基于证据推理与模型认知的整合教学设计

张新勇

摘 要：化学课程分模块教学，模块间的脱节之处比较多，整合教学资源，创造性使用教材是化学教学的要求。将必修2的“化学能转化为电能”与选修《化学反应原理》的“原电池的工作原理”进行整合教学，形成解决原电池问题的一般思路与方法，有利于促进学生“证据推理与模型认知”素养的发展。

关键词：原电池;整合教学设计;证据推理与模型认知

一、整合思路分析

原电池的工作原理是发展学生“证据推理与模型认知”的重要载体。苏教版必修2的“化学能转化为电能”以锌铜单液电池为例让学生建立最简单的原电池模型认知，并通过证据推理让学生初步认识原电池的工作原理。苏教版选修《化学反应原理》的“原电池的工作原理”以带盐桥的锌铜双液电池为例发展学生的原电池模型认知，提升学生对原电池的工作原理的认识。但是，学生在必修2的学习过程中，由于单液电池的特点，产生诸多疑问，如：Zn片表面为什么有气泡产生？原电池两极材料的活泼性一定要不相同吗？在学习选修《化学反应原理》时，由于时间跨度较长，已学内容遗忘率高，教师往往先将必修2的单液电池复习一遍，再引入双液电池，一方面占用了课时，另一方面将单液电池模型和双液电池模型分开教学，造成知识凌乱，不利于建立统一的原电池模型认知。

为此，我们将苏教版必修2的“化学能转化为电能”与苏教版选修《化学反应原理》的“原电池的工作原理”整合成一个教学课时，以双液电池模型为例让学生认识原电池的工作原理和构成条件，再指导学生应用原电池的构成条件认识单液电池模型并比较两种模型的优缺点。通过知识应用帮助学生建立原电池的工作原理、形成条件及其相互关系的本质认识，形成解决原电池问题的一般思路和方法，从而促进学生“证据推理与模型认知”这一核心素养的提升。

二、整合教学设计

环节1：创设情境，引入新课

【情境素材】各种化学电源，电子产品图片。

【问题1】通过练习认识化学电源是如何产生电的。

（1）氧化还原反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，请写出还原剂发生的半反应、氧化剂发生的半反应。（2）回顾电流的定义，如何让电子形成电流？

【总结】Zn-2e-=Zn2+;Cu2++2e-=Cu。如果还原剂失去的电子通过导线传递给氧化剂，电子在导线上定向移动形成电流，就产生了电。

环节2：分析概括，初建模型

【实验1】Zn棒插入到CuSO4溶液中。

分析：Zn与Cu2+直接发生化学反应，Zn失去的电子直接传递给Cu2+，放出热量，化学能转化为热能。

【实验2】带盐桥的锌铜双液电池。

【提供资料】盐桥中通常装有含KCl飽和溶液的琼脂，离子在盐桥中能移动。

【实验现象】灵敏电流计指针偏转。

【问题2】（1）灵敏电流计指针偏转，可以推出哪些结论？（2）体系中的四种物质（Zn、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、Cu），哪些物质之间可能发生氧化还原反应？指出还原剂发生的半反应、氧化剂发生的半反应。

引导学生从氧化还原反应角度分析原电池的反应，帮助学生构建书写两极反应式的一般思路。进一步分析：Zn失去电子生成Zn2+，虽然Zn与ZnSO4溶液直接接触，但是二者之间不能发生反应，即Zn失去的电子不能直接传递给Zn2+，失去的电子通过导线到达Cu棒的表面，在Cu棒的表面电子与CuSO4溶液中的Cu2+接触，Cu2+得电子生成Cu。

【实验3】在实验2的装置中取出盐桥。

【实验现象】灵敏电流计指针不偏转。

指出盐桥的作用：保持两溶液呈电中性;形成闭合回路。

【总结】原电池的工作原理：（1）定义;（2）能量转化;（3）两极名称;（4）两极反应式;（5）导线上电子流向;（6）盐桥中离子移向。

【问题3】请思考以下问题：（1）导线的作用是什么;（2）Zn棒的作用是什么;（3）Cu棒的作用是什么;（4）CuSO4溶液的作用是什么;（5）ZnSO4溶液的作用是什么;（6）盐桥的作用是什么。

通过以上问题帮助学生总结带盐桥的双液电池中各个部分的作用，为引导学生总结原电池的一般构成条件作铺垫。

【问题4】请总结原电池的构成条件？

【总结】原电池的构成条件：1、自发进行的氧化还原反应;2、形成闭合回路;3、两个电极;4、自由移动的离子。

环节3：整合应用，完善模型

【实验4】锌铜单液电池。

【问题5】请根据原电池的构成条件和工作原理分析此装置能产生电流的原理？

【问题6】Zn棒表面有少量气泡产生的原因可能是什么？

分析：（1）一方面Zn与稀硫酸直接接触，部分Zn失去的电子在Zn棒表面被溶液中的H+直接获得，在Zn棒表面产生气泡，化学能转化为热能。（2）另一方面由于Zn比Cu活泼，部分Zn失去的电子通过导线传递到Cu棒的表面，溶液中的H+在Cu棒表面得电子产生氢气，化学能转化为电能。（3）在相同时间内，Cu棒表面产生的气泡比Zn棒表面产生的气泡多，说明原电池反应的速率比普通反应速率快。

【问题7】跟单液电池比较，带盐桥的双液电池有哪些优点？

双液电池的能量转化率更高、能产生持续稳定的电流。

【实验5】将实验4的Cu棒改为Zn棒。

灵敏电流计指针不偏转。两极的Zn棒都参加反应失去电子，两极的Zn棒失电子能力相同，电子无法通过导线从一极流向另一极，不能产生电流，不能构成原电池。

【强调】（1）当电极本身参加反应时，如果两极材料相同，不能构成原电池。（2）当电极本身不参加反应时，两极材料相同或不相同，都可能构成原电池。