人教版高中化學(xué)選修4第四章第一節(jié)原電池教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)反思一、教材分析本節(jié)課選取人教版化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》第四章第一節(jié)，本課以必修化學(xué)2第二章第二節(jié)“化學(xué)能與電能”為基礎(chǔ)，進(jìn)一步介紹原電池的組成和工作原理。教材的設(shè)置體現(xiàn)了學(xué)習(xí)知識的階梯性，更加關(guān)注學(xué)生的化學(xué)專業(yè)知識和科學(xué)素養(yǎng)的提升。在必修部分只要求學(xué)生能舉例說明化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化，在選修部分則進(jìn)一步要求學(xué)生指導(dǎo)原電池的工作原理并能設(shè)計(jì)原電池。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容中，從雙液鋅銅原電池入手，通過一個鹽橋的設(shè)置，將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分離開來。這對學(xué)生而言不僅僅是裝置的改進(jìn)，更是對氧化還原反應(yīng)思維方式的轉(zhuǎn)變，也是學(xué)生學(xué)習(xí)最困難的地方。學(xué)生通過將原電池的工作原理進(jìn)行應(yīng)用，設(shè)計(jì)原電池，加深了學(xué)生對原電池的理解。學(xué)生對電化學(xué)知識，對原電池的工作原理有神秘感和探索欲望，要充分利用學(xué)生的好奇心和求知欲，設(shè)計(jì)層層實(shí)驗(yàn)和問題情境，使學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)、積極思考和相互討論中自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的重要裝置，小到手機(jī)、心臟起搏器，大到交通工具、人造衛(wèi)星、宇宙飛船都離不開原電池。原電池的工作原理不僅再現(xiàn)了氧化還原反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化和守恒規(guī)律，也為金屬的防護(hù)提供了理論依據(jù)。因此本節(jié)是電化學(xué)的基礎(chǔ)知識，也是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)好本節(jié)知識，具有比較重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。二、教學(xué)目標(biāo)1、知識目標(biāo)(1)知道原電池的工作原理(2)能夠根據(jù)原電池的形成條件設(shè)計(jì)原電池。(3)能書寫簡單的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2、學(xué)科素養(yǎng)目標(biāo)（1）通過對原電池模型的建立，讓學(xué)生體會原電池的工作原理并加以簡單應(yīng)用。(2)通過對原電池的了解，進(jìn)一步深化對原電池構(gòu)成條件和工作原理的理解。(3)通過實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生學(xué)會科學(xué)的研究方法，善于在體驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題。(4)通過對能量之間的轉(zhuǎn)換的學(xué)習(xí)和了解，使學(xué)生了解化學(xué)對我們的生產(chǎn)、生活帶來的便利，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。(5)通過能量的守恒和電子的守恒等守恒思想的建立，使學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)守恒的思想。三、教學(xué)重點(diǎn)????(1)認(rèn)識雙液原電池概念、原理、組成及應(yīng)用。????(2)能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)方程式。四、教學(xué)難點(diǎn)????(1)原電池的工作原理。????(2)電極反式的書寫教學(xué)思路知識線原電池的能量轉(zhuǎn)化方式雙液原電池的優(yōu)勢及設(shè)計(jì)雙液原電池的基本原理構(gòu)建通用型原電池認(rèn)知模型雙液原電池的應(yīng)用問題線原電池是如何將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能？如何設(shè)計(jì)一個能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流原電池雙液原電池中鹽橋的作用是什么？如何構(gòu)建原電池通用認(rèn)知模型？雙液原電池有何應(yīng)用？活動線組裝Zn-Cu-CuSO4溶液原電池裝置，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。組裝經(jīng)典雙液原電池裝置，觀察有鹽橋和無鹽橋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。填寫原電池原理的表格，并讓學(xué)生板演。讓學(xué)生填充原電池模型，并小組討論構(gòu)建模型的優(yōu)點(diǎn)。請學(xué)生演示雙液原電池的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，并說明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論評價線自主探究或小組研討的方式，學(xué)生描述現(xiàn)象并總結(jié)規(guī)律。設(shè)計(jì)及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，記錄現(xiàn)象并認(rèn)知裝置的優(yōu)劣。觀看flash動畫，構(gòu)建模型。構(gòu)建模型，及小組討論。紙筆記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，描述現(xiàn)象及結(jié)論。素養(yǎng)線實(shí)驗(yàn)探究證據(jù)推理能力宏觀辨析與微觀探析模型認(rèn)知科學(xué)精神與社會責(zé)任教學(xué)過程環(huán)節(jié)1：真實(shí)情境切入，引發(fā)求知【情境切入】播放視頻，利用數(shù)萬個新鮮的橙子構(gòu)成原電池裝置，給手機(jī)充電，同時讓學(xué)生思考該情境反映的化學(xué)原理?！締栴}】同學(xué)們，請結(jié)合教材必修二的知識，想想剛才的視頻中，存在什么樣的裝置？【學(xué)生】原電池的裝置?！締栴}】既然原電池的裝置能給手機(jī)充電，那請問原電池的能量轉(zhuǎn)化方式是？【學(xué)生】化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。【設(shè)計(jì)意圖】電在日常生活中較為常見，但能否用水果發(fā)電是學(xué)生未曾接觸過的問題。播放“橙給“蘋果”充電”的視頻激發(fā)學(xué)生對水果發(fā)電機(jī)理的探究欲望。另外，為后面利用建立的通用模型設(shè)計(jì)新型水果電池讓小燈泡發(fā)光做鋪墊。環(huán)節(jié)2：練習(xí)溫故，概括原電池的構(gòu)成條件【教師】讓學(xué)生完成例1，教師巡堂指導(dǎo)。2min后讓學(xué)生回答。圖2例1的題目【學(xué)生】選B?！締栴}】從這道題中，可否概括原電池的構(gòu)成條件？【學(xué)生】“兩極、一液、一回路”和自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。【設(shè)計(jì)意圖】從習(xí)題演練引發(fā)學(xué)生回想起原電池的構(gòu)成條件，利于學(xué)生理解原電池工作原理的本源。測評總結(jié)有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立、思考的思維，并且提升學(xué)生運(yùn)用知識本源去解決測評的練習(xí)的能力。環(huán)節(jié)3：實(shí)驗(yàn)探究，引發(fā)矛盾，引入雙液原電池【問題】原電池是如何將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能？【學(xué)生活動】根據(jù)原電池設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，組裝Zn-Cu-CuSO4溶液原電池裝置，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！緦W(xué)生】鋅片和銅片均有紫紅色的固體析出，電流表中的指針發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)，但電流不穩(wěn)定。【問題】為什么鋅片上也有紫紅色的固體析出？【學(xué)生】因?yàn)殇\片和硫酸銅溶液直接接觸，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。【問題】請問這樣的原電池的能量轉(zhuǎn)化效率高嗎？【學(xué)生】不高【問題】如何設(shè)計(jì)一個能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流原電池？【老師引導(dǎo)】鋅片會出現(xiàn)紫紅色固體，是因?yàn)殇\片和硫酸銅溶液直接接觸，所以能量轉(zhuǎn)化率低，那如何才會能量轉(zhuǎn)化率高？【學(xué)生】鋅片和硫酸銅溶液不直接接觸?！締栴}】PPT展示沒有接觸的原電池裝置設(shè)計(jì)圖，接著問學(xué)生沒有電路閉合的情況下，是否能形成原電池裝置？【學(xué)生】不能，不符合構(gòu)成原電池的基本條件【老師】PPT展示資料卡片，介紹鹽橋的作用：可以形成閉合回路。再展示雙液原電池模型，讓學(xué)生分組探究雙液原電池的實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄下來?！纠蠋煛客瑢W(xué)們，請分別描述有鹽橋和無鹽橋時，雙液原電池裝置的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！緦W(xué)生】有鹽橋時，裝置的銅片上有明顯的紫紅色固體析出，鋅片沒有明顯現(xiàn)象，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且電流較穩(wěn)定但電流強(qiáng)度稍弱。無鹽橋時，電流表無明顯偏轉(zhuǎn)，且電極上無明顯現(xiàn)象?！締栴}】那請問鹽橋起到什么樣的作用？【學(xué)生】連接內(nèi)電路，形成閉合回路。【問題】為什么雙液原電池的電流持續(xù)時間長？【學(xué)生】Zn失e-生成的Zn2+進(jìn)入ZnSO4，溶液因Zn2+增多而帶正電荷。由于Cu2+變?yōu)镃u，使得SO42-相對較多，溶液而帶負(fù)電荷。然后鹽橋中的飽和硝酸鉀中的K+移向Cu電極，SO42-移向Zn電極，進(jìn)而形成回路，使電流持續(xù)時間較長?！纠蠋煛磕钦垎栯p液原電池中鹽橋的作用是什么？【學(xué)生】①連接內(nèi)電路，形成閉合回路。②平衡電荷，保持溶液電中性，使原電池不斷產(chǎn)生電流?！締栴}】請問雙液原電池相比單液原電池，有什么優(yōu)點(diǎn)？【學(xué)生】能量轉(zhuǎn)化率高，電流較穩(wěn)定，電流持續(xù)時間較長。【設(shè)計(jì)意圖】通過實(shí)驗(yàn)探究，自主發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和認(rèn)知產(chǎn)生沖突，推動學(xué)生從原理實(shí)質(zhì)理解為何要設(shè)計(jì)雙液原電池，并且理解由單液原電池的構(gòu)造過渡到雙液原電池所需的條件。除外，通過設(shè)問引導(dǎo)，讓學(xué)生善于思考，學(xué)會用思維去解決問題，減少機(jī)械化的記憶，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)。更重要的是通過給出實(shí)驗(yàn)儀器及其試劑，學(xué)生通過自主探究或小組研討的方式，設(shè)計(jì)單液原電池及雙液原電池的實(shí)驗(yàn)方案，及組裝相關(guān)的裝置和自主探究實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，有利于提升學(xué)生在實(shí)驗(yàn)技能上的動手能力，以及獲取實(shí)驗(yàn)探究信息的能力。環(huán)節(jié)4：分析雙液原電池的反應(yīng)原理【問題】鋅銅雙液原電池是怎樣工作的？請同學(xué)們觀看鋅銅雙液原電池的flash動畫，分析其工作原理。【問題】可否從裝置和原理的角度構(gòu)建雙液原電池的基本模型？【學(xué)生展示】構(gòu)建基本雙液原電池的基本模型（如圖5）【學(xué)生活動】完成測評，小組討論題目所考查的原電池原理，以及對比單液和雙液原電池優(yōu)劣?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過教師引導(dǎo)，PPT展示鋅銅雙液原電池的flash動畫，便于學(xué)生從宏觀上理解微觀的原理，通過構(gòu)建的模型認(rèn)知，有利于學(xué)生理解原電池的知識本源，同時也是環(huán)節(jié)3的實(shí)驗(yàn)探究原理的理論深化。環(huán)節(jié)5：雙液原電池的應(yīng)用【問題】PPT展示資料卡片：已知硝酸銀和碘化鉀會發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，產(chǎn)生碘化銀黃色沉淀。請問可以用雙液原電池原理去探究硝酸銀和碘化銀是否會發(fā)生氧化還原反應(yīng)？【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】讓兩個學(xué)生上講臺演示用硝酸銀和碘化鉀溶液設(shè)計(jì)的雙液原電池，當(dāng)插入鹽橋時，發(fā)現(xiàn)指針有明顯的偏轉(zhuǎn)，且一段時間后，硝酸銀所在的電極上析出白色的固體?！編熒偨Y(jié)】硝酸銀和碘化鉀除了能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，同時也會發(fā)生氧化還原反應(yīng)?！締栴}】可否從裝置和原理的角度對比鋅銅雙液原電池和該電池有何不同？【學(xué)生】鋅銅雙液原電池的鋅電極參與了反應(yīng)，但硝酸銀和碘化鉀溶液設(shè)計(jì)的雙液原電池的兩電極均不參與反應(yīng)，只是起到導(dǎo)電的作用?！締栴}】可否從裝置和原理的角度構(gòu)建該電池的模型？【設(shè)計(jì)意圖】通過用雙液原電池原理去探究硝酸銀和碘化銀是否會發(fā)生氧化還原反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識本源去創(chuàng)新解決情境化的問題，同時提升學(xué)生對學(xué)習(xí)原電池的興趣，和激發(fā)學(xué)生向原電池的生活應(yīng)用學(xué)習(xí)欲望。同時通過探究裝置，發(fā)現(xiàn)雙液原電池的兩個電極并不沒有參與反應(yīng)，仍形成原電池的情況，推動學(xué)生向通用型原電池的認(rèn)知模型的建構(gòu)。環(huán)節(jié)6：應(yīng)用雙液原電池模型，設(shè)計(jì)水果電池讓燈泡亮起來【問題】能否根據(jù)雙液原電池的模型，設(shè)計(jì)一個水果電池讓LED燈泡亮起來？【資料卡片】①5毫米紅色LED的額定電壓為1.8V,額定電流20毫安。②正負(fù)極材料的差異、電極間的距離、電解質(zhì)溶液的濃度會影響原電池的電流強(qiáng)度；形成串聯(lián)原電池可以顯著提高工作電壓，以及增加原電池的電流強(qiáng)度。③水果電池的電壓如下表所示：電解質(zhì)溶液銅和鋁兩極銅和鋅兩極梨0.490.95蘋果0.550.96土豆0.30.6檸檬0.620.99【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】根據(jù)所提供的儀器和試劑使LED燈泡亮起來（實(shí)驗(yàn)中所提供的儀器和設(shè)備有：Zn片、Cu片、導(dǎo)線、蘋果、LED燈）。【學(xué)生】經(jīng)小組討論后，采用銅和鋅片作為電極，蘋果作為電解質(zhì)溶液，串聯(lián)四個水果電池，最終能讓LED燈泡亮起來?！驹O(shè)計(jì)意圖】在理解并掌握原電池的基本原理和一般原電池工作的模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一組能讓LED燈泡亮的趣味水果原電池裝置，能讓學(xué)生學(xué)會利用知識的本源去解決生活中的情境問題，同時有利于學(xué)生對原電池工作的進(jìn)一步理解。同時，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用模型探究和解決情境問題的能力以及求真務(wù)實(shí)，敢于探究的學(xué)科素養(yǎng)。環(huán)節(jié)7：課堂總結(jié)展望【問題】同學(xué)們，能否用一個原電池模型總結(jié)今天所學(xué)的內(nèi)容？并從中分析原電池的能量轉(zhuǎn)換效率、原電池原理和裝置特點(diǎn)？【師生總結(jié)】根據(jù)討論和引導(dǎo)，原電池通用模型可以設(shè)計(jì)成如圖6所示?！局v述】在理解原電池的基本工作原理和裝置上，生活中已經(jīng)出現(xiàn)了許多高性能能源電池，如鋰電池等。未來發(fā)展的方向傾向于電池續(xù)航能力更強(qiáng)，體積小，更加輕盈，對環(huán)境無污染，科學(xué)能使生活變得更美好?！驹O(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)是通過分析原電池的能量轉(zhuǎn)換效率、原電池原理和裝置特點(diǎn)三個方面討論和引導(dǎo)出原電池通用模型，同時也梳理了原電池各個方面的關(guān)聯(lián)。另外，通過對生活中的電池認(rèn)知和未來的電池的發(fā)展趨向等培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)探索的向往意識和培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持綠色化學(xué)的思想。教學(xué)反思本節(jié)課采用了華南師范大學(xué)錢揚(yáng)義教授的“五線譜問題解決教學(xué)范式”（后面簡稱五線譜），第一次接觸這個新的教學(xué)理念，領(lǐng)悟的還不夠透徹，于是使用過程中存在一些問題，需要后期的改進(jìn)。本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為載體，以情境化問題為指引，探究了原電池的發(fā)