数字化实验在原电池课堂教学中的应用

常娟

摘要：将数字化实验与传统实验相结合应用于“原电池”的课堂教学。使用发光二极管让学生直观感知电流产生;用传统实验视频让学生清晰看到铜锌原电池铜片上的气泡，理解原电池原理;用电压传感器分别测定不同数量水果电池串联时的电压，用电流传感器测定干电池产生的电流，用电压传感器检测电极间距、电极插入水果的深度等对电压产生的影响，让学生深入探究和理解原电池原理和影响因素。

关键词：数字化实验;原电池;课堂教学;教学设计

文章编号：1008-0546（2020）02-0087-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.028

一、教學内容分析

原电池实验源于人教版必修2第二章第二节的教学内容，是本节教材的重要实验。原电池原理是电化学部分重要的基础知识，是选修4电化学学习的铺垫。本节教学内容抽象，学生学习很困难。如何将抽象的内容形象化，激发学生的学习兴趣并唤起学生学习的内在驱动力？笔者将教材中的传统实验作了改进，引入了发光二极管，通过这种改进学生能直观地体验到化学能转变为电能。笔者将传统实验与数字化实验融合，引入了电压传感器和电流传感器分别测定原电池电压的变化和电流的变化。通过曲线的变化让学生实时、准确、直观地捕捉到原电池发生的动态的变化，这是传统的实验手段体现不了的。实验改进后更有效地让学生体验原电池的构成条件，理解并掌握原电池的工作原理，初步形成原电池的概念，并能够写出电极反应式和电池反应方程式。

二、教学过程设计

1.教学目标

①通过实验探究认识原电池的工作原理和构成条件，初步形成原电池概念;能够写出电极反应式和电池反应方程式;训练学生的实验操作技能。

②通过情境创设，学生进行实验探究。帮助学生自主构建原电池概念，理解和掌握原电池原理;通过实验，体验科学探究的过程，初步养成科学探究的能力。

③通过探究化学能转变为电能的奥秘，获得成就感提高学生学习化学的内在驱动力;通过原电池发展史体验科学探究的艰辛与喜悦，赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。

2.教学过程

本节课以实验展示贯穿始终。

实验设计1：

【情境引入】展示一张会发光和唱歌的生日贺卡，卸掉一颗纽扣电池，连接上自制的水果电池，如图1。

设计意图：以生活中现有的素材入手引入自制的原电池，唤起学生好奇心。为接下来的学习作一个好的铺垫。

实验设计2：

【视频展示】课堂教学中考虑到时间的因素，传统的实验采取了事先录制视频的形式。笔者所在学校教室都安装了白板，视频播放效果较好。图2和图3分别是两个视频中的图片。通过观察和画面定格学生观察到图2视频中锌片和铜片上都有大量气泡冒出，根据已学知识学生能分析出是氢气。图3视频中观察到发光二极管亮了，且可以发出三种颜色的光，学生一下子就能分析出产生电了。在老师的引导下学生体会到原电池是将化学能转变成电能的装置，原电池工作原理：

实验设计3：

【学生探究实验】引导学生四人一组自主探究构成原电池的要素。提供给学生的材料有：小番茄、白醋、无水乙醇、蒸馏水、锌片、铜片、碳棒、导线、发光二极管、烧杯。探究图片如图4、图5。

探究完实验后请学生归纳构成原电池的要素。

设计意图：给学生一个动手的机会，讨论交流的平台、思考的空间，更有利于抽象思维的发展，更有利于培养学生发散思维，更有利于将抽象的知识内化。

思考与探究：影响灯泡发光时间长短的因素有哪些？

实验设计4：

【课堂演示实验】数字化实验演示水果电池与简易电池电压、电流的变化（图6-11）。

【学生课后拓展研究】不同电极材料、不同水果、各种蔬菜构成原电池时发电情况。

白板课件展示原电池发展简史。

设计意图：让学生了解科学发展的曲折与艰辛，体会人类的智慧与伟大，培养科学自豪感与成就感。

三、教学反思

本节课得以顺利开展的前提是：笔者所在学校教室安装了白板，学校成立了数字化实验社团，这些都为数字化实验引入课堂提供了支持。

本节课引入课题时使用了贺卡，现场演示时因为离学生距离较远，学生观察时没有预期的教学效果，建议此处改为视频演示效果更好。教材中的实验设计原电池的正负极间接入电流表来验证产生了电流，笔者作了一些改进，将电流表换成了发光二极管，更贴近学生的生活体验，更能唤起学生的成就感、兴趣和内在驱动力。因为一个原电池产生的电压太小，不足以使发光二极管亮，所以笔者设计了3个原电池串联，使用稀硫酸作电解质溶液时，学生能明显观察到灯泡由亮到暗的全过程。为什么1个原电池发光二极管不亮，3个原电池串联才亮？受什么因素影响？传统的实验手段我们只能看到最终的结果，不能直观体验原因，笔者引入了电压传感器分别测定了1个原电池产生的电压，2个原电池串联时产生的电压，3个原电池串联时产生的电压。数据显示串联的电池越多，电压等倍数增加，学生体会到了数字化实验直观、定量的优势。这对于原电池在生活中的应用起到启示作用。使用稀硫酸作电解质溶液时，灯泡很快熄灭，电压传感器和电流传感器检测到电压和电流逐渐减弱的过程。而使用白醋和水果作电解质溶液时灯泡可以亮很长时间，电压传感器和电流传感器检测到电压和电流一直保持稳定。社团活动中我们用三个圣女果串联的3个水果电池可以使发光二极管亮五天五夜。同时我们用电压传感器和电流传感器检测使用过的干电池发现，电压和电流始终保持稳定的数据。验证了同学们心中的猜测，原电池在生活中应用时需要保持稳定的电压和电流。从而衍生出同学们的好奇心：怎么样才能保持稳定的电压和电流呢？为高二选修四电化学的学习提供铺垫和动力。接着笔者设计实验探究影响电压大小的因素，数字化实验给了同学们直观、实时、准确、灵敏的体验。开阔了学生的视野，拓宽了学生科学研究的思路。

因为时间的限制，课堂上没有深入探究更多的变量变化带来的结果，笔者建议可以在课后小组活动或社团活动中开展。