新课改中微型化实验在教育教学中的应用——以《电解池》为例

张 阳 孙艳涛

吉林师范大学化学学院 吉林四平 136000

化学是一门以实验为基础的科学，化学领域的各项重大发现都基于大量的化学实验。化学实验的形式有很多种，而微型实验就是其中非常有效的一种。所谓微型实验，就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学数据信息的实验方法与技术。虽然所用的化学试剂的量约为传统化学试剂的几百分之一，但其效果却准确、明显、安全、方便，并且可以防止环境污染[1]。

1 微型化实验在教学中的应用

将微型化实验引入初高中教育教学过程，可以增强学生的环保意识；微型化实验装置小型化，在实验过程中更加要求学生操作时的准确性、观察实验现象时的细致性，同时也会提高学生的安全意识，培养学生综合分析问题能力；提高学生宏观辨识、微观探析的化学学科素养。另外，教师在实验课前准备的实验试剂也会大大减量，可以减小其工作量且节约实验经费。

2 微型化实验教学案例设计——电解池原理的探究

2.1 教材分析

这节课是化学选择性必修课第4章《化学和电能》第2节《电解池》第1节课。电解池与氧化还原反应、化学反应中的物质及能量的改变有着密切的关系，是电化学的基本原理，是对原电池的一种延伸，也是人们在日常工作中使用电解原理的重要依据。它在高中化学基础理论中具有举足轻重的作用，对指导我国的工农业生产具有重要的理论基础。在了解了电解池的基本知识后，将会形成一套完整的知识体系，包括能量转换、氧化还原、电解质溶液、化合物、电池和电解槽的原理以及相关的计算知识。

2.2 学情分析

从知识的角度来看，高二的学生在必修一、必修二中，已经掌握了氧化还原反应和原电池的知识，再加上物理方面的知识，所以学习起来并不困难。

从认知的角度来看，高二的学生已经具备了一定的形象思维能力，他们的逻辑思维能力也得到了快速的发展，学生们对新的知识有着强烈的好奇心，对实验探究的热情也越来越高，但是他们的思维方式和相关的专业知识还不成熟。因此，在学习的过程中，还需要老师在一旁适时的组织和指导。

2.3 设计思路

《电解池》的相关知识是高中电化学的重点，也是高考的重要试题内容。因此，在教学中，老师要尽量将抽象化的知识具象化，让学生掌握解题的方法，让他们在解题的时候，更容易地解决问题，形成自己的解题思路。在整体的设计上从趣味性微型化实验—黑笔写红字入手，通过学生思考、小组讨论引入新知，教师在教学过程中的讲课顺序为电解池的概念、电解的本质、电解池构成条件、两极及对应放电顺序、离子及电子移动方向、几种电解类型。其中安排学生观察微型化趣味实验，充分调动了学生学习化学的兴趣，培养其观察总结的能力，体现了以学生为主体、教师为主导的教学理念。另外，讲解《电解池》的构造时一定要与原电池的构造进行对比讲解，这样有助于学生理解。通过对微型趣味实验的观察，可以有效地激发学生对化学的兴趣，并培养他们的观察能力和归纳能力。它反映了以学生为主体、教师为主导的教育思想。电极方程的编写也很重要，它可以增加学生的讨论交流，让学生们在自己或者团队的努力下，总结出电极方程的规则和注意事项。在整节课结束后，要选择有效的习题练习，安排难度从浅层到深层的递进式随堂测试，以便及时巩固所学的内容，并对本节课的教学效果进行评估。

2.4 教法与学法

教法：本节课采用“实验法”“探究式教学法”“讲授法”“讨论法”相结合的方法，主要立足于新课程标准，体现出学生在整节课堂上的主体性和教师在教学过程中的主导性。本节课的设计环节中小组讨论探究的知识点较多，在讲解电解池内部离子及电子转移时可利用丰富的信息网络资源，结合希沃白板、希沃教师授课助手等多媒体进行教学，更能增加本节课的知识容量，利用电脑中微观模拟粒子的运动情况视频动画，使复杂抽象的内容更加形象化，大大提高了教师的教学效率。

学法：

(1)小组讨论探究式学习法：学是教学的中心，会是教学的最终目的。所以，一名合格的教师要善于引导、启发启迪学生，充分调动学生学习的积极性和主动性,让学生主动求知、积极思维、大胆探索。

(2)化学实验最能反映化学学科特点，也是学习高中化学知识最有效的途径之一，所以采取化学微型化实验促学法。此方法通过希沃教师授课助手直播演示实验，能细致地观察分析实验现象，促使学生积极主动探究实验的奥妙。

(3)归纳、演绎法：学生通过学习小组的形式对疑难问题讨论探究、各抒己见、归纳总结，最终牢牢掌握有关电解池的工作原理。

2.5 教学目标

2.5.1 知识与技能目标

通过对趣味微型化实验“黑笔写红字”实验现象进行分析书写半电极反应方程式，学会电解池原理及应用；通过进阶式课堂练习，学会离子放电顺序，能够正确判断对应电解产物；掌握以惰性电极电解的几种电解池类型；通过学习氯碱工业、冶炼金属、电解精炼等实际生活生产中的应用，感受化学与生活的密切关系及学科价值。

2.5.2 评价目标

通过对“黑笔写红字”实验现象的观察和分析，教师能够检验学生观察实验的能力、分析实验的水平；通过课堂进阶式练习，调动学生课堂参与积极性，提高分析、总结问题的能力。

2.5.3 素养目标

通过对电解池原理的探究，培养学生综合分析能力与宏观辨识以及微观探析的学科素养；通过自主设计电解池环节，激发学生学习兴趣，同时培养模型认知与证据推理核心素养。

2.6 教学设计

2.6.1 教学过程

学习环节1：新课导入——创设情境

实验准备仪器：学生电源、导线若干、铂片、滤纸

试剂：氯化钠溶液、酚酞试剂、碳棒

“黑笔写红字”趣味实验：将滤纸平铺在一块铂片上，用氯化钠溶液浸湿滤纸、将无色酚酞试剂均匀的滴加在滤纸上，将铂片与电源正极相连，碳棒与电源负极相连。然后接通电源，用黑色的碳棒在滤纸上写字，滤纸上会出现红色字迹。

学习环节2：教学新授——电解池原理

教师：提前准备实验设备器材，进行课上演示实验，并利用希沃教师授课助手投屏功能将整个操作过程及实验现象投放在大屏幕上。

学生：细心认真观察实验，并且结合课前的预习内容及所学的有关氧化还原知识、原电池相关理论，细心揣摩实验现象产生的原因，并进行小组交流讨论。

学生：汇报小组讨论结果。

教师：对汇报结果进行评价，并与学生以问答形式共同揭秘黑色的碳棒写出红字的原因。

教师：播放有关电解原理微观动画视频。

学生：从微观角度感受电解池中两极得失电子、溶液中离子移动的过程。

教师：根据微观动画引出两电极名称、内外电路中离子电子移动方向、电解的涵义、结合氧化还原知识总结两电极放电顺序。

设计思路：对于高二的学生来说，已经学习了氧化还原及原电池的相关原理，初步建立了电化学的思维模型。因此，学生是可以就相关问题，得到结论的。在课堂结构设计上，通过观察有趣的实验、真实的微观动画视频，学生主动积极思考分析电解池电解的本质，并经教师引导分析掌握电解原理。从宏观实验现象、微观动画视频两个维度进行教学。

学习环节3：课堂小练(见下表)

电解类型电解质名称阴阳极离子方程式书写电解结束电解质溶液浓度变化电解后溶液PH变化恢复至原状态需加入的试剂电解水型NaOH(可溶强碱)H2SO4(含氧酸)Na2SO4(活泼金属含氧酸盐)电解溶质型HCl(无氧酸)CuCl2(不活泼金属无氧酸盐)放氢生碱型NaCl(活泼金属无氧酸盐)放氧生酸型CuSO4(不活泼金属含氧酸盐)

学习环节4：电解池在实际生活生产中的应用

教师：播放有关工业生产中氯碱工业的视频，布置小组讨论任务，分析对应电极放电粒子及产物，描述两极的实验现象，思考在电解过程中的注意事项。

学生：小组讨论，汇报结果。

教师：对汇报结果进行评价，总结强调该反应的注意事项、及简易装置中对应的实验现象。

教师：创设问题情境——在工厂的车间内，王师傅想要在铁制钥匙上镀铜，请同学们通过小组讨论帮助王师傅设计一种电解池，电极材料、电解质溶液任选。

学生：带着任务进行小组讨论，设计并选择合适的材料，分组汇报结果。

教师：评价各小组同学的设计方案，讲解待镀金属、镀层金属的概念及选取电解质溶液的要求。

教师：创设问题情境——回收工厂的李师傅想对废旧的粗铜进行精炼，请同学们小组讨论设计出相关的操作方案。

学生：小组讨论，设计相应电解池。

教师：评价各小组同学的设计方案，讲解易错点。

教师：创设问题情境——冶金厂工人张师傅想要冶炼出金属Al，请帮他设计一个合理的操作方案。

学生：小组讨论，设计相应电解池。

教师：评价小组同学的设计方案，与Fe、Ag、Au等不同类型的金属冶炼过程做对比，强调制备Mg、Al时需电解的对应物质及选取原因。

设计思路：这一部分采用任务驱动式教学方法，让学生带着问题，利用掌握的知识去解决问题，自主设计方案，过程高效、目的性强。且每个问题提问之前教师都创设了相关的情境，使枯燥的知识趣味化，增强学生学习化学的主观能动性。学生在小组合作讨论过程中也能各抒己见、发散思维，在各种方案思维激情碰撞的过程中提高学生分析问题、解决问题的能力。但教师也不能完全放手，在重难点、易错点的相关内容上要着重强调，合理地引导学生建立化学思维。该部分与实际生活生产紧密联系，可使学生更加深切的体会化学对人类社会发展的重要性，充分体现了化学学科价值。

学习环节5：解决问题。练习巩固知识、利用本节课所学知识解决问题，完成形成性练习。

学习环节6：知识小结。小组合作绘制思维导图，教师选取多个学生代表进行展示。

结束语：最后送给同学们一句话，等风来不如追风去，追逐的过程就是人生的意义。在生活中遇到问题时要多思考、多动脑，对于新鲜事物要永远保持探索的热诚。希望同学们努力学习化学，将来为我们祖国未来的发展贡献出一份自己的力量。

2.6.2 教学反思

在高中阶段的化学教学中，教学反思对于教师来说意义尤为重要。它是一个在实践中对出现的问题不断地发掘、探索、思考、解决的过程，也是一个教师对自己当堂课的教学行为和教学活动进行批判的、有意识的揣摩、再理解和升华的过程。笔者在准备新教材选择性必修1《电解池》教学的过程中，发现在校的高二学生每天的学习任务量相对繁重，学习兴趣是有效学习的根本所在，而将抽象的知识模型化、具体化是学生掌握基础知识和基本技能的最有效形式。在最新发布的新课程标准中明确强调，“关注学生的学习兴趣和经验，精选终身学习必备的基础知识和技能”。因此教师在教学内容的设计上，主要的课堂模式及思路是非常明确的。学生活动贯穿了整节课，主要分为：根据实验现象小组讨论、分析电解池原理及本质；课堂练习—书写电极反应方程式、对不同的电解过程进行分类；在问题驱动的课堂模式下，思考解决问题，寻找合理方案。本节课在整体的课堂环节设计上，符合学生的认知发展水平，且进阶式的课堂练习更能激发学生强烈的求知欲望，教师针对不同程度学生给出的不同答案，也能迅速对学生的知识掌握情况做出判断，对学生掌握不好的知识点及时做深入地解释。本节课学生对于电解池的本质原理等相关知识掌握较好，但由于对新知识的掌握不熟练，学生做题过程中依旧存在不同程度的问题。课下要针对本节课的知识多做练习，做到灵活运用、游刃有余。另外整体的课堂氛围应该是轻松愉快的，这样更加能够吸引学生沉浸在教师创设的课堂氛围之中。

初高中阶段化学学科的突出特点决定了化学的教学有别于其他学科，而教师及时有效地反思有利于提升教师的课堂设计能力及对学生知识掌握情况的把控能力。

3 结论

目前，在我国化学课堂、化学实验课普遍采用的依旧是常规实验，但是随着科学技术的进步和社会发展的要求，常规化学实验已经不完全符合新型课堂以及新课标的需要。传统的化学实验不是社会发展所需的化学实验的唯一标准教学模式[2]。

微型化学实验与传统实验的原理相同，但并不是传统普通实验的简单缩小，微型实验是常规实验的补充与发展[3]。在中学化学实验教学改革中，教师对微型化学实验应该加以深入地推进和研究，但由于其本身固有的缺陷和不足，我们不能夸大它的成效，应对其进行针对性的参考并加以客观地分析，以便更好地发挥其价值，为中学化学实验做出贡献[4]。推进微型化学实验并不是将普通化学实验完全代替，而是将两者完美的结合，互补优势，取二者之所长更好地为化学新课程改革做出贡献，为我国中学生进行的化学素质教育更好的实施和化学教学质量的提高做出更大贡献。树立绿色化学理念，大力研究和推进微型化学实验，不断强化学生脑海中“绿色化学是一门从源头上防止污染的化学”的意识[5-7]。对于实现国家现代化的目标、建立节约环保型社会具有重大意义，也是一项利国利民、大有发展前景的教育事业。