以知识结构化复习发展学科核心素养
2019-10-21蓝伟华
蓝伟华
【摘要】 以知识结构化复习为抓手，开展高三化学有效复习的教学，要求重视知识形成，知识由繁杂变成简化概括，培养“微观探析”素养，强化知识应用，发展“模型认知”。再基于“模型认知”，创设情境训练，优化学生思维品质，培养综合分析能力和创新意识。
【关键词】 知识结构化 学科核心素养 原电池
【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2019）05-118-02
知识结构化是把所学的知识要素按其相互作用、相互联系的方式和秩序组合起来，使知识由繁杂变成简化概括。作为一线教师，要使学生对知识的体系和结构产生形象化的感觉和认识，便于学习记忆。我选择了在高三化学复习教学中，以“新课标”为指导，探索促进知识结构化的高三化学复习，发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等学科核心素养，突显学科本质和育人价值。下面结合高三“原电池”复习谈谈自己的教学实践，为高三进行有效化学复习教学提供参考与借鉴。
一、重视知识形成，培养“微观探析”的素养
利用铜—锌双液原电池的复习，从能量转换和氧化还原反应的视角，对原电池工作原理进行分析，具体理清：构成要素、电极判断、电子流向、阴阳离子迁移、电极反应。
建立学习模型，把原电池的工作原理和形成要素，归纳概括为：“1234”，即一个概念、二个电极、三种流向、四个条件。引导学生理解原电池的概念和氧化还原反应的关系。二个电极判断：负极是失电子，化合价升高，发生氧化反应;正极是得电子，化合价降低，发生还原反应。三个流向：即电子流向：电子从负极流出，沿导线流入正极;电流方向：正极到负极;离子移动方向：阳离子→正极，阴离子→负极。四个原电池的构成要素：两个导体电极、电解质溶液、形成闭合电路、还有自发的氧化还原反应。
整个教学过程从看得见的电极到微观的电子流向和离子移动，按照原电池知识的逻辑关系进行知识整合，知识的形成过程往往就是一个相对完整的创造过程，蕴含着探讨问题、解决问题的思想和方法。从电子、离子水平认识原电池原理，培养学生微观探析素养。
二、强化知识应用，发展“模型认知”素养
学生理解了原电池的工作原理，从新能源的大力发展，促使各种新型化学电池的涌现，设计新的问题，如特斯拉电动汽车使用的磷酸铁锂电池，电池使用含Li+的导电固体为电解质，电池反应为：FePO4+LiLiFePO4
问题：（1）从所给的方程式和图形中能够获取哪些信息？
（2）请分析磷酸铁锂电池的放电原理：电极判断、电子流向、阴阳离子迁移、电极反应式等。
使学生回归到原电池的基本规律、原理，积极体验并建构学科知识，在知识积累的过程中提升学生信息获取、逻辑思维能力，培养“模型认知”的核心素养。
三、设计燃料电池，培养创新意识
通过问题进行实验和探究活动，如制作一个简单的燃料电池，需画出装置（包括电极、电解质溶液并标明电极反应物、电子流动方向）写出电极反应方程式。学生思考交流、设计方案，展示作品，评价优缺点。
在此基础上又提出问题：二甲醚（CH3OCH3）直接燃料电池具有启动快、能量密度高、效率好等优点，若电解质为碱性，二甲醚直接燃料电池的负极反应式如何书写？若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应式如何书写？考查学生书写陌生情境的電极反应式的能力。
当学生遇到困难时，帮助总结“四据四定”，即据元素化合价变化定得失电子数目;据反应介质定物质变化后的存在形式;据电荷守恒定补H+或者OH-，的位置和系数;据原子守恒定其余物质及系数。引导学生学习新知识，训练运用已有知识和方法综合分析化学过程，培养了学生思维的全面性和严密性。
四、基于模型认知，优化思维品质
复习中进一步追问：以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法，总结出思维模型。
1.酸性条件
总反应式：CH4+2O2===CO2+2H2O ①
正极反应式：O2+4H++4e-===2H2O②
①②×2，得负极反应式： 。
2.碱性条件
总反应式：CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O①
正极反应式：O2+2H2O+4e-===4OH- ②
①②×2，得负极反应式： 。
3.小结燃料电池电极反应式的书写模型。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，我们只要熟记以下四种情况：
（1）酸性电解液：O2+4H++4e-===2H2O
（2）碱性电解液：O2+2H2O+4e-===4OH-
（3）固体电解质（高温下能传导O2-）：O2+4e-===2O2-
（4）熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）：O2+2CO2+4e-===2CO32-
再根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式：
负极反应式=总反应式-正极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。
整个教学过程，运用化学模型解释化学现象的本质和规律，培养模型认知的核心素养。
五、创设情境训练，培养综合分析能力
近几年高考中对电化学内容的考查，逐渐倾向于以新型电池为真实情境，考查学生运用所学电化学原理。创设情境，引导学生关注生活，用真实客观存在的教学情境，训练学生运用所学知识解决实际问题。如（1）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O==Fe（OH）2+2Ni（OH）2
（2）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。
（3）银制器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在银质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。
用教学情境设计训练题，引导学生思考交流，对原有知识的回顾和新知识体系的教学有机融为一体，充分发挥教师主导和学生的主体作用，有利于提高学生的综合能力。
总之，教学不能离开知识，但不能止于知识。高考坚持知识、能力和素养的有机统一，彰显素质教育鲜明的导向。
[ 参 考 文 献 ]
[1]教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.
[2]张青杨.张括志.掌控电能绿色出行——基于培育学科核心素养的“电化学”复习教学设计[J].中学化学教学参考.2018（1-2）.15-17.
[3]杨向东.以科学探究为例看素养与知识的关系[J].基础教育课程2018（2）：89.
