原电池教学设计高二上学期化学人教版选择性必修12

《原电池》教学设计课题原电池课型新授课教材版本2019年人教版高中化学选修第一册章节第四章第一节一．教材分析该内容为2019年人教版选修第一册第四章《电化学》第一节《原电池》的内容。该内容是《化学2》基础上的加深与提高，是高中化学的重要基础理论之一，是前一节论述的补充和完善。从反应物之间电子转移角度看，原电池概念的形成是氧化还原反应本质的拓展和应用。该节进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对原电池中闭合电路形成过程的分析，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念。“原电池”的内容在化学必修2和选修4《化学反应原理》中均有涉及，电化学知识是高中化学学科基本结构中的重要组成部分，是氧化还原反应、化学反应中的能量变化、水溶液离子反应等知识的综合应用，对培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力具有重要作用。二．学情分析现阶段的学生在知识层面已经具有如下储备：氧化还原反应的本质；单液原电池的形成条件和工作原理。而在能力层面已经具有如下水平：能够根据氧化还原设计简单的单液原电池；能够根据单液原电池的工作原理，写出简单的单液原电池的电极方程式，能判断电极、电子流动、电流方向等；具有一定的发现问题、解决问题的能力，对实验中发现的问题，用不同的方式去解决具有浓厚的兴趣。因此现阶段，通过实验探究，探究单液原电池的缺陷及改进，从而进一步探讨双液原电池，逐层深入，提高学生原电池的认知与分析问题能力、解决问题的能力，从而培养学生化学核心素养。三．化学核心素养分析本课题以实验探究作为突破，围绕着原电池的工作原理，单液原电池的弊端及改进，设置问题，逐步衍生出双池，最后建构双液原电池的模型，并在此基础上进行深度的迁移应用。学生在教师的引领下，进行分组探究实验，发现问题、解决问题，对原电池的原理进行深层次的探究，学生的思维也随之进入高阶思维，将所学知识进行情境的迁移与实际应用，构建问题解决认知模型，形成化学核心素养，落实“育人为本”的根本要求和“立德树人”的根本任务。具体如下：教学活动化学核心素养提出问题，引入新课变化观念与创新意识实验探究单液原电池证据推理与模型认知实验建构双液原电池实验探究与创新意识手持技术再探单池与双池证据推理与创新意识学以致用，深度探究实验探究与创新意识四．教学目标重点：了解原电池的工作原理，能设计简单的原电池，能书写电极方程式和电池总反应。难点：通过实验现象，善于发现问题，基于问题，能设计实验予以改进，能综合运用有关的知识与技能和方法，分级解决一些化学问题的高级技能。五．教学思路教学思路包括：课堂活动线、知识结构线、素养水平线，做到三线合一，相辅相成，实现教学目标。课堂活动线知识结构线素养水平线提出问题，引出新课建立氧化还原反应与原电池的关系科学态度与变化观念↓↓↓实验探究单液原电池回顾与梳理单液原电池的工作原理证据推理与模型认知↓↓↓设置问题串，深度思考新发现思考与分析单液原电池的“反常”现象宏观辨识与微观探析↓↓↓实验探索改进方案针对问题，实验探索改进方案实验探究与创新意识↓↓↓实验探索盐桥双液原电池探究盐桥双液原电池工作原理实验探究与创新意识↓↓↓手持技术再探单池与双池用手持技术证明双液原电池的优势实验探究与创新意识↓↓↓学以致用，动手设计、实验、验证自制滤纸盐桥，设计实验，检验反应产物。实验探究与创新意识↓↓↓课堂小结梳理原电池的知识，突出重点。模型认知在课堂教学中，围绕着原电池，设计一系列实验探究问题，学生通过直观的实验现象，发现问题，解决问题，逐步建立原电池的知识结构体系，深度理解原电池的工作原理及本质，在此基础上进行迁移创新，完成了从具体知识的学习向知识功能化和素养化的方向跨越。六．教学内容教学环节教师活动学生活动设计意图提出问题，引出新课①提出问题，布置任务。氧化还原反应有电子的转移吗？如何证明氧化还原反应有电子转移？大家能否利用桌面上的仪器和药品，设计一个实验装置来证明氧化还原反应有电子的转移？要求画出实验装置图，并注明材料及试剂。思考、讨论、交流，在学案上画出实验装置图，展示，小组评价。明确要证明氧化还原反应有电子转移可以将反应设计成曾经学习过的原电池装置，若电流表有偏转，即可证明。改变传统的教学模式，用问题启发方式开启原电池的学习，通过问题，引出原电池，让学生对氧化还原反应概念有利进一步的认识与拓展。通过学生展示实验设计方案，组员之间进行点评，引导学生高阶思维。对原电池的设计，可以让学生更深刻地认识原电池的构造特点和工作原理，达到巩固和提升的目的，为更深层次理解和应用原电池做好铺垫。②多媒体展示：仪器及药品：烧杯、灵敏电流表、导线、铜片、锌片、稀硫酸 稀硫酸组装原电池，分析原电池的工作原理①大家根据设计方案及原有的原电池知识，完成学案表格，并按照设计方案，组装原电池，观察两极现象及电流表的变化，对比前后溶液温度变化。填写实验表格，组装原电池装置进行实验，用温度计测反应前后温度变化，并观察实验现象，小组展示交流。观察到四种现象：=1\*GB3①铜片上有少量气泡；=2\*GB3②锌片上有大量气泡产生；=3\*GB3③电流计指针偏转，但不稳定；=4\*GB3④反应前后温度计有很明显上升。通过填写学案表格，学生进行原电池知识的梳理。通过后面三种实验现象引发学生认知上的冲突，为后面进一步深度探究做好铺垫。通过实验的直观现象和电极方程式的书写及电子的移动，再次引导学生从微粒观角度分析理解原电池工作原理，实现从感性到理性、现象到本质的突破，培养学生宏观辨识和微观探析的化学核心素养。②学案设置问题串，深度探索新发现提出问题：=1\*GB3①锌电极上为什么有气泡？可能的原因是什么？=2\*GB3②电流计的示数不稳定且不断减小，原因是什么？=3\*GB3③反应前后温度计有明显上升？原因又是什么？思考、交流、讨论，分享观点，相互点评。根据真实现象，提出问题串，让学生充分讨论，发散思维，引导学生深度思考，探讨单液原电池的不足，提高学生发现问题、分析问题的能力。在对问题逐一探讨的过程中，发展学生科学态度、科学探究的化学核心素养，逐步形成学生的必备品格及关键能力。改进单液原电池①综合上述问题，思考该原电池装置有哪些不足？如何改进可以避免在锌片表面析出H2，以延长电池放电时间，提高供电效率？实验的关键点是什么？学生在教师的引导下思考单液原电池的缺陷是电流不稳定，电池能量转换效率不高。关键点是锌片直接和稀硫酸溶液接触。改变传统的教学模式，教师采用启发探究式教学，通过不同梯度的问题设计，教师循循善诱，学生在问题的驱动下进行实验设计与探究，在探究中发现问题，思考原因，实验探究，解决问题，调动学生的高阶思维，提升学生复杂问题的解决能力。在不断的探索中，逐步发现问题，深度学习原电池的工作原理及本质，让学生掌握更加透彻与具体，为盐桥的引入做好铺垫。②锌片不能直接接触稀硫酸，即要把锌片与稀硫酸分开。大家再来设计实验装置，并动手实验，看电流表是否能偏转？设计，展示，动手实验，汇报实验现象，讨论、交流电流表不偏转原因。HH2SO4③不能直接接触，但又必须接触，那怎么办？能否间接接触？导线，是传递电子的最好媒介体，我们能否用导线将左边与右边两个烧杯相连？在教师诱导下，学生再次设计实验，对刚才的实验进行改进，用导线将两个烧杯中的溶液进行连接，发现电流计指针仍然不偏转。HH2SO4导线④电流计指针为何不偏转？在教师引导下，学生分析：导线只能电子通过，离子不能通过导线。左边容器中，由于Zn失去电子变成Zn2+进入溶液中，会使溶液带正电，而带正电的溶液将阻止带正电的Zn2+进入溶液。同样，在右边容器中，由于H+在石墨棒上获得电子而析出H2，溶液由于H+的减少而带负电，带负电的溶液将阻止带正电的H+离开。这实际上意味着，反应刚开始就停止了。引入盐桥，探究双液原电池工作原理①为使大家设计的装置的反应持续，关键是使左右溶液呈电中性，如何做到呢？在教师引导下，学生讨论：需要在装置左边容器中增加带负电荷的离子，在右边容器中增加带正电荷的离子，才能使两端溶液均呈电中性。通过学生自己动手实验，直观感受，结合表格信息的指引，引导学生认识盐桥，帮助学生梳理双液原电池的工作原理，从而更深刻认识双液原电池与单液原电池的异同，促进学生对学科本质的思考。让学生在实验探究过程中逐渐形成批判精神和创新思维，突出了“科学探究与创新意识”学科核心素养。通过实验现象分析，引导学生进行证据推理与模型认知，构建了双液原电池的结构模型。ZnCuZnSO4ZnCuZnSO4溶液H2SO4溶液多媒体展示：（盐桥）资料卡片：盐桥——常见的盐桥是一个倒置的U形管，含有琼胶的KCl饱和溶液，其中的琼胶是一种含水丰富的凝胶，离子在其中既可以运动，又能起固定作用。尝试用盐桥搭建双液原电池ZnCu稀H2SO4，观察发生的变化和实验现象。③盐桥放在两个半电池之中是如何做到通电的？其工作原理如何？大家填写学案表格内容。完成实验表格，分享、交流。④展示表格：数字实验，探究双液原电池的转化效率和传统的单液原电池相比，带盐桥的原电池的电能转化效率如何？结合刚才大家用温度计直接测锌片附近的温度，老师提前用温度传感器分别测单液与双液原电池中锌片附近温度变化，大家看看两者图片对比。（红色为单液，蓝色为双液）学生聆听，观察，对比图片，得出结论。通过实验图像可以观察到：单液原电池温度升高，双液原电池温度基本不变，说明单液原电池有一部分化学能转化成了热能，能量的利用率低。利用温度传感器分别对单液和双液原电池进行负极测温，和学生用温度计的测温联系，数字化实验以直观的图形曲线呈现给学生，使微观过程“可视化”，模型结构“证据化”，让学生更加直观地观测到实验进程，从而深刻地理解原电池的基本原理，给学生提供了更多有意义的思考和培养了更高阶的思维，同时也培养学生的科学态度与严谨的思维习惯。学以致用，自制滤纸盐桥，设计实验，检验反应。此盐桥太大，制作也很费时费物，而我们化学崇尚节能环保。大家能不能用我们身边熟悉的材料来设计一个盐桥呢？现在，大家要用幻灯片展示的试剂和药品及仪器来完成以下任务：任务一：设计盐桥原电池：2Fe3++2I==2Fe2++I2.任务二：分别检验电极产物。仪器与药品：FeCl3溶液、KI溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、淀粉溶液、饱和KCl溶液、导线、灵敏电流表、点滴板、石墨棒（2根）、滤纸、胶头滴管（4支），烧杯资料卡片：Fe2+与[Fe(CN)6]3反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe2++2[Fe(CN)6]3==Fe3[Fe(CN)6]2↓=1\*GB3①学生思考，并设计滤纸盐桥：将滤纸折成条状，浸泡在饱和KCl溶液中。（学生制作的滤纸盐桥）=2\*GB3②设计盐桥原电池，并展示设计及检验方案。（学生设计的双液原电池图）（学生的实验方案）（学生检验电极产物）深度学习要求学生不仅要理解学习内容，还要深入理解学习情境，从而实现原理方法的顺利迁移运用，将原电池的模型用于实际，亲身体验双液原电池模型，感受创新应用知识产生的巨大价值，发展科学探究和创新价值，进一步对原电池进行深度的学习。通过对电极产物进行检验，不仅可以提升学生实验探究的能力，同时，通过实验的直观现象，让学生从宏观上辨识，从微观上感受双液原电池的工作原理。整个环节学生的逻辑思维、探究思维、创造思维得到全面发展，促进化学深度学习，落实化学核心素养。课堂小结引导学生梳理双液原电池的工作原理分析双液原电池电子流向、电流方向、电极反应，反应类型等。学生建立原电池原理模型。七．教学亮点通过探究性实验使学生从被动地接受知识转化为主动去探索新知，有利于学生动手实验、动眼观察、动脑思考、动口表达，让学生的学习过程成为发现认知的过程，学生在认知的同时，逻辑思维、探究思维、创造思维得到全面发展，最终实现了化学深度学习的目标。本节课有以下几个亮点：打破传统思维模式。本节课开门见山的提出如何用实验来证明氧化还原反应有电子的转移？不仅让学生去思考氧化还原反应的本质，同时能将氧化还原反应与原电池联系起来，利用化学原理服务于人类生活，将化学能转化为电能，培养学生的“科学精神与社会责任”的核心素养。巧设问题串，引导学生深度学习。学生组装单液原电池，观察现象，结合温度计测负极附近前后温度变化，让学生直观感受单液原电池的弊端，激发学生探索欲望，通过一系列问题串的提出，引导学生高阶思维，提升学生复杂问题的解决能力。把具有一定知识脉络的问题链逐一抛出，逐一解决，学生在不断思考问题、解决问题的过程中，学生的思维深度和广度都得到发展传统实验仪器与手持技术辅助实验探究。学生用传统的温度计测单液原电池负极附近放电前后温度变化，直观感受单液原电池的不足；在探究双液原电池时，引入数字实验，用温度传感器分别测单液与双液原电池中锌片附近温度随时间的变化，具有现代感、科技感，让学生感受科技给人类带来便捷，激发学生的学习热情。强化实验创新，灵活应用实验原理。让学生自制滤纸盐桥，设计实验，检验反应产物，此过程是思维和能力的