学科核心素养导向下的“化学反应与电能”教学实践

刘一柱

课堂是培养和发展学生学科核心素养的主阵地。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》提出：“倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。”本文以必修二“化学反应与电能”，阐述基于情境和问题的互动探究式教学实践。

一、教学设计思路

“化学反应与电能”主要包括化学能与电能的间接转化和直接转化，间接转化涉及化学反应的能量变化本质，直接转化侧重于原电池工作原理学习，学习内容与生产生活实际相关。因此，在教学设计上将情境设置系列化，突出学生主动学习，将宏观现象和微观分析联系起来，将知识、技能和方法有机结合，渗透化学表征能力、实验与探究能力、化学方法和分析能力、化学信息处理能力、发现与提出问题能力、证据推理与论证能力、模型认知能力的培养。

根据学习要求和内容特点，采用情境设置、问题驱动、主体活动和学习内容融合并行的教学组织方式（见右上表），横向基于情境和问题导向，实现学习主体的驱动，纵向环环相扣、层层递进，引导学习目标达成。

二、教学实施和策略

1. 新课引入

以《普通的改变，将改变普通》视频进行新课引入，然后转入课堂小测，在后续教学过程中用相关内容进行衔接和印证。一是从发展史中感悟，通过介绍1780年伽伐尼的青蛙解剖实验到1799年“伏特电堆”，再到1836年的丹尼尔电池的发展简史，让学生从中领悟改变。二是在分组实验中感悟，完成水果电池实验后，对实验过程中的不足进行反思和讨论，如实验准备、小组合作和实验操作的存在问题，商定改进的策略，再进行原电池实验，协商之后再实验，连贯性和效率有明显改善。三是从实验设计中感悟，原电池实验设计中看似简单的改变，巧妙地将氧化反应和还原反应在不同电极发生，从实验①、实验②、实验③的对比（如图1所示）感悟改变，体会创新的魅力。

2. 任务驱动

围绕学生的最近发展区，设置多种情景，引导学生建立知识间的关联，提供展示、讨论、交流的机会和时间，调动学生共同参与的兴趣和热情。

课堂小测：完成化学反应方程式“Zn+ + H2SO4-”，并标注电子转移的情况。以分析反应的电子转移情况导入，引导学生衔接新旧知识，形成“电子转移”与“电流”的初步联系，为新内容学习做准备。与学科核心素养“宏观辨识与微观探析”相关。

通过设置8个不同问题的讨论、交流形成驱动任务，通过教师适时引导和鼓励，养成主动学习和乐于参与的习惯，让学生在思考、分享和点评中体会学习的收获和成功，感受化学的魅力。

3. 逻辑推理

在情境问题中引导进行理性思考，将发现与提出问题能力、证据推理与论证能力的培养渗透到学习过程中。

采用剪辑的动画为情境，内容为将手机连接充电线，充电线插头端插入苹果中，加入汽水后，手机屏亮起。惊奇之余，不少学生迅速表示怀疑并引发议论，由此归纳出这种情况下的两种对策：进行实验验证和寻找理论依据。

教师在肯定学生敢于质疑、不轻信虚假信息的务实态度和科学精神，发挥新情境作用的基础上，引导学生借鉴其连接方式，迁移到水果电池的设计和实验。渗透学科核心素养“科学精神与社会责任”的教学。

水果电池实验贴近学生对装置设计的推理思维，课堂教学中，学生能注意到水果中未知的化学反应，提出水果电池产生的电能是否来自化学能的质疑，再通过讨论推理找到缩小范围，改用“某一具体化学反应”替代水果中的“未知反應”的方法，实现了分析环环相扣，讨论逐渐深入，通过证据推理得出铜锌原电池实验的模型，形成一条合理的证据链，完成原电池装置设计的论证。

4. 知识运用

结合阅读和实验探究等活动，让学生在主动学习中熟练信息处理、科学探究的方法和技能，这是本课时在培养和发展“实验探究与创新意识”“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等学科核心素养中重要的一环。

师：请用1分钟时间阅读教材36页第一、二自然段，并进行分享。

（要求：分享时不能看书，其他同学对照教材进行评价）

生A：汽车通过汽油燃烧产生热能，热能通过轮机转化为机械能，再通过发电机转化为电能，为汽车供电。

生B：一些东西通过化学反应，由化学能转化为其他的能量，氧化还原反应是关键。

同学评价：（略）

师：虽然同学们都认为两位同学讲得不够准确和完整，不妨对比一下，如果由你来分享，哪些地方要改进？下面请大家再阅读一次，注意阅读与思考同步，注意关键词以及信息的获取、记忆、理解和归纳。

生A：（第二次分享）火力发电是化石燃烧反应产生热能，热能推动蒸汽轮机转化为机械能，再带动发电机转化为电能。化石能源发生化学反应，化学能转化为热能。

生B：（补充）我觉得还有火力发电时化石能源的燃烧很关键，发生了氧化还原反应。

师：两位同学的前后两次分享对比，阅读的效果有了进步，普通的改变有了效果，但阅读能力还存在明显的短板，要多加练习信息处理技巧。比如刚才同学的分享中没提到两个要点：一是电力生产量构成，日常使用的电能主要来自火力发电;二是火力发电是化学能间接转化为电能。那么，可不可以实现彼此间直接转化呢？

以上学习过程采用连续二次阅读和分享的效果对比，给学生带来内心的触动。又如，通过让学生从“化学能直接转化为电能”的探究过程中，领悟化学探究方法，具体见图2。

学生在完成原电池探究实验后，结合装置图和现象进行证据推理：①电流表指针偏转，可知装置形成了回路，从电流表指针偏转方向可知，电流通过导线由铜片流向锌片，因此电子是由锌片流向铜片;②由第一步可推出锌片为负极，是电子流出的极;③由第一步可推出铜片为正极，是电子流入的极;④锌片不断溶解，可知锌失去电子，发生氧化反应，变为锌离子，进入溶液，电子流向见第一步和第二步;⑤铜片表面有气泡产生，经验证气体是氢气，可知溶液中的氢离子在铜片得到电子，产生氢气，发生还原反应。具体见图3。

上述推理过程结合已学的物理知识以及宏观和微观的联系，学生逐步推理论证原电池的结构和工作原理，消除认知障碍，认识化学能直接转化为电能的方法，学会证据推理的方法和技巧。

责任编辑 韦英哲A7614627-9AF0-4AF6-B860-901C9EA63E99