比较简单的电池是氢氧燃料电池.因此笔者引导学生对氢氧燃料电池进行归纳，然后拓展至其他燃料电池，符合学生认知规律，有利于学生的学习和理解.

1.电解质溶液

引导学生独立书写氢氧燃料电池在酸性、中性、碱性条件下电极反应式，找出自己错误的地方，认清错误认识的根源，形成正确合理的认识并形成思维规律.学生共同分析归纳结果见表1.

表1 氢氧燃料电池在不同介质环境中的电极反应

学生难以理解这一部分的主要原因是没抓住电极反应式的书写与电解质溶液环境有关这一关键点，没有形成反应产物与电解质溶液有关联的认识，因此搞不清反应后的书写形式.

2.质子交换膜氢氧燃料电池

质子交换膜氢氧燃料电池如图2所示.

负极室通入氢气，裂解成氢离子(H+)和电子，氢离子通过质子交换膜进入正极室.因此，氢离子、氧气在正极上放电生成水.引导学生抓住质子交换膜结构特点即只允许阳离子通过，H+通过质子交换膜进入正极室参与正极反应.具体反应如下：

3. 固体燃料电池

表2 题目解析

在理解过程中，要引导学生体会这类题目与氢氧燃料电池在酸性溶液中的差别，形成认识规律.这类电池共同特点是一个电极上产生的离子通过固体电解质到达另一个电极结合生成物质.

三、其他燃料电池的应用

通过这种燃料电池的学习，可以帮助学生形成这样的认识：变化的仅仅是燃料，形式变化，实质未变.同时对比还可以总结出两点结论：一是电极反应式的书写与介质环境有关，还与类型有关；总电池反应式的书写与介质环境也有关；二是电极反应式书写顺序是先写总反应式，再写简单电极反应式，可以通过总反应减去简单电极反应式从而得到复杂电极反应式.李依峰也总结了燃料电池反应式的书写方法：判断正、负极；确定反应过程中得失电子的微粒；分析电子的得失及数目；考虑电解质溶液中的离子是否参与反应；检查电极反应式是否配平并书写完整.

通过燃料电池的归纳总结得到启示：学生在学习的过程中要学会分类的方法，将知识进行分类，便于更好的理解从而掌握知识，同时要加强对比分析能力的培养，将知识归纳总结，分析比较，加深对知识的理解，这样学习才会事半功倍.王鹏等人经过实证研究也发现，基于分类观的教学有利于无机物知识的学习.因此对教师而言，引导学生构建合理的认识发展模型，注重学生思维模型的建立，注重培养学习的能力非常关键，这样才能帮助学生减轻负担，有效的提高学生的成绩.