提角度，构模型

雷素娟 宁晓强

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出，化学教学内容的结构化是促进学生从化学学科知识向化学学科核心素养转化的关键，强调教师在组织教学内容时应高度重视化学知识的结构化设计，充分认识知识结构化对学生化学学科素养发展的重要性。电化学知识分布在“化学反应原理”模块，是中学生必须掌握的核心理论之一，是“化学反应原理”板块的重要组成部分，对学生深入学习电化学知识起着重要的作用。普通高中教材中涉及的电化学知识主要是指原电池和电解池的工作原理及其应用，其内容特点是概念多而集中，原理抽象且复杂。

一、教学设计思路

（一）教学内容分析

电化学研究电能与化学能之间的相互转换，其为推动人类社会发展和世界文明进步作出了重要贡献，在能源、新材料、环境保护、信息技术和生物医学技术等方面优势独特，这使得电化学内容成为历年高考的重点。近年来，电解池和原电池中涉及隔膜的问题越来越多，形成了常考常新的特点。从教材看，选择性必修一中的燃料电池、纽扣电池和电解饱和食盐水装置中都涉及了隔膜，但并未对隔膜的作用和选择进行介绍。

（二）学情分析

根据我前期的统计，含膜电化学装置存在原料多样、结构复杂，内容接轨科技前沿，计算难度大等问题。同时，学生对电化学原理缺乏深入认识，对隔膜作用没有本质理解，导致对真实情境下的含膜电化学装置分析过程显得十分吃力。

基于以上分析，以提升电化学相关知识的结构化水平、形成认识电化学原理的视角与思路为导向，进行含膜电化学装置的专题复习，帮助学生提炼认识视角，构建思维模型。

（三）教学目标

依据化学学科核心素养要求，基于“教学评一体化”的课程理念设定了以下教学目标。

1.通过复习常见的电解池和原电池装置的工作原理，认识电化学装置的本质特征，提升相关知识结构化水平，构建认识电化学装置的一般模型。

2.通过分析电化学装置的本质特征，提炼认识电化学装置的物质视角和能量视角，构建解决电化学装置物质与能量转化问题的思维模型。

3.运用解决电化学装置物质与能量转化问题的思维模型，基于生产生活情境，提升解决问题的能力，体会社会发展进程中化学学科知识的应用价值。

（四）设计思路

在化学学科理解理论、最近发展区理论的指导下，我依次展开了以下三个教学板块（见文末图1）。

以上内容，通过“原电池与电解池本质上有何共性”“为什么需要隔膜”“如何选择隔膜”等问题驱动，形成了环环相扣、层层递进的教学结构，学生在做中学、学中用。

二、教学过程

▲前测：发现真实教学问题

以问题为导向的教学是基于学生学习痛点，发挥学生主体作用的教学。本节课前，我对近年来高考题中电化学内容进行了整理、归纳，并通过纸笔测试、学生访谈、数据分析等，从中发现了含膜电化学问题专题复习的教学价值，并设计、实施了以下教学活动。

▲环节一：归纳认识，抽提角度

根据前测中发现学生缺乏对电化学原理的认识，或虽有对物质变化与能量变化的认识，但缺乏关联等问题，设计了第一个教学活动：归纳认识，抽提角度。

依托原电池和电解池基础知识，对比锌铜原电池和电解饱和食盐水装置，从物质和能量转化的角度让学生分析它们的共性，抽提出认识电化学装置的两个视角——即物质视角和能量视角。接着，让学生写出电极反应式，标出装置的离子迁移方向、电子运动方向和电流方向。学生通过对比找出电极反应、离子迁移、电子运动和电流方向的内在关联，将原电池和电解池的原理打通，构建了电化学装置原理的一般模型。（见图2）

▲环节二：关联角度，构建模型

基于以上认识，为了便于学生理解隔膜在电化学装置中的作用，将物质和能量视角建立关联，我设计了第二个教学环节：关联角度，构建模型。

针对任意的含膜电化学装置，选择隔膜类型时应该从什么角度入手呢？能否构建适用于电化学装置隔膜选择的一般思维模型呢？我的教学设计如下。

第一步：展示学生最为熟悉的锌铜原电池装置的视频和照片，发现锌电极上的“异常”现象，引发学生思考，发现传统原电池装置存在能量利用率低等问题。产生该问题的本质原因是氧化和还原反应未完全分区进行，使学生意识到在电化学装置中引入隔膜的必要性。

接下来思考，应该用什么类型的隔膜呢？带着这个问题，我首先介绍了隔膜的分类以及双极膜的工作原理（见图3），为后续双极膜的应用做铺垫。结合物质转化与电流产生的需要，学生经过小组讨论，最终确定了上述原电池隔膜的类型。

第二步：展示电解饱和食盐水装置，引导学生分析其弊端，讨论如何从选择隔膜的角度来解决问题。学生也很快确定了隔膜的类型。

第三步：让学生将以上两个问题的解决过程进行对比分析，思考找出确定隔膜类型的一般思路。学生经过小组讨论交流，提炼并关联分析电化学装置物质视角与能量视角，构建解决电化学装置物质与能量转化问题的思维模型。（见图4）

▲环节三：模型应用，迁移提升

认识视角和认识思路的建立，能帮助学生形成解决真实化学问题的“本事”。解决化学真实问题的“本事”就是化学学科核心素养的本质。与此同时，化学学科的价值就在真实问题的解决过程中充分体现。为此，我设计了第三个教学环节：模型应用，迁移提升。

○迁移应用1：首先，我选取了利用电解法合成次磷酸的案例，抽提其合成原理，形成真实问题呈现给学生。教学过程中，学生通过自主阅读背景材料，明确次磷酸是具有还原性的一元弱酸等信息，再结合之前建立的问题认识视角和思维模型分析、讨论、交流，最后明确电解池中三处隔膜的类型应如何选择，及选择错误或去掉相应隔膜会有何影响。

○迁移应用2：上述迁移学习活动中，学生在课堂上能较快地分析解决问题。在接下来的远迁移问题中，我以利用工业电渗析法使海水淡化创设情境，呈现利用传统方法进行海水淡化的装置及原理，首先引导学生分析发现该装置存在的改进提升空间，然后对比研究人员改进后的装置示意图，最终使学生认识到从物质和能量转化的视角进行分析，结合思维模型，可以准确、快速地解决隔膜选择问题，同时体会隔膜在工业生产中的应用价值。

○提升应用3：课后，我以碱循环法脱除烟气中的SO2为背景，设计了一道素养习题。经过本节课的学习，学生能运用含膜电化学装置的思维模型进行多角度分析，并设计隔膜类型来优化工业生产的实际问题，达到了本节课的预设目标。

三、教学反思

通过本节课的教学，针对高考化学基本概念和原理的科学复习，我进行了以下方面的反思。

1.系统知识結构化。散的知识点不便于提取，难以迁移。复习过程中，在巩固旧知识的基础上，使知识之间建立有效的逻辑关联，形成结构化，学生才能有效解决陌生情境下的真实问题。

2.认识视角显性化。化学学科核心素养的本质是创新的本事。创新的本事表现为“举一反三”。“一”是什么呢？“一”是具有广泛可迁移性的对问题的认识视角与认识思路。在教学中，显性化认识视角有利于学生面对陌生情境时，能顺利地发现“该从哪里想”这个问题。

3.特征问题模型化。模型是对事物的本质抽象与显性化呈现，它包含了对事物的本质认识，以及认识事物的视角或程序。它的外显可以帮助学生在面对复杂问题时有“模型”可参考、有程序可依照，从而大大提升解决问题的能力。

4.知识问题情境化。学生所学的知识产生于前人对真实问题的解决，经过去情境化成为学科知识，它的有效学习需要经过教学的再情境化，由此，知识才能“活”起来，具有可迁移性。因此，在复习中不宜就题论题，需要尽可能地为题目中的知识赋予合理的情境。只有在真实情境中“学”，在真实问题中“用”，才能体会知识的有“价”。

5.痛点问题专题化。复习内容聚焦是有效复习的前提。将复习内容整理、规划形成复习专题，能减少信息干扰，有利于将复习导向问题本质，加深学生对知识的理解，发展学生的思维，使学生形成稳定的学科素养。