高中学生化学学习进阶及案例分析 共113页

1、学生学习与发展进阶学生学习与发展进阶学生学习与发展进阶？学生学习与发展进阶？学生学习进阶学生学习进阶学生发展进阶？学生发展进阶？ 现行中学现行中学化学化学课程内容课程内容义务教育阶段义务教育阶段 高中必修课程高中必修课程 高中选修课程模块高中选修课程模块科学探究科学探究认识化学科学认识化学科学化学实验基础化学实验基础实验化学实验化学有机化学基础有机化学基础常见无机物及其应用常见无机物及其应用身边的化学物质身边的化学物质物质结构与性质物质结构与性质化学反应原理化学反应原理化学与技术化学与技术物质构成的奥秘物质构成的奥秘物质结构基础物质结构基础化学变化化学变化化学反应化学反应化学与社会发展化学与社

2、会发展化学与可持续发展化学与可持续发展化学与生活化学与生活课程标准课程标准化学化学2 主题主题2 化学反应与能量化学反应与能量n知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。的主要原因。n通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。互转化。n举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。n认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性研制新型电池的重要性。n通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度通过实验

3、认识化学反应的速率和化学反应的限度，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用课程标准课程标准化学反应原理化学反应原理 主题主题1 化学反应与能量化学反应与能量n了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。式。n通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义。量利用效率的实际意义。n能举例说明化学能与热能的相互转

4、化，了解反应热和焓变的能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反应热和焓变的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。n体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。n通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。n能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀

5、的危害，能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。通过实验探究防止金属腐蚀的措施。化学反应过程中会发生能量变化和物质变化，其变化学反应过程中会发生能量变化和物质变化，其变化的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成、化化的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成、化学反应的快慢和限度（感性认识）、化学能与热能学反应的快慢和限度（感性认识）、化学能与热能的转化（定性分析）、化学能与电能的转化（感性的转化（定性分析）、化学能与电能的转化（感性认识）认识）化学反应过程中会发生物质变化、物质变化学反应过程中会发生物质变化、物质变化的实质是原子的重新组合化的实质是原子的

6、重新组合化学反应的方向、化学反应的快慢和限度化学反应的方向、化学反应的快慢和限度（理性分析）、化学能与热能的转化（定（理性分析）、化学能与热能的转化（定量计算）、化学能与电能的相互转化（理量计算）、化学能与电能的相互转化（理性分析）性分析）初中课程必修课程选修课程化学反应相关知识的层级发展化学反应相关知识的层级发展7课程标准 必修2举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。课程标准 选修4经历化学能与电能的相互转化的探究过程，了解原电池工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。能解释金属发生电化学腐蚀

7、原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。模块学习要求1.1举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。1.2知道电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。1.3通过简易原电池的实验，了解原电池的概念和原理。高考考试说明理解原电池工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式，了解原电池和电解池在实际中的应用。理解金属发生电化学腐蚀的原因，了解金属腐蚀的危害及防护措施 必修必修2 2 化学能与电能化学能与电能选选修修4 电电化化学学基基础础 完善原电池的认识模型，应用模型多角度联系解决问完善原电池的认识模型，应用模型多角度联系解决问题，用符号表征原电池的工作原理题，用符号表征原电池

8、的工作原理理解电解池的本质，建立电解池认识模型；理解电解池的本质，建立电解池认识模型；应用认识电解池的思维模型，多角度联系解决问题，应用认识电解池的思维模型，多角度联系解决问题，用符号表征电解池的工作原理用符号表征电解池的工作原理电化学电化学高三复习高三复习建立认识电化学的思维模型建立认识电化学的思维模型应用认识电化学的思维模型，多角应用认识电化学的思维模型，多角度联系解决综合复杂问题度联系解决综合复杂问题电化学电化学高三复习高三复习理解原电池的本质理解原电池的本质建立认识原电池的角度建立认识原电池的角度初步建立认识原电池的思维模型初步建立认识原电池的思维模型应用认识原电池的思维模型，建立原应

9、用认识原电池的思维模型，建立原 电池各角度间的关联电池各角度间的关联 理解原电池的本质 建立认识原电池的角度 初步建立认识原电池的思维模型 应用认识原电池的思维模型，初步建立角度间的关联11水平描述水平描述水平水平4利用优化精确度、问题转换等活动经验综合分析和设计物质检验过程水平水平3利用基于转化实现检验、评价证据与结论的匹配性（相同性质的物质不只一种）等活动经验，对多成分体系进行物质检验过程的分析和设计水平水平2基于具体性质，利用识别和排除干扰因素、基于现象和信息推测可能的成分、选择特征现象等活动经验，在提示相关转化的情景下分析和实施简单变式的物质检验水平水平1辨识原型活动（现象、原有知识的

10、陈述），基于具体性质和氧化还原建立原型活动的步骤与目的之间的关联物质检验活动的能力表现水平层级物质检验活动的能力表现水平层级 基于价键、多角度认识基于价键、多角度认识和利用有机物反应和利用有机物反应 基于类别和价键认识有机物的基于类别和价键认识有机物的 主要性质，建立认识有机反应主要性质，建立认识有机反应 的不同角度的不同角度 基于代表物认识有机物的典型性质高一必修选修：各类有选修：各类有机物的性质机物的性质选修：选修：有机合成有机合成 利用多角度思路分析陌生利用多角度思路分析陌生反应、处理复杂问题反应、处理复杂问题高三复习高三复习高中生有机物性质的认识发展层级高中生有机物性质的认识发展层级中

11、学生对于元素及物质的认识发展层级中学生对于元素及物质的认识发展层级学段学段基于价键认识物质世界基于位构性认识物质性质基于原子结构认识元素性质基于元素认识物质性质基于代表物及分类认识物质性质化学键、其它价键、物质结构等元素周期律、表等原子序数、原子结构模型、核外电子排布、元素性质金属、非金属、氧化物、酸碱盐二维图；混合物、纯净物、元素、单质、化合物物理性质、化学性质、化合价；解释、论证比较、预测解释、 比较、预测解释预测描述认认 识识 发发 展展知知 识识 要要 求求能能 力力 水水 平平学习进阶学习进阶 学习进阶学习进阶 learning progressions 西方科学教育领域的一个研究热

12、点西方科学教育领域的一个研究热点 在开发更具有连贯性的科学课程和教学上的在开发更具有连贯性的科学课程和教学上的潜在价值潜在价值 2019年年5月颁布的美国月颁布的美国新一代科学教育标准新一代科学教育标准则贯穿着学习进阶研究的成果和思想，学习则贯穿着学习进阶研究的成果和思想，学习进阶是其中不可或缺的关键词进阶是其中不可或缺的关键词学习进阶学习进阶 比较典型的界定：比较典型的界定：“学习进阶是对一段时期内，学习进阶是对一段时期内，儿童学习或者探究某主题时，其思维方式儿童学习或者探究某主题时，其思维方式 （way of thinking）的连续且不断精致化发展的）的连续且不断精致化发展的描述描述”（

13、nrc，2019） 学习进阶的要素：大观念、心理结构的进阶变学习进阶的要素：大观念、心理结构的进阶变量和进阶层级、学生表现量和进阶层级、学生表现 （学生外显的行为表（学生外显的行为表现）、评价示例现）、评价示例 （包括赋分标准等）（包括赋分标准等） 学习进阶研究的特点：围绕核心概念建构、刻学习进阶研究的特点：围绕核心概念建构、刻画学生知识和能力的不同层级、通过学习表现画学生知识和能力的不同层级、通过学习表现呈现层级发展的证据、体现课程和教学的影响。呈现层级发展的证据、体现课程和教学的影响。学习进阶学习进阶学习领域的发展学习领域的发展 “基于学生实证提出一段时期内学生关基于学生实证提出一段时期内

14、学生关于化学大观念的概念转变框架这一研究目于化学大观念的概念转变框架这一研究目的的”出发，研究者们逐渐从概念转变的研出发，研究者们逐渐从概念转变的研究转向了学习进阶的研究究转向了学习进阶的研究学习进阶学习进阶课程领域的发展课程领域的发展 美国科学教育：关于课程的一致性和连贯性研究美国科学教育：关于课程的一致性和连贯性研究 一致性研究关注到了对于不同知识学生的认知要求上的不同，一致性研究关注到了对于不同知识学生的认知要求上的不同，即将课程研究聚焦到学生认知、知识两个要素即将课程研究聚焦到学生认知、知识两个要素 连贯性研究关注到了不同学段知识本身具有的逻辑结构及其连贯性研究关注到了不同学段知识本身

15、具有的逻辑结构及其发展，即将课程研究聚焦到学段、知识两个要素发展，即将课程研究聚焦到学段、知识两个要素 课程研究缺乏的是对具体学科内容领域中某一个核心概念学课程研究缺乏的是对具体学科内容领域中某一个核心概念学生在每一个学段应该达到的认知水平的刻画，即对于学段与生在每一个学段应该达到的认知水平的刻画，即对于学段与认知两要素结合的研究认知两要素结合的研究 提出了概念单位大小的问题。基于大概念来促进课程的连贯提出了概念单位大小的问题。基于大概念来促进课程的连贯性和一致性成为美国科学课程改革的重要呼声性和一致性成为美国科学课程改革的重要呼声学习进阶学习进阶评价领域的发展评价领域的发展 2019年美国国

16、家理事会（年美国国家理事会（nrc）在）在认识学生认识学生如何知道如何知道报告中指出评价设计应该基于认知报告中指出评价设计应该基于认知和学习的模型，课程、教学和评价应该具有一和学习的模型，课程、教学和评价应该具有一致性致性 如果能够描述学习是如何随着时间而发展的，如果能够描述学习是如何随着时间而发展的，即评价系统可以识别当前学生的思维、可能的即评价系统可以识别当前学生的思维、可能的原有认识，那么下一步就是去使得学生的思维原有认识，那么下一步就是去使得学生的思维向着更精熟化的理解去发展（向着更精熟化的理解去发展（ nrc ，2019） 测量学生对某个具体内容领域的理解是如何随测量学生对某个具体内

17、容领域的理解是如何随时间发展的时间发展的基于学生证据基于学生证据学情分析学情分析分析什么？分析什么？如何分析？如何分析？氧气的性质 学生对氧气的化学性质并不陌生。学生对氧气的化学性质并不陌生。从小学科学课本的编排及学生调研情况显示，90%以上的学生已经知道氧气能够供给呼吸和支持燃烧。还有超过半数的学生对生锈、变质等缓慢氧化现象也有不同程度的了解。在课题1中也知道了氧气能和汞、红磷发生反应。 学生的障碍点不是说不出氧气的性质，而是说不全、说得混乱。学生的障碍点不是说不出氧气的性质，而是说不全、说得混乱。 因此教学中可以通过梳理学生对氧气的已有认识，形成认识物质的基本角形成认识物质的基本角度（存在

18、、性质、用途、变化、制法等）度（存在、性质、用途、变化、制法等）在后续学习其他物质时可以有效迁移。还可以通过“他说的我也知道，为什么我当时说不出来”、“从认识框架中我们可以发现哪些可以继续探索的内容”等问题，引导学生关注系统描述的价值。 对化学性质这个重点内容，学生其实并不知道研究物质的化学性质具体学生其实并不知道研究物质的化学性质具体是在研究什么、又如何研究是在研究什么、又如何研究。因此教学中中应注重研究物质化学性质的思路示范，首先明确研究化学性质实际上就是在研究物质能发生怎样的化学变化。然后引导学生经历从用途出发提出猜想、通过具体变化进行验证、并用性质来解引导学生经历从用途出发提出猜想、通

19、过具体变化进行验证、并用性质来解释物质的用途这一研究思路释物质的用途这一研究思路。还应让学生能相对独立地完整体验这一过程。 在探究能力能力方面，学生在第一单元的学习中对实验探究有了概貌了解，学生在第一单元的学习中对实验探究有了概貌了解，能做到按前、中、后的顺序观察实验能做到按前、中、后的顺序观察实验，但还不能根据实验目的进行有所侧重的但还不能根据实验目的进行有所侧重的观察观察。而且，学生容易在课堂中只关注蓝紫色火焰、火星四射等夺目的现象，忽视化学性质的学习思路。对于“纯净氧气中物质会燃烧更旺”的概括性结论，学生也会觉得早已知道，没什么兴奋点。几个燃烧实验一做完，学生就会进入一种懈怠状态，或者钻

20、到一些细节上。因此教学中可以从实际情境出发创设探。因此教学中可以从实际情境出发创设探究问题，引导学生如何根据实验目的设计实验和确定观察角度。究问题，引导学生如何根据实验目的设计实验和确定观察角度。障碍点发展点障碍点发展点发展点已知点障碍点案例：案例：“氧气的性质氧气的性质”学情分析学情分析已有基础（已知点）发展进阶（发展点）学习障碍（障碍点）学情分析的维度学情分析的维度三维目标具体偏差认识核心观念和认识方式学情分析的内容学情分析的内容学情分析的维度和内容知识方法态度案例：案例：“氧气的性质氧气的性质”的学情分析的学情分析已有已有基础基础：n学习本课之前，学生已经在小学科学五年级下册第一章物质的

21、变化第五节奇妙的变化中已经对空气有了一定的了解，知道铁生锈、及食物的腐烂都与氧气有关，并对燃烧有初步认识，知道燃烧需要氧气；知道氧气能供给呼吸，初步认识到空气及氧气与人类的生活最为密切。n具备基本的实验操作技能。 障碍点障碍点：n氧气是学生研究的第一种纯净物，对研究物质思路和方法的认识较困难n在实验方面，学生只具备简单的实验操作能力，对实验现象的观察与表述对实验现象的观察与表述、实验结论的得出等方面存在问题。、实验结论的得出等方面存在问题。n虽然已经学过化学变化概念虽然已经学过化学变化概念，但是不会利用化学变化研究化学性质，习惯，但是不会利用化学变化研究化学性质，习惯于直接观察实验现象归纳出结

22、论，而不会进行抽象概括推理。于直接观察实验现象归纳出结论，而不会进行抽象概括推理。发展点发展点：n通过本节课的学习初步学会研究物质性质的一般方法和思路。n寻找观察点学会有序观察实验有序观察实验，准确描述实验现象，准确描述实验现象，获取正确实验结论n学习如何根据化学变化研究物质化学性质的方法学习如何根据化学变化研究物质化学性质的方法 。学情分析学情分析的方法的方法1.主题联想主题联想学情分析学情分析的方法的方法1. 主题联想2.概念图概念图概念概念图是用来组织与表征图是用来组织与表征知识的工具。它通常将知识的工具。它通常将某某一一主题的有关概念置于圆主题的有关概念置于圆圈或方框之中圈或方框之中,

23、 然后再以然后再以各种连各种连线将相关概念和命线将相关概念和命题连接题连接, 这样就形成了关这样就形成了关于该于该主题的主题的概念或命题网概念或命题网络络, 以此形象化地表征学以此形象化地表征学习者的习者的知识结构知识结构及某一主及某一主题的理解。题的理解。学情分析学情分析的方法的方法1.主题联想2.概念图3.二阶诊断二阶诊断一般二阶诊断的第一阶段是以选择题选择题方式呈现，由受试者选择主要概念，第二阶段是以问答题问答题方式呈现，由受试者解释选择主要概念的原因。一般二阶诊断：选择一般二阶诊断：选择-问答问答选择式二阶诊断：选择选择式二阶诊断：选择-选择选择下列哪个变化是化学变化？（ ）a.水受热

24、沸腾 b.酒精燃烧 c.泥土烧成瓷器 d.卫生球消失你判断的依据是 学情分析学情分析的方法的方法1.主题联想2.概念图3.二阶诊断一般二阶诊断：选择-问答选择式二阶诊断：选择-选择 二阶二阶选择选择诊断诊断的每道的每道题都题都分为分为两部分两部分，学生在作，学生在作答的第答的第一部分一部分（单一选择题（单一选择题）后后，还要就第二部分，还要就第二部分（单一（单一选择题）回答其依据的理由，选择题）回答其依据的理由，第第一部分一部分的的每个每个题项正确作题项正确作答时，还要看他答时，还要看他第二部分第二部分的的作答是否对应正确作答是否对应正确。 铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出能量，生成黑色固

25、体，这个过程是化学变化吗？（ ）a.是b.不是你判断的依据是（ ）a.有发光发热b.有颜色变化c.有形态变化d.有新物质生成学情分析学情分析的方法的方法1.主题联想2.概念图3.二阶诊断4.任务探查任务探查解释性任务解释性任务 为什么木炭在空气中燃烧和在氧气中燃烧的现象不同？请解释原因。学生表现学生表现学生表现评价学生表现评价生1：空气中氧气含量低生2：氧气中分子运动更剧烈，空气中氧气分子运动不那么剧烈。生3：空气中木炭与氧分子接触不如氧气中多。认识停留在宏观水平认识进入微观水平，但是不能正确应用微粒观进行解释能够正确应用微粒观进行解释学情分析学情分析的方法的方法预测性任务预测性任务请你预测请

26、你预测蜡烛在氧蜡烛在氧气中点燃气中点燃会产生什会产生什么？么？学生表现学生表现学生表现评价学生表现评价生生1：蜡烛在氧气中燃烧：蜡烛在氧气中燃烧产生火焰。产生火焰。生生2：蜡烛在氧气中燃烧：蜡烛在氧气中燃烧生成二氧化碳。生成二氧化碳。生生3：蜡烛在氧气中：蜡烛在氧气中燃烧燃烧生成二氧化碳生成二氧化碳和水汽。和水汽。没有没有反应产物的反应产物的认识角度认识角度偏差认识：物质和氧气偏差认识：物质和氧气发生化合反应。发生化合反应。基于反应产物的认识角度基于反应产物的认识角度正确认识反应现象正确认识反应现象1.主题联想2.概念图3.二阶诊断4.任务探查任务探查学情分析的方法学情分析的方法主题主题联想联

27、想概念概念 图图二阶二阶诊断诊断任务任务探查探查作业作业调查调查访谈访谈预设预设头脑头脑风暴风暴化学反应原理化学反应原理 选修选修 原电池原电池 学情分析学情分析n课标课标n教材教材n学生问卷学生问卷阶段一：自主分析阶段一：自主分析化学反应原理化学反应原理 选修选修 原电池原电池 学情分析学情分析n课标课标n教材教材n学生问卷学生问卷插入插入“评分标准评分标准”刘洋八一高二电化学主题前测结果八一高二电化学主题前测结果中小学生学科能力表现研究u 电化学认识模型的研究背景介绍中小学生学科能力表现研究中小学生学科能力表现研究背景介绍u 电化学学科能力表现指标的研究学习理解能力学习理解能力应用实践能力

28、应用实践能力探究创新能力探究创新能力a-1 观察记忆观察记忆a-2概括关联概括关联a-3说明论证说明论证b-1分析解释分析解释b-2推论预测推论预测b-3简单设计简单设计c-1复杂推理复杂推理c-2探究能探究能力力c-3创新思维创新思维能列举简单的原电池装置及其电极反应（铜锌原电池）；能记住阴阳离子的放电顺序能建立氧化还原反应与原电池的关系、与电解池的关系；能建立原理（电极反应物-氧化还原反应）与装置（电极材料、离子导体、电子导体）的对应关系能说明铜锌原电池装置能够产生电流的原因；能用氧还性强弱解释放电顺序 能解释原电池装置能够产生电流的原因；能分析解释简单电化学过程（仅与电极反应有关）的实验

29、现象；能根据装置分析电极反应（不涉及介质酸碱性问题）能判断某装置能否产生电流；能预测简单电化学装置中 的 现 象（不需要系统分析）；能书写陌生电极反应式（涉及酸碱介质）能设计简单的原电池装置；能设计简单电镀装置能对复杂陌生的装置进行分析；能书写陌生、复杂的电极反应式（涉及酸碱性介质）能对复杂电化学过程进行系统分析（分析任务涉及电极反应电解质溶 液 的 变化带电微粒的定向移动等）能设计复杂的电化学装置能 利 用电 化 学原 理 设计 具 有实 用 价值 的 方案 解 决生 产 生活 中 的实 际 问题 （ 如利 用 微电 解 法处 理 污水）“学情分析学情分析”结果汇总结果汇总“学情分析学情分析

30、”大数据的统计结果大数据的统计结果 刘洋刘洋中小学生学科能力表现研究 学习理解能力（学习理解能力（a水平）水平）实践应用能力（实践应用能力（b水平）水平）探究创新能探究创新能力（力（c水平）水平） a-1观察记忆a-2概括关联a-3说明论证b-1分析解释b-2推论预测b-3简单设计c-1综合复杂问题解决c-2复杂设计对应试对应试题编码题编码1.11.3.11.3.21.3.321.21.434.26.14.16.25.175.2总体得总体得分率分率95%26%87%9%52%84%4%30%81%70%60%58%76%-33%最高分最高分得分率得分率95%26%87%9%4%17%4%2%3

31、1%70%60%17%36%-3%0%20%40%60%80%100%1.11.3.11.3.21.3.321.21.434.26.14.16.25.15.2总体得分率最高分得分率中小学生学科能力表现研究 学习理解能力（学习理解能力（a水平）水平）实践应用能力（实践应用能力（b水平）水平）探究创新能探究创新能力（力（c水平）水平） a-1观察记忆a-2概括关联a-3说明论证b-1分析解释b-2推论预测b-3简单设计c-1综合复杂问题解决c-2复杂设计对应试对应试题编码题编码1.11.3.11.3.21.3.321.21.434.26.14.16.25.175.2总体得总体得分率分率95%26%

32、87%9%52%84%4%30%81%70%60%58%76%-33%最高分最高分得分率得分率95%26%87%9%4%17%4%2%31%70%60%17%36%-3%0%20%40%60%80%100%1.11.3.11.3.21.3.321.21.434.26.14.16.25.15.2总体得分率最高分得分率中小学生学科能力表现研究9%62%25%0%20%40%60%80%只关注电极材料只关注电极反应物两者都关注cu-zn原电池原电池zn的作用的作用7%77%9%0%20%40%60%80%只关注电极反应物只关注离子导体两者都关注cu-zn原电池原电池硫酸硫酸的作用的作用中小学生学科能

33、力表现研究0%20%40%60%80%100%1班2班3班4班5班6班7班8班cu-zn原电池原电池zn的作用的作用只关注电极材料只关注电极反应物两者都关注0%20%40%60%80%100%1班2班3班4班5班6班7班8班cu-zn原电池硫酸作用原电池硫酸作用只关注电极反应物只关注离子导体两者都关注中小学生学科能力表现研究中小学生学科能力表现研究7%77%9%0%20%40%60%80%只关注电极反应物只关注离子导体两者都关注cu-zn原电池原电池硫酸硫酸的作用的作用中小学生学科能力表现研究0%20%40%60%80%100%1班2班3班4班5班6班7班8班比较比较cu-zn单液和氢氧燃料电

34、池的异同单液和氢氧燃料电池的异同错误关注到一点关注到两点关注到三点中小学生学科能力表现研究 学习理解能力（学习理解能力（a水平）水平）实践应用能力（实践应用能力（b水平）水平）探究创新能探究创新能力（力（c水平）水平） a-1观察记忆a-2概括关联a-3说明论证b-1分析解释b-2推论预测b-3简单设计c-1综合复杂问题解决c-2复杂设计对应试对应试题编码题编码1.11.3.11.3.21.3.321.21.434.26.14.16.25.175.2总体得总体得分率分率95%26%87%9%52%84%4%30%81%70%60%58%76%-33%最高分最高分得分率得分率95%26%87%9

35、%4%17%4%2%31%70%60%17%36%-3%0%20%40%60%80%100%1.11.3.11.3.21.3.321.21.434.26.14.16.25.15.2总体得分率最高分得分率中小学生学科能力表现研究题目说明认识方式类别水平评分标准分析铜锌原电池产生电流的原因水平3：（动态-系统）进行原电池问题解决时，能在微观水平自主从电子来源、电子转移、带电微粒的定向运动、电解质溶液中的离子反应等方面进行完整的、动态的系统分析3分：（分析过程完整：得失电子、电子转移、离子移动）如：zn失去电子生成zn2+，电子沿导线到铜片，h+在铜片上得到电子生成h2，同时溶液中h+向cu（正）极

36、移动，so42-向zn（负）极移动。水平2：（动态-联系）进行原电池问题解决时，能在微观水平自主从电子来源、电子转移、带电微粒的定向运动、电解质溶液中的离子反应中的某些方面进行动态分析，但分析过程不完整2分：（有分析过程但不完整，不分析溶液中的离子运动）如：zn失去电子，电子到达铜电极，溶液中的h+得电子。或：zn失去电子，电子沿导线到铜片，h+在铜片上得到电子，同时溶液中的阴阳离子发生定向移动（未说明离子如何移动）。水平1：（静态-孤立）进行原电池问题解决时，角度是孤立的，无动态分析过程1分：（仅分析得失电子、氧化还原）如，仅写出正负极电极反应式或电池总反应方程式。中小学生学科能力表现研究1

37、7%18%48%17%0%20%40%60%错误静态-孤立动态-联系动态-系统cu-zn原电池工作原理原电池工作原理a30%20%40%60%80%100%1班2班3班4班5班6班7班8班错误静态-孤立动态-联系动态-系统中小学生学科能力表现研究18%18%学生处于水学生处于水平平1 1，该水平学，该水平学生的认识方式是生的认识方式是“静态静态- -孤立孤立”。处于该水平学生的处于该水平学生的典型表现是仅典型表现是仅分析分析得失电子得失电子情况情况或者或者只写出只写出电极反应方电极反应方程式程式中小学生学科能力表现研究18%18%学生处于水学生处于水平平1 1，该水平学，该水平学生的认识方式是

38、生的认识方式是“静态静态- -孤立孤立”。反映出教学过程中反映出教学过程中教师可能教师可能过于强调过于强调原理原理维度（氧化还维度（氧化还原反应），而原反应），而忽略忽略装置维度装置维度以及以及学生学生完整分析思路形成完整分析思路形成处于该水平学生的处于该水平学生的典型表现是仅典型表现是仅分析分析得失电子得失电子情况情况或者或者只写出只写出电极反应方电极反应方程式程式中小学生学科能力表现研究18%18%学生处于水学生处于水平平1 1，该水平学，该水平学生的认识方式是生的认识方式是“静态静态- -孤立孤立”。48%48%学生学生处于水平处于水平2 2，认识，认识方式是方式是“微观微观- -动态动

39、态- -联联系系”处于处于该水平学生的该水平学生的典型表现是只分析典型表现是只分析电子的来源和电子电子的来源和电子的转移，而忽略溶的转移，而忽略溶液中的离子运动情液中的离子运动情况况中小学生学科能力表现研究18%18%学生处于水学生处于水平平1 1，该水平学，该水平学生的认识方式是生的认识方式是“静态静态- -孤立孤立”。48%48%学生学生处于水平处于水平2 2，认识，认识方式是方式是“微观微观- -动态动态- -联联系系”处于处于该水平学生的该水平学生的典型表现是只分析典型表现是只分析电子的来源和电子电子的来源和电子的转移，而忽略溶的转移，而忽略溶液中的离子运动情液中的离子运动情况况强化强

40、化装置维度装置维度的分的分析，在教学中将原析，在教学中将原电池电池工作原理的完工作原理的完整思路进行明确的整思路进行明确的“思路外显思路外显”中小学生学科能力表现研究18%18%学生处于水学生处于水平平1 1，该水平学，该水平学生的认识方式是生的认识方式是“静态静态- -孤立孤立”。48%48%学生学生处于水处于水平平,2,2，认，认识方式是识方式是“微观微观- -动态动态- -联联系系”17%17%学生学生处于水处于水平平3 3，认，认识方式识方式是是“微微观观- -动态动态- -系统系统”中小学生学科能力表现研究17%18%48%17%0%10%20%30%40%50%错误静态-孤立动态-

41、联系动态-系统cu-zn原电池工作原理原电池工作原理a3中小学生学科能力表现研究中小学生学科能力表现研究21%32%5%0%5%10%15%20%25%30%35%缺少根据氧化还原确定电极反应物仅有电极反应物的选择完整正确中小学生学科能力表现研究中小学生学科能力表现研究16%77%8%0%20%40%60%80%错误或空答设计正确设计正确思路完整设计电池设计电池-b31中小学生学科能力表现研究16%77%8%0%20%40%60%80%错误或空答设计正确设计正确思路完整设计电池设计电池-b355%1%5%28%4%3%2%0%10%20%30%40%50%60%空答双液正确双液错误电极材料正确

42、 电极材料错误 离子导体正确 离子导体错误设计电池设计电池-c2中小学生学科能力表现研究 学习理解能力（学习理解能力（a水平）水平）实践应用能力（实践应用能力（b水平）水平）探究创新能探究创新能力（力（c水平）水平） a-1观察记忆a-2概括关联a-3说明论证b-1分析解释b-2推论预测b-3简单设计c-1综合复杂问题解决c-2复杂设计对应试对应试题编码题编码1.11.3.11.3.21.3.321.21.434.26.14.16.25.175.2总体得总体得分率分率95%26%87%9%52%84%4%30%81%70%60%58%76%-33%最高分最高分得分率得分率95%26%87%9%

43、4%17%4%2%31%70%60%17%36%-3%0%20%40%60%80%100%1.11.3.11.3.21.3.321.21.434.26.14.16.25.15.2总体得分率最高分得分率中小学生学科能力表现研究题目说明认识方式水平评分标准甲烷颜料电池电流产生原因能 自 主 从电 极 反 应物 （ 氧 化剂 、 还 原剂 ） 、 电极 材 料 、离 子 导 体角 度 认 识陌 生 电 化学装置（ 自 主 认识角度）水平3：（自主多认识角度-角度全面）能自主从电极反应物、电极材料、离子导体、电子导体等多个核心认识角度进行原电池问题解决3分：能产生电流，因为：具备构成原电池装置的四要素

44、：有电极反应物（氧化剂、还原剂或有氧化还原反应），有电极材料石墨、有电子导体（导线）和离子导体（电解质溶液）；水平2-2：（自主多角度-角度缺失）能自主从电极反应物、离子导体角度进行原电池问题解决（缺电极材料角度）2a分：【缺电极材料角度】有电极反应物（氧化剂、还原剂或有氧化还原反应）和离子导体（电解质溶液）；水平2-1：（自主多认识角度-角度缺失）能自主从电极反应物、电极材料角度进行原电池问题解决（缺离子导体角度）2b分：【缺离子导体角度】有电极反应物（氧化剂、还原剂或有氧化还原反应）和电极材料石墨；水平1：（单一认识角度）只具有电极反应物认识角度1分：有电极反应物（氧化剂、还原剂或有氧化还

45、原反应）存在关于原电池的错误认识0分：认为不能产生电流中小学生学科能力表现研究37%34%17%11%2%0%10%20%30%40%空答0分1分2分3分甲烷燃料电池甲烷燃料电池b10%20%40%60%80%100%1班2班3班4班5班6班7班8班空答0分1分2分3分中小学生学科能力表现研究34%学生存学生存在错误在错误认识认识17%学学生处于水生处于水平平111%学学生处于生处于水平水平2【关于电池动力问题关于电池动力问题的错误认识的错误认识】认为反认为反应需要应需要外加条件外加条件（加（加热、点燃）等热、点燃）等）几乎没有学生达到水平几乎没有学生达到水平3中小学生学科能力表现研究34%学

46、生存学生存在错误在错误认识认识17%学学生处于水生处于水平平111%学学生处于生处于水平水平2【关于电池动力问题关于电池动力问题的错误认识的错误认识】认为反认为反应需要应需要外加条件外加条件（加（加热、点燃）等热、点燃）等）【关于离子导体和电关于离子导体和电极反应物的错误认识极反应物的错误认识】认为认为离子导体离子导体必须参必须参与电极反应与电极反应几乎没有学生达到水平几乎没有学生达到水平3中小学生学科能力表现研究34%学生存学生存在错误在错误认识认识17%学学生处于水生处于水平平111%学学生处于生处于水平水平2【关于电池动力问题关于电池动力问题的错误认识的错误认识】认为反认为反应需要应需要

47、外加条件外加条件（加（加热、点燃）等热、点燃）等）【关于离子导体和电关于离子导体和电极反应物的错误认识极反应物的错误认识】认为认为离子导体离子导体必须参必须参与电极反应与电极反应对于电解质溶液作为离子导体的原电池，通常教学中没有对电解质溶液的本质功能分析清楚，导致学生形成“电解质溶液一定要参与电极反应”这种错误的直觉认识。教学中，单液电池模型会强化学生关于原电池动力问题的偏差认识，单纯的铜锌原电池模型是活泼金属与溶液发生直接接触的氧化还原反应，强化了学生的错误认识“一定是先有氧化还原反应发生，然后再把氧化反应和还原反应分开。”中小学生学科能力表现研究34%学生存学生存在错误在错误认识认识17%

48、学学生处于水生处于水平平111%学学生处于生处于水平水平21.13%学生可以达到水学生可以达到水平平3该水平的学生该水平的学生在分析陌生原在分析陌生原电池装置能否电池装置能否产生电流时，产生电流时，仅从单一认识仅从单一认识角度角度电极电极反应物（氧化反应物（氧化还原）进行分还原）进行分析，即认为只析，即认为只要有氧化还原要有氧化还原反应就可以产反应就可以产生电流，完全生电流，完全忽略装置要素忽略装置要素中各个认识角中各个认识角度度典型表现是仅典型表现是仅写出原电池总写出原电池总反应方程式或反应方程式或两极的电极反两极的电极反应式应式目前教学普遍目前教学普遍只关注原理维只关注原理维度（氧化还度（

49、氧化还原），过于强原），过于强调电极方程式，调电极方程式，而忽略原电池而忽略原电池装置构成维度。装置构成维度。中小学生学科能力表现研究34%学生存学生存在错误在错误认识认识17%学学生处于水生处于水平平111%学学生处于生处于水平水平2该水平学生该水平学生具有自主多具有自主多认识角度，认识角度，但角度不全但角度不全几乎没有学生达到水平几乎没有学生达到水平3在解决过程在解决过程中缺少电极中缺少电极材料或者离材料或者离子导体角度子导体角度中小学生学科能力表现研究34%学生存学生存在错误在错误认识认识17%学学生处于水生处于水平平111%学学生处于生处于水平水平2几乎没有学生达到水平几乎没有学生达到

50、水平3该水平该水平学生学生能自主的能自主的从电极反应物、电极从电极反应物、电极材料、离子导体、电材料、离子导体、电子导体等核心认识角子导体等核心认识角度进行原电池问题解度进行原电池问题解决决中小学生学科能力表现研究中小学生学科能力表现研究16%23%18%8%35%0%10%20%30%40%考虑介质且正确书写考虑介质但错误不考虑介质活泼金属做负极空答或其他错误0%20%40%60%80%100%1班2班3班4班5班6班7班8班考虑介质且正确书写考虑介质但错误不考虑介质活泼金属做负极空答或其他错误中小学生学科能力表现研究中小学生学科能力表现研究3%5%29%60%0%20%40%60%a bc

51、d19%36%15%29%0%10%20%30%40%错误或空答置换或氧还只有原理原理+过程中小学生学科能力表现研究中小学生学科能力表现研究80%15%4%2%0%20%40%60%80%空答或错误电子导体正极材料判据正确钢外壳钢外壳57%12%31%24%0%20%40%60%空答或错误电极反应物正极反应物判据正确mno251%47%2%10%0%20%40%60%空答或错误电子导体离子导体判据正确导电膜导电膜47%14%39%28%0%10%20%30%40%50%空答或错误电极反应物负极反应物判据正确zn粉粉中小学生学科能力表现研究60%7%32%4%0%20%40%60%空答或错误导电

52、/电子导体离子导体判据正确糊状糊状koh64%23%3%4%6%3%0%20%40%60%80%空答或错误 导电/电子导体正极材料电极材料负极材料判据正确铜针铜针94%6%2%0%20%40%60%80%100%空答或错误防止短路判据正确绝缘物绝缘物中小学生学科能力表现研究障碍点障碍点:v 电池的动力问题，电池的动力问题，v离子导体及电极反应物的关系，离子导体及电极反应物的关系，v电极反应物的选择依据，电极反应物的选择依据，v强化学生的装置要素，强化学生的装置要素，v发展介质对反应的影响。发展介质对反应的影响。中小学生学科能力表现研究认识发展目标：认识发展目标：发展认识角度；自主运用认识角度，

53、发展认识角度；自主运用认识角度， 形成对原电池的系统认识；形成对原电池的系统认识；认识方式类别认识方式类别: 系统分析、设计水平系统分析、设计水平中小学生学科能力表现研究教学关键点：教学关键点：v1.用双液电池模型发展学生对原电池构成要素的用双液电池模型发展学生对原电池构成要素的认识（纠正学生偏差认识），挑战学生对于原电认识（纠正学生偏差认识），挑战学生对于原电池动力的认识；池动力的认识；v2.更多的实际电池模型（干电池、铅蓄电池、真更多的实际电池模型（干电池、铅蓄电池、真实的氢氧燃料电池等），对实际电池能够达到解实的氢氧燃料电池等），对实际电池能够达到解释分析；释分析；v3.进行设计电池任务

54、进行设计电池任务中小学生学科能力表现研究基础知识基础知识1：v建立原电池的构成要素电极反应物（得失电子的建立原电池的构成要素电极反应物（得失电子的物质）物质） 、电极材料（得失电子的场所）、电极材料（得失电子的场所） 、离子导、离子导体、电子导体。建立各要素之间的关联，即电极体、电子导体。建立各要素之间的关联，即电极反应物与电极材料，离子导体与离子反应物之间反应物与电极材料，离子导体与离子反应物之间的关系。的关系。基础知识基础知识2：v会分析溶液内部的离子的运动情况。会分析溶液内部的离子的运动情况。过程方法：过程方法：v对陌生的电池有系统的分析思路。对陌生的电池有系统的分析思路。基于深度基于深

55、度“学情分析学情分析”的教学设计的教学设计国家社会科学基金“十二五”规划教育科学重点课题北京师范大学与海淀区合作项目“促进学生学科能力发展的教学改进研究”81人教版选修人教版选修4化学反应原理化学反应原理模块模块第四章第四章电化学基础电化学基础第一节第一节原电池原电池 第二节第二节化学电源化学电源（2课时内容）课时内容）8284必修必修2 2 化学能与电能化学能与电能选选修修4 电电化化学学基基础础理解理解原电池的本质原电池的本质建立建立认识原电池的角度认识原电池的角度建立认识原电池的思维模型建立认识原电池的思维模型应用认识原电池的思维模型，建立原电池各角应用认识原电池的思维模型，建立原电池各

56、角度间的关联度间的关联 完善原电池的认识模型，应用模型完善原电池的认识模型，应用模型多角度联系解决问题，用符号表征多角度联系解决问题，用符号表征原电池的工作原理原电池的工作原理理解电解池的本质，建立电解池认识模型；理解电解池的本质，建立电解池认识模型；应用认识电解池的思维模型，多角度联系解应用认识电解池的思维模型，多角度联系解决问题，用符号表征电解池的工作原理决问题，用符号表征电解池的工作原理电化学电化学高三复习高三复习建立认识电化学的思维模型建立认识电化学的思维模型应用认识电化学的思维模型，多角应用认识电化学的思维模型，多角度联系解决综合复杂问题度联系解决综合复杂问题电电化化学学发发展展层层

57、级级85* * 经历经历化学能与电能的相互转化的化学能与电能的相互转化的探究探究过程过程，了解原电池和电解池的工作原理，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。能写出电极反应和电池反应方程式。* * 通过查阅资料了解常见化学电源的种通过查阅资料了解常见化学电源的种类类及其及其工作原理工作原理，认识化学能与电能相，认识化学能与电能相互转化的互转化的实际意义及其重要应用实际意义及其重要应用。 86普通高中化学课程标准：普通高中化学课程标准：871 1、忽略溶液中的、忽略溶液中的离子运动离子运动情况情况2 2、先先发生反应发生反应才才有有电子的转移电子的转移3 3、离子导体、离

58、子导体必须必须参与参与电极反应电极反应4 4、书写电极反应式、书写电极反应式时时不关注介质不关注介质影响影响881 1、缺少认识角度缺少认识角度，认识模型不清晰，特别是，认识模型不清晰，特别是装装置要素缺失置要素缺失。2 2、缺少、缺少主动主动对各角度相互关联的对各角度相互关联的意识和方法，意识和方法，特别是原理要素和装置要素的区分和关联特别是原理要素和装置要素的区分和关联，如电，如电极和电极反应物极和电极反应物。3 3、对原电池的本质认识不够清楚，、对原电池的本质认识不够清楚，认为氧化剂认为氧化剂和还原剂只有接触才和还原剂只有接触才可能发生可能发生反应。反应。89901 1、缺少缺少认识角度

59、认识角度，认识模型认识模型不清晰，不清晰，特别是特别是装装置要素缺置要素缺失失。1 1、通过对、通过对zn|cuso4|cuzn|cuso4|cu原电池原电池的分析的分析, ,丰富认识角丰富认识角度，建立各角度之度，建立各角度之间的关联，完善原间的关联，完善原电池的认识模型；电池的认识模型； 发展学生的发展学生的认识角度认识角度a1 a1 观察记忆观察记忆a2 a2 概括关联概括关联912 2、应用模型分析酸、应用模型分析酸性锌锰电池、碱性性锌锰电池、碱性锌锰电池，进行差锌锰电池，进行差异对比，主动应用异对比，主动应用模型将单液电池进模型将单液电池进行改进，引入双液行改进，引入双液电池，对思维

60、模型电池，对思维模型进行完善和巩固；进行完善和巩固；2 2、缺少、缺少主主动动对各角度对各角度相互关联的相互关联的意识和方法，意识和方法，特别是原理特别是原理要素和装置要素和装置要素的区分要素的区分和和关联关联。b1 b1 分析解释分析解释b3 b3 简单设计简单设计923 3、根据反应：、根据反应：“2fe3+2i-=2fe2+i2 ”，应，应用思维模型设计原用思维模型设计原电池，运用认识角电池，运用认识角度，形成对原电池度，形成对原电池的系统认识。的系统认识。3 3、对原电、对原电池的本质认池的本质认识不够清楚，识不够清楚，认为氧化剂认为氧化剂和还原剂只和还原剂只有接触才有接触才可可能发生