在新课改背景下“化学能转化为电能”的创新教学设计

1、在新课改背景下“化学能转化为电能”的创新教学设计李蓉【专题名称】中学化学教与学【专 题 号】g37【复印期号】2009年11期【原文出处】中学化学教学参考(西安)2009年8期第2932页【作者简介】李蓉，杭州二中（浙江杭州310053）。一、教学设计的主导思想本节课教学设计的主导思想是以能量转化与守恒的思想启迪学生思维，基于上节学过的化学能可以转化为热能，启发学生思考化学能能否可以转化为电能？教师通过创设渐进式问题情境，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质；通过创设变化式问题情境，促使学生用实验方法探究原电池的形成条件；通过创设拓展式问题情境，促使学生自主创新设计各种电池，为人类

2、的生产、生活所用，构建新的能量观。渗透科学方法、科学态度和科学思想的教育，倡导学生敢于质疑，培养学生批判性思维品质，以达到培养学生科学素养的目的。1.知识与能力目标(1)了解常见的化学能与电能的转化方式。(2)理解原电池的工作原理和原电池的构成条件，正确书写简单原电池的电极反应和总反应。(3)了解常见的燃料电池等化学电源及其应用。2.过程与方法目标(1)通过分组实验的方式探究原电池的工作原理，感悟科学探究的过程与方法。(2)通过合作探究和自主探究原电池的形成条件，理解通常化学实验研究的一般方法，培养发现规律、认识规律和运用规律的能力。(3)了解传感器在高中化学上的应用，并用传感器改进水果电池实

3、验。3.情感态度和价值观(1)通过实验探究，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质以及这种转化的综合利用价值，构建新的能量观。(2)通过分组实验，认识化学能如何转化为电能，理解科学探究的意义，并形成科学发展观，感悟研制新型电池的重要性。(3)通过“同学们自己设计水果电池和自制氢氧燃料电池使音乐贺卡重新响起来”等活动过程，一方面应用所学原电池知识为实际生活服务，另一方面通过互动，激发学生学习化学的兴趣，提倡敢于质疑的批判精神，渗透科学态度和科学思想的教育。二、教学重点及难点教学重点：原电池的概念、原理、组成及应用。教学难点：从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质、原电池的构成条件。三

4、、教学方法实验探究法和问题解决法。四、教学过程1.引入新课投影展示图片“神舟七号”飞船发射时照片和航天员翟志刚在太空行走并在舱外挥舞中国国旗的照片。师同学们对以上这些幅画面可能还记忆犹新。2008年9月27日航天员翟志刚在舱外挥舞中国国旗。实现了中国人首次在太空行走的梦想。“神舟七号”飞船采用了我们国家自己生产的高能电池为飞船的正常工作做出重要贡献。电池除了为航天事业作贡献外，也给我们的日常生活带来了方便。你能说出日常生活中要用到电池的一些（用品）例子吗？生略。师（实物展示和图片展示各种电池。）我们平时所用的手电筒、计算器、手机、笔记本电脑、摄像机、mp3、电子表等都需要用到电池。可以说现代生

5、产、生活都离不开电池（对化学电池的分类略作介绍）。创设情境展示一位学生带来的音乐贺卡，发出悦耳的生日快乐乐曲。撤开纽扣电池后你能利用你们今天实验桌上的仪器与药品，设计一个电池，使音乐贺卡重新响起来吗？（激发学生求知和探究欲望。）师那么我们首先必须搞清化学电池是怎样工作的？也就是电池的工作原理，这些电池是怎样产生电流的呢？现在就让我们来探究电池的奥秘吧！板书1.原电池的工作原理2.创设渐进式问题情境，促使学生逐步探究原电池的原理过渡同学以小组为单位完成下列实验1-4，分析原因。投影【活动与探究】实验1：将一zn片、cu片平行插入稀硫酸中，有什么现象和结论？写出有关反应的离子方程式。学生活动略。学

6、生回答实验现象：铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。实验结论：铜片与稀硫酸不反应，师这个反应的本质是什么？（引导学生标明电子转移的方向与数目，并板书离子方程式。根据金属活动顺序表：znhcu解释上述现象的原因。）生这是氧化还原反应，zn失电子给溶液中。师这个反应前面学习过，金属与酸发生置换反应，此类型反应都是放热反应，也就是化学能转化为热能了。根据能量转化与守恒的观点，我们能否把此化学能直接转化为电能呢？同学们现在再来探究。投影【活动与探究】实验2：将zn片、cu片上端连接插入稀硫酸中，有什么现象和结论？为什么？学生活动略。师对比实验1和实验2，你发现了什么？生实验1铜片上无气泡，实验2

7、铜片上有无色气体产生，两实验中锌片都有不断溶解的现象。师为什么实验2铜片上有气泡？（引导学生分析氢气来源的几种可能性，然后用“排除法”分析到底是哪一种可能性最大？）生溶液中在铜片上获得电子形成氢气。师铜片上电子从何而来？生是zn失去电子。师锌片的电子为什么会跑到铜片上？这是你的假设吧？如何证明你的假设？生是假设。可以用导线把两极连接起来，并接上一电流计，试试看有没有电流产生。师好。那我们就按这位同学的假设设计实验予以验证。投影【活动与探究】实验3：用导线把铜片和锌片连接起来，且导线间接一电流计有何现象产生？为什么？（注意：红色导线接电流计0.3量程的红色按钮；黑色导线接电流计的黑色按钮；注意指

8、针偏转方向，并记录铜片是接在红色按钮上还是黑色按钮上。）学生活动略。师你又看到了什么现象？生铜片上有五色气体产生，锌片溶解，电流计发生偏转。师为什么有此现象呢？你从能量转化的角度，又能得出什么结论？生在铜片上得到电子被还原成氢气，说明有电子从锌片流入到铜片。看到电流计指针偏转说明化学能转化为电能。师对。这就是化学能转化为电能的装置原电池。既然是电池，那么如何确定该电池的正、负极呢？投影【活动与探究】实验4：用实验桌上提供的一节干电池或整流器连接电流计验证电子流向，确定zn片、cu片哪个是正极、哪个是负极？（学生用干电池检验正、负极。）生铜片正极，锌片负极。板书(1)什么是原电池？把化学能转化为

9、电能的装置叫做原电池。利用多媒体软件分析原电池的工作原理引导学生完成有关原电池的知识建构。在原电池中，较活泼的金属极板发生氧化反应，电子经导线从较活泼的金属一极流向较不活泼的金属极板（或石墨电极），溶液中易得电子的阳离子在不活泼的金属极板上发生还原反应。在原电池中，相对活泼的金属为负极，相对不活泼的金属（或石墨电极）为正极。师上述原电池发生的反应是什么？生略。设问如何书写电极反应式及电池总反应式？【板书】(2)原电池的电极反应在锌电极（负极）：（氧化反应）在铜电极（正极）：（还原反应）反应的总方程式：师上述原电池电子流动和电流方向是什么？生电子流动方向：电子流从原电池的负极经导线流向正极（而电

10、流从原电池的正极经导线流向负极）。3.创设变化式问题情境，促使学生自主探究原电池的构成条件过渡并设疑化学能在原电池装置中可以转化为电能，符合什么条件的装置才能构成原电池呢？教师引导化学实验常见的探究方法是：改变一个实验因子。投影分组实验探究原电池的构成条件。（为节约时间，可以作如下分工协作探究：如第一大组探究不同电极材料；第二大组探究不同溶液；第三大组探究有无闭合回路；第四大组自选条件探究）交流讨论、归纳总结学生汇报略。【板书】(3)原电池的构成条件投影原电池的构成条件：一般来说，两种活性不同的导体（如一种金属和另一种金属或非金属导体）构成电极。电极插入电解质溶液。构成闭合回路。在电极表面上能

11、发生自发进行的氧化还原反应。师根据形成原电池的条件如下装置能否构成原电池？（用投影打出各种水果上插上各种电极，然后用电流计测定有没有电流产生。）学生自己动手试试看水果电池实验实验准备：水果（柠檬、番茄、橘子、葡萄或其他水果）、金属（铁丝、铜丝、锌片或铝片）、石墨电极、电铃、灯泡、微安电流计、导线若干、小刀、ph试纸。鼓励学生利用各种自备的水果、金属片制作电池，用微安电流计或耳机测试是否能产生电流，比较电流的大小。若用小刀切开水果，使两个极板分离，观察电流是否消失，将水果重新合拢是否又产生电流？探究其原因。设问有的同学做的水果电池没有明显现象，是不是就没有电流产生呢？教师用传感器改进此实验，并演

12、示。然后总结原电池的应用。板书2.原电池的应用4.创设拓展式问题情境，促使学生自主创新并设计电池提出新问题对比下列两个反应，说明氢气与氧气能否构成原电池？若能请写出正、负极。这两个反应都是属于自发的氧化还原反应，且都是放热反应。生略。教师引导，提供信息电解溶液相当于电解水，得到氢气与氧气。再利用产生的氢气与氧气制得电池。如附图所示。附图实验装置问题解决设计一个氢气与氧气燃料电池使音乐贺卡重新响起来。学生实验用氢氧燃料电池使音乐贺卡响起来。（学生兴奋之余，教师简单介绍常见燃料电池的工作原理。）简单介绍氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电池（假设酸性介质）。（在教师的引导下学生修改原电池的构成条件

13、。）投影原电池构成条件的修改：一般来说，两种活性不同的导体（如一种金属和另一种金属或非金属导体）构成电极（但燃料电也除外采用两根完全相同的石墨棒作电极）。条件同上。巩固练习某实验的实验装置如附图所示（只是把音乐贺卡改成发光二极管），回答下列有关该实验的问题。(1)该实验所用的石墨棒须经过预处理：先经高温火焰灼烧到红热，再迅速浸入冷水中。这种预处理的目的是。(2)要使发光二极管发亮，实验时的操作顺序是。(3)在实验的全过程中能量的主要转化形式是。小结原电池是将化学能转化为电能的装置。需要有两个相连的电极和电解质溶液形成闭合回路。一般来说，相对活泼的金属作为负极，不活泼的金属（或非金属）作为正极（

14、但燃料电池除外）。利用自发进行的氧化还原反应，电子由负极流向正极，从而产生电流，将化学能转化为电能。投影课堂小结收获“3个一”(1)一个观念能量转化的观点解释原电池原理（自发的氧化还原反应才能设计成原电池，化学能转化为电能）。(2)一种方法用实验方法探究原电池形成条件（每次改变一个实验因子）。(3)一种思想学以致用的思想（根据原电池原理，可以创新设计各种电池，并解决许多现实问题）。自主发展作业回家后利用家庭能够提供的一些材料创新设计各种电池，数周后在学校展示，从展示优秀作品中选拔参加省、市科技创新大赛。五、收获与反思1.采用恰当的探究性教学策略促使学生自主探究，达到促进学生“自主发展”的目的根

15、据新课程的教学理念，要改变学生以单纯地接受教师传授知识为主的学习方式，让学生进行探究性学习，让智慧的光芒在课堂上闪光。本节课的设计就是根据以上理念，创设问题情境而展开的。探究性教学策略是创设渐进式问题变化式问题拓展式问题，循序渐进地逐步诱导学生自主学习、自主探索、自主研究、自主解决，达到促进学生“自主发展”的目的。本节课通过如下基本策略创设探究性学习情境：通过创设渐进式问题情境，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质；通过创设变化式问题情境，促使学生用实验方法探究原电池的形成条件；通过创设拓展式问题情境，促使学生自主创新设计各种电池，为人类的生产、生活所用，达到学以致用之目的。学生回

16、家后利用家庭能够提供的一些材料创新设计各种电池，数周后在学校展示，为以后的各级各类科技创新大赛做些准备，也为学生将来的可持续性自主发展奠定了坚实的基础。2.渗透了科学素养和创新素质的培养根据新课程的理念化学教学应以全面提高学生的科学素养为宗旨。科学素养应包含科学思想、科学态度和科学方法等方面的素质和修养。在教学中渗透科学方法、科学态度和科学思想的教育，不仅让学生领悟、掌握知识，更重要的是让他们掌握学习方法，也更重视知识的获取过程。在这一过程中，使学生初步认识科学探究的过程，学会一些科学的思维程序，能把获得的知识组合成知识体系的规律、方法及运用它们的经验和方法，即获得科学思维。这样，一方面，可有

17、助于学生更加透彻地掌握知识，把握自己的认识过程，增强自己接受新知识的能力，从而提高学习效果。另一方面，科学方法的熏陶也可促进学生科学素养的形成，进而内化成其自身可持续发展的潜力，最后提高了综合分析问题和解决问题的能力和创新素质。此节课最后在教师的引导下由学生自主修改原电池的构成条件并非是两种活性不同的导体作电极材料（如燃料电池就是两根完全相同的石墨棒），修改了许多教学参考书上现成的结论，这种敢于质疑的态度和批判精神是一种创新素质的体现。3.始终用化学实验贯穿于整节课化学学科的特点就是实验性，本节课始终用化学实验贯穿于其中。从一开始探究原电池的原理，到后来的探究原电池的形成条件，到最后的水果电池和燃料电池，都是用化学实验突破教学难点。事实证明用化学实验进行探究性学习不失为一种行之有效的教学方法。根据我校促进学生自主发展的探究性学习理念，要给学生足够的时间和空间，让学生自主探究。需注意