基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的“化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化”教學(xué)設(shè)計(jì)摘要：基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，比照“內(nèi)容要求”與“學(xué)業(yè)要求”確定教學(xué)目標(biāo)，從思維原理入手，以情境問(wèn)題貫之，結(jié)合實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，于實(shí)驗(yàn)探究中生成價(jià)值，構(gòu)建“化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化”的教學(xué)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)，原電池，教學(xué)設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)背景《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）提出的5個(gè)核心素養(yǎng)充分體現(xiàn)出化學(xué)學(xué)科的獨(dú)特之處，反映了化學(xué)基本問(wèn)題，揭示了化學(xué)學(xué)科思維，體現(xiàn)了課程育人價(jià)值[1]。目前的相關(guān)文獻(xiàn)中，基于新課標(biāo)對(duì)5個(gè)核心素養(yǎng)的側(cè)重要求，構(gòu)建起來(lái)的模型圖式分為3種（圖1、圖2、圖3）。圖1“手掌”模型[2]圖2“4+1”由表及內(nèi)型[3]圖3“3+1+1”模型[4]其中，“3+1+1”模型更能凸顯出新課標(biāo)對(duì)5個(gè)核心素養(yǎng)的側(cè)重點(diǎn)，并且層層遞進(jìn)，對(duì)培養(yǎng)素質(zhì)人才具有指導(dǎo)性價(jià)值。故而，筆者設(shè)想基于“3+1+1”模型，從思維原理入手，結(jié)合實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，于實(shí)驗(yàn)探究中生成價(jià)值，構(gòu)建教學(xué)過(guò)程。二教材分析與學(xué)情分析“化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化”選自蘇教版必修2專題6第三單元第1節(jié)，承“化學(xué)反應(yīng)中的熱”之上，且為“氧化還原反應(yīng)”的延續(xù)，啟“化學(xué)電源”“電解池”之下，其地位不言而喻。學(xué)生在學(xué)習(xí)這節(jié)課前已經(jīng)學(xué)習(xí)并掌握了“化學(xué)反應(yīng)中的熱”，對(duì)能量轉(zhuǎn)化有較好的認(rèn)知，基于此，學(xué)生能夠理解“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”的能量轉(zhuǎn)化形式。學(xué)生在必修1學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)，可以從微觀視角理解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)內(nèi)容。但氧化還原反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化的結(jié)合以及“原電池”模型抽象概念的加重，這對(duì)學(xué)生而言是個(gè)很大的挑戰(zhàn)[5]。如何引導(dǎo)學(xué)生慢慢形成“原電池”模型，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，與一節(jié)深入淺出的教學(xué)設(shè)計(jì)息息相關(guān)。三教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)1課程標(biāo)準(zhǔn)新課標(biāo)對(duì)本節(jié)內(nèi)容作了明確要求（如表1）。表1《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》相關(guān)內(nèi)容[6]內(nèi)容要求教學(xué)提示學(xué)業(yè)要求知道化學(xué)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與其他能量形式的轉(zhuǎn)化，以原電池為例認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度初步認(rèn)識(shí)原電池的工作原理。教學(xué)策略：注重運(yùn)用實(shí)驗(yàn)事實(shí)、數(shù)據(jù)等證據(jù)素材，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變偏差認(rèn)識(shí)。注重組織學(xué)生開展概括關(guān)聯(lián)、比較說(shuō)明、推論預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)論證等活動(dòng)。活動(dòng)建議：用生活中的材料制作簡(jiǎn)易電池，討論原電池的工作原理，調(diào)查新型能源的種類、來(lái)源與利用。情境素材建議：電池的歷史沿革和發(fā)展，如伏打電池的發(fā)現(xiàn)、干電池的改進(jìn)、燃料電池的運(yùn)用。能舉出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)例，能辨識(shí)簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成要素，并能分析簡(jiǎn)單原電池的工作原理。2教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)基于實(shí)驗(yàn)獲得的現(xiàn)象，根據(jù)已有認(rèn)知，對(duì)其進(jìn)行合理解釋進(jìn)而認(rèn)識(shí)原電池的工作原理；利用Flash動(dòng)畫，從微觀角度探析原電池的工作原理，幫助學(xué)生更好地理解原電池的工作原理；基于原電池的工作原理的理解，學(xué)生能夠建構(gòu)出原電池的一般模型；通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，收集證據(jù)，合理辨識(shí)、推理，生成可構(gòu)成原電池的一組條件；運(yùn)用所獲得的一般模型，學(xué)生能夠?qū)υ姵丶涌旆磻?yīng)速率進(jìn)行解釋；在問(wèn)題情境中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生探索真理的科學(xué)精神與態(tài)度。四教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：原電池工作原理、構(gòu)成要素難點(diǎn)：原電池工作原理五教學(xué)過(guò)程（一）創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突【情境引入】小明同學(xué)在探究金屬是否和酸反應(yīng)時(shí)，誤將鋅片和銅片（接觸）一起放到了盛有稀硫酸溶液的燒杯中，發(fā)現(xiàn)：銅片表面產(chǎn)生了大量的氣泡。小明很困惑，這與課本上提到的銅不與稀硫酸反應(yīng)的內(nèi)容相矛盾。當(dāng)他把鋅片銅片分開，觀察到：銅片表面沒(méi)有氣泡了。將鋅片從燒杯中取出，銅片表面也不再有氣泡逸出了。小明感到困惑。請(qǐng)同學(xué)們幫忙解決?！驹O(shè)計(jì)意圖】基于本節(jié)課所需解決的問(wèn)題創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生身臨其境觸發(fā)思考，以達(dá)到有效引入的目的。（二）從宏觀角度觀察現(xiàn)象，深入微觀角度進(jìn)行推理，探究原電池工作原理【問(wèn)題導(dǎo)向】1.燒杯中發(fā)生了什么反應(yīng)？反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)？如何驗(yàn)證？（基于學(xué)生已有的認(rèn)知，從能量轉(zhuǎn)化入手，引用文獻(xiàn)[7]實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)。）圖4Ａ裝置（左）和Ｂ裝置（右）Ａ裝置是未構(gòu)成原電池的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，以下簡(jiǎn)稱“Ａ裝置”，Ｂ裝置是構(gòu)成了單液原電池的反應(yīng)系統(tǒng)，以下簡(jiǎn)稱“Ｂ裝置”[7]測(cè)AB反應(yīng)裝置收集50ml氣體所需時(shí)間、反應(yīng)前后的溫度，如表2所示表2AB反應(yīng)裝置的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)組收集50ml氣體所需時(shí)間/min反應(yīng)前溫度t1/℃反應(yīng)前溫度t2/℃A110.522.025.0A210.722.026.0B18.522.023.8B28.822.023.5兩種裝置溫度都上升，但上升幅度不同，為什么B裝置中溫度計(jì)上升幅度小？能量是守恒的，“少掉”的能量去哪了？對(duì)比A裝置，B裝置銅片上為什么產(chǎn)生氣泡？氣泡是什么？如何產(chǎn)生的呢？為什么B裝置收集等體積的氣體所需要的時(shí)間更短？B裝置實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其如何實(shí)現(xiàn)的呢？電流的產(chǎn)生需要帶電微粒定向移動(dòng)，在此過(guò)程如何構(gòu)成呢？圖5陰離子MnO4-移動(dòng)方向?qū)嶒?yàn)圖[5]【設(shè)計(jì)意圖】從能量角度入手，利用文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比，基于結(jié)果進(jìn)行分析推理，得到“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”的能量轉(zhuǎn)化觀，突出“證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。再以“銅片上有氣泡產(chǎn)生”問(wèn)題解決為導(dǎo)向，從宏觀現(xiàn)象深入到微觀角度，陰離子移動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合擴(kuò)散效應(yīng)等理論，進(jìn)行分析，獲悉電子和離子的移動(dòng)方向，彰顯“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的核心素養(yǎng)。在探究中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)其逐個(gè)擊破，有理有據(jù)，踐行“科學(xué)探究”和“科學(xué)精神”的核心素養(yǎng)。基于即得信息，構(gòu)建原電池模型【問(wèn)題導(dǎo)向】B裝置實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其具備怎樣的特點(diǎn)呢？電池有正負(fù)極，該裝置哪端為正極？（比擬電池，得出正負(fù)極。）電流方向呢？基于分析，形成原電池模型（如圖6所示）。圖6原電池工作模型[5]經(jīng)過(guò)分析獲得了原電池的工作模型，再觀看Flash動(dòng)畫以微觀視角認(rèn)識(shí)原電池模型。日常生活中知道哪些樣式的電池呢？【設(shè)計(jì)意圖】基于之前的推理和學(xué)生的既有認(rèn)知，從微觀視角進(jìn)行構(gòu)建原電池的模型，以模擬原電池的Flash動(dòng)畫輔助，加深學(xué)生的理解，彰顯“模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。通過(guò)展示精細(xì)化、商品化的電池，讓學(xué)生感悟發(fā)展與創(chuàng)新思想。改變單一變量，探究原電池構(gòu)成要素改變單一條件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究（如圖7）圖7探究原電池構(gòu)成要素比擬物理所學(xué)的電路，原電池是否也需要形成閉合回路呢？外電路（電子導(dǎo)體）：在導(dǎo)線上需要有帶電微粒定向移動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)？引出自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。內(nèi)電路（離子導(dǎo)體）：內(nèi)電路也需要帶電微粒定向移動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)？【設(shè)計(jì)意圖】原電池的構(gòu)成要素的探究從實(shí)驗(yàn)入手，改變單一條件，步步生成，再以電流產(chǎn)生內(nèi)顯于“帶電微粒定向移動(dòng)”，故“電子導(dǎo)體”“離子導(dǎo)體”不可缺。理論與實(shí)踐相結(jié)合，幫助學(xué)生自我生成與理解。六教學(xué)反思學(xué)習(xí)了多篇文章，借鑒了多位老師學(xué)者的想法，考慮了學(xué)生的認(rèn)知情況，結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成了這篇教學(xué)設(shè)計(jì)。此篇教學(xué)設(shè)計(jì)以情境引入-實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)開始，造成認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生思考，后續(xù)的想法因考慮到實(shí)際課堂的局限性其驗(yàn)證方式采用文獻(xiàn)信息和動(dòng)畫模擬形式，此方式雖在提高了教學(xué)可操控性。【參考文獻(xiàn)】[1]楊梓生.對(duì)高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2016(15):1-2.[2]戴維,趙雷洪.基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“SO_2的性質(zhì)和作用”為例[J].化學(xué)教學(xué),2019(01):46-51.[3]吳星.對(duì)高中化學(xué)核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)[J].化學(xué)教學(xué),2017(05):3-7.[4]王后雄.基于“素養(yǎng)為本”的高中化學(xué)學(xué)業(yè)水平考試命題研究[J].中國(guó)考試,2018(01):27-38.[5]李娜.基于“