化学史教育与高中生化学素养培养.doc

基于认识模型建构的电解池复习教学朱妍蓉（宁波市惠贞书院 浙江 宁波 315016）摘要：通过分析电解池学习的知识要求和学生学习电解池知识存在的困难，从原理维度、装置维度和任务维度提出电解池认识模型，并结合“宏-微-符”的教学设计理念，在高二电解池复习教学中进行了应用，总结了基于电解池认识模型建构的复习教学策略。关键字：电解池 认识模型建构 复习教学1问题提出继科学素养之后，“核心素养”正逐渐成为教育教学的新焦点。 “核心素养”是指，“学生在接受相应学段的教育过程中逐步形成起来的适应个人终身发展与社会发展的人格品质与关键能力”。 1“核心素养”的界定标志着中学教育将从“知识传递”转向“知识建构”。高中化学学科核心素养中明确包含了模型认识能力，并要求能应用模型建构能力解决具体问题。电化学是高中化学的核心知识之一，概念、原理集中，而电解池更是其中的难点。教学中往往过多关注电极反应的书写、离子放电顺序等知识的识记，而未引导学生形成分析和解决相关问题的思路与方法；若能在教学中建立宏观现象、微观原因、符号表征之间的联系，构建认识模型，就能帮助学生梳理概念和原理，实现知识从无序到有序。2电解池认识模型2.1电解池的知识要求分析高中化学课程标准，其对电解池的知识要求主要为：体验化学能与电能相互转化的过程；了解电解池工作的基本原理，能书写电极反应式和电池反应方程式；金属电化学腐蚀的原理、危害和防护措施等。结合浙江省考试说明，电解池的学习中应重视化学能与电能之间转化的意义，探究转化过程的原理和实现，即要求学生理解其中的原理，能够分析、解决具体问题。2.2学生学习现状通过大量的课堂表现和作业分析，结合已有的学生学习现状研究结果，目前高中学生面对电解池相关知识的学习困难主要有：不会分析体系中存在的微观粒子的种类；不知道通电后粒子移动的原理；不能根据氧化性和还原性的强弱分析得失电子的顺序，进而分析电解产物；不能从能量转化的视角认识电解池实现物质转化的功能等2。出现这些学习困难的主要原因是：存在电化学的迷思概念、对电解原理理解有误或存在偏差；在分析、解决电解池问题时，程序性知识欠缺。一是认识角度不明确。面对整个电解装置无从下手，不清楚应该针对性地分析哪个部分；二是缺少解决问题的合理思路，系统性不强，即不知道按何种步骤分析装置；三是解决问题的系统步骤与电解原理之间没有形成有机联系。因此在电解原理的学习中，需要帮助学生构建认识模型，让学生能够基于整体、系统思考。2.3电解池认识模型王维臻、王磊等从电化学的本体维度、认识维度和任务维度，构建并提出适用于高中阶段的电化学认识模型（见图1）。其针对的认识对象包括原电池和电解池。3图1 电化学认识模型3在此基础上，针对电解池知识体系，从原理维度、装置维度、任务维度提出电解池认识模型（见图2）。原理维度以氧化还原反应为基础，包括电极反应物和产物、反应过程，反应现象；装置维度包括电解池的所有装置要素，即阳极材料、电子导体（导线）、离子导体（电解质溶液或盐桥、膜）、阴极材料。高中阶段的电解池问题类型可分为分析型任务和设计型任务。前者包括对装置各要素、反应现象、反应中可观测量等的分析；后者主要是依据要求设计相应的电解池。图2 电解池认识模型3以电解池认识模型为基础的教学设计与实施本例旨在帮助学生建构电解池认识模型，形成系统的电解池知识体系，在复习中融会贯通。完成教学设计后，在宁波市城区某高中的高二化学选考班实施了教学，课型为章节复习课。3.1关注化学学科核心素养，明确教学目标该教学班学生已经完成所有电化学的新课学习，具备了一定的电解池知识，但对电解装置和原理仍存在大量迷思概念。存在的学习困难和问题正如前文所述，不再展开。高中化学学科核心素养可以概括为宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任这五个方面。再结合“宏微符”的教学理念，确定本节课的学习目标为：理解电解池的构成条件和工作原理；理解电解池宏观现象背后的微观原理，并能用化学用语进行表征；基本建立电解池系统认识模型，能够从原理维度和装置维度出发的分析问题；能应用电解池认识模型分析陌生电解池的具体工作原理、产物和现象。3.2教学内容和学习任务的选取和组织教学中选取电解饱和食盐水和电解硫酸铜溶液两个电解池作为基本原型，来分析、构建电解池认识模型。原型1是学生在高中阶段接触的第一个电解池，模型意义显著，并可外延拓展到工业上的其它电解池。原型2电解质溶液中的离子正好与原型1中类型互补，起完善、巩固认识模型的作用，还可以为后续电解池应用的复习奠定基础。将原型1和原型2组合形成一个陌生电解装置（电解相同浓度的氯化钠和硫酸铜混合溶液），请学生小组分析，再集中汇报、展示和评价。陌生电解装置的设计，对于学生而言应该是一个较难的任务。教学中选取学生较为熟悉的化学物质，组成Cu+2HCl=CuCl2+H2这个不能自发的氧化还原反应，任选电极材料和电解质溶液，实现该反应。小组设计、分享后，再集中反馈。本节复习课主要以分析性任务为主，辅以设计型任务，基本流程见图3。图3 教学基本程序3.3依托教学目标创设学习境脉，开展教学 主要教学情境与学生活动及学习效果见表1。表1 教学情境与学生活动基本框架教学环节情境与学生活动学习效果导入情境1演示电解饱和硫酸铜溶液的实验学生活动1观察现象，思考宏观现象与微观变化之间的联系认识到电能转化为化学能；模型建构情境2展示电解饱和食盐水的实验装置图学生活动2回忆、分析构成电解池的装置要素和宏观现象；分析电解过程中微粒移动方向和变化过程（得失电子），并与宏观现象相联系；书写电极反应式和总反应式；分析微观变化、宏观现象和化学符号之间的联系。通过研究原型1，从装置维度和原理维度初步构建认识模型。初步认识到宏观现象、微观变化、符号表征之间的联系。情境3展示变化后的电解饱和食盐水的实验装置图（铁做阳极）学生活动3以小组为单位，按照活动2中的步骤进行分析、讨论，在学案上填写现象、微粒移向和反应方程式，并完成小组互评；分享各小组讨论结果，集中反馈评价。小组讨论分析原型1变式后，巩固了对原理维度中过程要素的理解：离子放电顺序、电极材料的影响。情境4回顾演示实验电解饱和硫酸铜溶液学生活动4小组合作，绘制该电解池模型，并按照活动2中的步骤进行分析、讨论，在学案上填写现象、微粒移向和反应方程式；分享各小组讨论结果，集中反馈评价。通过研究原型2，从装置维度和原理维度巩固认识模型。强化宏观现象、微观变化、符号表征之间的联系。学生活动5小组讨论：持续电解某浓度的硫酸铜溶液，电解过程可分为几个阶段？若一段时间后，阳极和阴极产生的气体体积均为224mL，则转移的电子的物质的量为多少？此时加入什么物质可以使溶液恢复到电解前的状态？分享各小组讨论结果，集中反馈评价。将原理维度中的过程、电极产物联系起来，结合物料守恒和电子守恒的思想，解决具体问题。巩固落实电解池认识模型。模型应用情境6学生实验：电解等浓度的氯化钠和硫酸铜混合溶液学生活动6以小组为单位，先按照活动2中的步骤进行分析、讨论，在学案上填写预期现象、微粒移向和反应方程式；合作完成微型实验，观察、记录实验现象；应用前期活动中形成的结论，分析、讨论出现该现象的原因，形成讨论结果；分享各小组讨论结果，集中反馈评价。应用认识模型分析解决具体问题，强化问题分析，解决的具体步骤。评价总结学生活动7学生代表发言，对解决电解池问题的具体步骤进行总结。教师回顾点评，总结问题解决方法和模型。对电解这一物质转化方法进行再认识。4教学评价与反思4.1基于认识模型建构的复习课教学，从全局系统把握学生化学素养的建构，符合当前高中教育对培养学生学科核心素养的要求本课教学中请学生先观察宏观电解现象，进而从微观层面分析宏观现象出现的原因，最后运用符号表征物质及其变化，体现了宏观辨识与微观探析层面的要求；从定性和定量两个方面认识电极反应物与电极产物之间的转化，学会用联系发展、动态平衡的观点分析化学反应，是变化观念与平衡思想层面的体现；通过收集、分析证据，进而形成科学结论，最终建立认识模型，用以指导具体问题的解决，符合证据推理与模型认知层面的诉求；观察演示实验与亲自动手完成实验操作能让学生有实验探究与创新意识层面的成就感。4.2 基于认识模型建构的复习教学能够让学生学会对新事物、新问题的认识思考方法，并建构解决问题的模型任务维度是认识模型的重要组成，学习者也是通过具体任务的实践完善模型建构。从应试角度来看，学生面对的问题多为分析型任务，因此在复习课中以分析型任务为主是合理的。但从学生的思维发展来看，分析型任务带来的思维提高空间不大，对于学生的创新思维发展、思维拓展能力提高略显不足，这就需要设计型任务的补充。本课例在教学设计中，设有学生设计陌生电解池的设计型任务环节，但在具体教学过程中，由于课堂生成内容较多、教学时间不足等因素，未能实施。可以在今后的教学设计中进一步加以关注，也可尝试以设计型任务为驱动的复习教学设计。4.3复习课中也应当穿插演示实验和学生实验作为以实验为本的学科，课堂演示实验和学生实验在复习课中能够为学生提供直观的感性认识，获取解决陌生问题的直接证据，不仅提高了