电化学反应原理问题解决路径案例探究

◇ 山东 郑洪勇

(作者单位:山东省济南市章丘区第五中学)

电化学是高中化学教学的重点和难点之一,也是高考必考内容.它包括氧化还原反应和能量转化等内容,要求学生在掌握基础知识的基础上提高多方面的化学核心素养.笔者在教学实践中,着重对电化学反应原理问题的解决路径进行了深入探讨,目的在于充分体现学生学习的主体地位,将本部分内容涉及的基本概念、原理、能量转化等知识互相联系起来,在学生的头脑中构建起知识网络,由此提高学生分析问题和解决问题的能力.下面以电化学中的原电池和电解池这两部分内容的教学案例分析为例,对如何培养学生解决实际问题的能力进行探究.

1 原电池的反应原理探究案例分析

在进行原电池的反应原理教学时遵循了“创设情境—提出问题—小组探讨—解决问题—纠正问题—加以改进—实施教学”这样一个教学思路.

1.1 创设情境

通过视频动画,创设以下问题情境:一个可爱的“西红柿”欢快地出现了,将左手拿着的铜片插入西红柿的左上边,右手拿着的锌片插入西红柿的右上边,这时,连接在铜片和锌片之间的音乐贺卡将会……(画面上出现了一个问题:音乐会响起来吗?)此时画面暂停播放.留下一个很大的悬念,激发出学生的好奇心,学生也在快速地思考着,课堂气氛非常活跃.有的学生说音乐贺卡会响,也有的说不会响.通过此情境的创设使学生对接下来的学习任务充满了期待.

1.2 提出问题

稍事停顿后,继续播放刚才暂停的画面,优美的音乐回荡在教室中,回答正确的学生会心一笑.接着,教师又将问题顺势推进了一步:贺卡音乐为什么会响起来? 这其中蕴含了什么化学原理? 支撑贺卡响起来的电能来自哪里? 随后让学生开展小组探究,设计实验,并通过实验来验证自己的猜想.

1.3 解决问题

小组探究完后,教师将学生的方案进行总结和提炼.

方案1:将西红柿切成两半,随后将锌片插在其中一半的西红柿内,将铜片插在另一半内,这时用电流表测定连接锌片和铜片的导线内是否有电流通过.

方案2:将锌片和铜片完全插入同一个完整的西红柿内,继续用电流表测定连接锌片和铜片的导线内是否有电流通过.

在小组探究过程中,教师发现学生普遍存在以下疑惑:在以上两个设计的原电池方案中,不明白应该是用铜片作负极还是用锌片作负极.相当多的学生认为活泼的金属作负极,不活泼的金属作正极,在本实验中,锌片比铜片活泼性强,所以锌片是负极,铜片是正极.这时,教师将电解质溶液改为NaOH 溶液,用镁、铝分别作电极,让学生继续进行实验.经过探究,学生认识到铝在NaOH 溶液中比镁更容易失电子,所以铝作负极,镁作正极.通过这样改变电解质溶液和金属材料,学生明白了这一电极设计原理,进一步对有关原电池的概念和相关知识理解得更加透彻,并在此过程中提高了分析问题和解决问题的能力.

1.4 总结反思

在本节课中,通过创设情境设置悬念,激发学生的好奇心,引发学生认知上的冲突,然后让学生自己动手实验,自主地完成相关探究,在探究中遇到困惑或错误的问题,再在教师有目的的引导下重新实验,获得验证,顺利完成了教学目标,提高了学生学习和探究的能力.

2 电解池的反应原理探究案例分析

2.1 创设情境

在学习电解池反应原理时同样采用了以上的教学思路.首先让学生对原电池的构成条件以及原电池的正负极判断、能量转化等内容进行回忆,目的在于为化学原理的问题解决路径做好铺垫.

2.2 提出问题

演示实验:在含有CuCl2溶液的电解槽中插入两根碳棒,2min后没有现象发生;随后,用导线将两根碳棒连接,2 min后取出,仍然未发现有新物质的产生;最后,将其中一根碳棒与电源的正极连接,另一根碳棒与负极连接,接通电源片刻,发现在其中一根碳棒上覆盖了一层紫红色物质,在另一个碳棒表面有小气泡产生,并能闻到刺激性气味,用湿润的碘化钾淀粉试纸检验后试纸变蓝,说明该气体为氯气.实验演示完毕,提出问题:本实验展示了什么过程? 为什么溶液会在电流作用下转化成铜和氯气呢?

2.3 解决问题

学生经过小组讨论认为,CuCl2溶液中发生反应2Cl－－2e－＝Cl2↑,另一根碳棒上生成的是Cu,即Cu2＋＋2e－＝Cu.这时问题来了,学生对阴、阳极的区分存在迷惑.在此课堂教学环境下,教师及时对预设的教学设计进行了调整,先在黑板上板书:与电源正极相连的就是电解池的阳极,而与电源负极相连的就是电解池的阴极.然后再通电进行演示,予以验证:阳极发生了氧化反应2Cl－－2e－＝Cl2,阴极发生了还原反应Cu2＋＋2e－＝Cu.并进一步引导学生理解:电流将氯化铜溶液电解,离子进行移动后发生氧化还原反应,最后形成新的物质,这就将电能转化成了化学能.因而,电解池的原理就是使电流通过电解质溶液在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程,电解池是将电能转化成化学能的装置.而电解池的构成条件是要具备两个电极和电解质,外加直流电源形成闭合回路后,促使离子的移动,在这个过程中要根据氧化性和还原性的强弱来确定离子的放电顺序.

2.4 总结反思

当学生出现思维障碍时,教师及时调整了教学思路,经过对比,让学生从比较中不断反思和总结,启发了学生的思维,鼓励他们勇于发表自己的见解,调整和优化知识结构,从而提高了学生的逻辑思维能力.

学习化学对学生的人生发展具有十分重要的作用,并可能对学生以后的生活产生重大的影响.学习化学知识的基础是掌握化学原理,只有掌握了化学原理,才能在化学实验中保证思维清晰、逻辑严密.但教师在教学中发现,化学原理的相关知识是学生学习的一个难点,尤其是电化学原理,只有让学生理解了知识,才能将遇到的实际问题顺利解决.所以,在讲授这部分内容时,一定要了解学情,在学生知识结构的“最近发展区”逐渐延伸,遵循认知规律,设计出有效的教学方案,通过激发学生学习的主动性和积极性,鼓励学生通过自己设计实验,对遇到的问题进行探究,在探究中寻找解决问题的途径,从而扎实地掌握这一教学难点,为后续学习及解决实际问题奠定坚实的基础.另外,教师还需注重培养学生的学习能力和思维能力,让学生能够结合生活经验及所做的实验进行深入思考,将化学知识、实际问题、生活实践紧密地结合起来,不断强化学生的自信心,提高学生的综合技能.

因此,教师要准确把握和了解学生在课堂学习中存在的思维障碍,运用贴合学生认知规律的教学方法,启发学生主动思维,引导学生在“反思、总结、再反思、理解”的思维循环中掌握知识,调动学生学习的积极性,通过自主实验、启发引导等教学手段,最终找到解题的途径,促进高中学生化学学习能力的提高.