从原电池的构成实验教学看化学学科核心素养

王会玲

摘要：本文以原电池的构成实验教学为例，从“意外发现”“网络话题”“创新设计”“微观探析”等方面，阐述了教师以发展学生化学学科核心素养为本转变教学模式的几点体会。

关键词：原电池;素养;实验;创新;有机电池

化学学科核心素养（下文简称“素养”）的提出既为人才培养指明了方向，也对化学教师的专业素养提出了高要求[1]。下面从原电池的构成实验教学案例，谈一点自己的教学心得。

一、充分认识化学实验对发展素养的独特功能

实验室里，学生按照老师提供的实验材料，根据图片（图1-1，图1-2和图1-3）探究构成原电池的条件。

学生进行将装置图1-3中的硫酸换成酒精、铜片换成碳棒、电极都换成锌片等系列实验操作，观察检流计指针的变化。这是经受过多次检验、一切实验现象都在教师预料之中的常规实验，很快，师生达成了关于构成原电池条件的共识。一堂圆满达到教学目标的探究课即将伴随着下课铃声谢幕时，有学生突然说，“我发现把锌片与铜片连接插入稀硫酸，温度升高了！”听他这样说，我一时无法应对。说实话，我也从来没有注意过这一现象。一转念，既然都有疑问，为何不共同探究这一问题呢？

于是我给每组补发一支温度计，学生们完成如图（图1-4，图1-5）甲、乙两组实验。

实验结果是：室内温度为19℃时，甲的温度可达到27℃，乙的温度达到了31℃。

学生从能量守恒的角度很快得出如下分析：从产生气泡的多少可定性地看出，乙因构成原电池，其反应速率比甲快，即单位时间内参与反应的锌更多，能量转化得更多。由甲与乙温度示数对比，可说明乙是将化学能转化为电能的装置，但有一部分化学能转化为了热能，且化学能转化为电能的效率较低。

二、学生自主探究式实验教学的开展，是培养学生创新意识的绝佳契机

在原电池探究式实验教学课程结束后，有学生提出，想再到实验室重新做一下实验。我联系了实验老师，实验教师表示，因为实验材料已回收，需要学生填写实验材料申请单，自行完成实验。几天后，学生找到我，说他对该实验有个新想法，可以简化实验操作，并递交了一张手绘图。从图示看，他的想法虽然稚嫩了一些，但其勇于探索和创新的精神难能可贵。我鼓励他再通过多方面途径，更多地了解关于这方面的研究，再完善一下这一想法。为了能帮助到学生，我也查阅了相关文献和创新方法类的书籍。经过多次试验获得如下设计（图2-1），用于学生探究原电池的构成条件实验。

使用方法：正放时，Zn、碳棒（可用2B铅笔代替）电极与检流计串联，Zn未浸没于CuSO4溶液，未构成闭合回路，不能形成原电池;倒立时，所有电极浸没于硫酸铜溶液，两电极与电流计连接，观察电流计指针能否偏转及偏转方向，进行活动探究。

三、借助趣味实验和网络话题，养成科学态度，提高社会责任感

本校学生大多来自贫困山区，学生对此研究非常感兴趣，自发地从菜市场买来各种水果和蔬菜，开始尝试实验。

学生自主分组进行实验，近十分钟过去了，学生没有了刚进实验室的兴奋，而是垂头丧气地看着实验台上散落的水果和蔬菜。我问学生：“灯泡为什么没有亮？”学生回答：“电流不够强，没有达到灯泡的电功率吧。”

经过调整，我们拟定了这一方案：猜测→设计验证方案→实验→讨论→总结。在这一思路的指导下，我们开始分组进行探究活动。最后，大家用手里的材料联结成一个串联电路，结合实验结论，采取了系列改进措施，一起完成了有机电池发电任务。大家感慨，若是按照目前的方法制造土豆电池，改善贫困地区电力不足的问题，尚需继续深入研究。

通过本次活动探究，我发现学生在化学实验过程中遇到问题时，总是局限于化学学科范畴内进行解释，不能自主结合物理等其他学科知识进行思考。从表面看，这是由于学生缺乏知识迁移的能力，实际上，是教师平时教学只注重本学科，不重視学科间联系的结果。

四、从宏观和微观相结合的视角分析，促进学生化学学习方式的转变

电化学中，电子的流向问题是原理分析的关键点。为了让学生将电子的移动方向与离子的移动方向的知识点识记下来，教师总结出“出负入正，阳正阴负”等口诀，虽然由此降低了记忆的难度，但是，失去了学生参与“微观探析”的机会。

[知识回顾]化合物的导电是依靠阴阳离子移动，单质导电（如金属单质及石墨等）依靠自由电子移动。

[知识点链接]学生比较熟悉钠的原子结构，以金属钠为例，学生需要了解金属键及金属的构成[2]。钠原子失去最外层的1个电子，形成Na+，“失去”的外层电子不固定于该钠原子位置，而是为整个金属钠所共有且自由运动，称之为“自由电子”，这些自由电子与全部Na+形成的相互作用被称之为金属键。因此，金属由金属阳离子和自由电子构成。

[电子来源]原电池Zn|H2SO4|Cu中，锌片上的Zn2+与其自由电子被金属键所束缚，铜上的Cu2+与自由电子形成金属键。

[电子的流向]当锌片与铜片连接时，它们的自由电子都有流出的倾向，稀硫酸电解质溶液决定了锌片上的电子比铜片上的更容易流出，相当于铜片上的电子不流出，而锌片上电子流向了铜片。因此，锌片上少了自由电子（e-），其上的Zn2+从表面脱离进入溶液，维持金属的电中性;铜片上有了多余的负电荷，吸引溶液中的阳离子如Zn2+和H+，Zn2+和H+相比较，H+的得电子能力强于Zn2+，则H++e-→H，产生的H原子两两结合变成氢分子，氢分子聚集形成氢气，再以气泡的形式从铜片表面逸出。

通过对金属结构的了解，学生结合得失电子能力和异种电荷相互吸引的知识，既能够根据宏观实验现象探析微观变化，也转变了机械记忆学习化学的方式，积极建构学习新模式。

五、结语

对于原电池的构成这类常规实验，在从教多年的教师眼里往往存在着惯性视角：实验操作、结论已是定论，教学组织程序、功能认识几乎成型，这种惯性思维不利于培养学生的化学学科的素养。因此，需要教师从核心素养培养的角度来审视实验的教学功能，使常规实验焕发出潜在的教学价值。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.

[2]王磊.物质结构与性质（化学选修）[M].山东科学技术出版社，2011.