孫成余

化學實驗探究的教學要抓住兩個關(guān)鍵要素：科學探究的本質(zhì)和真實情境的創(chuàng)建。密切關(guān)注化學與社會生活的聯(lián)系，創(chuàng)設(shè)真實而有意義的情境，根據(jù)學生的心理特點和具體的教學內(nèi)容精心設(shè)計探究活動，有效地組織和實施探究教學，增進學生對科學探究的體驗，發(fā)展學生的科學探究能力，讓學生思考并交流，引導學生認識物質(zhì)世界的變化規(guī)律，形成化學的基本觀念。在尊重實驗、理解實驗、善用實驗、創(chuàng)新實驗的基礎(chǔ)上，真正實現(xiàn)教與學方式的轉(zhuǎn)變，達到物我互化的教學境界[1]。

以原電池原理的教學片段為例，本著遵循思維的連貫性和暴露思維過程、加強宏觀世界與微觀粒子之間的聯(lián)系、促進基本觀念形成的設(shè)計理念，在真實的情境之中，引領(lǐng)學生逐步掌握原電池的工作原理——電子的轉(zhuǎn)移，讓學生充分感受和領(lǐng)悟化學學科的價值，使學生在親歷中感受到直接的、具體的、豐富的實驗體驗，并在體驗中產(chǎn)生情感，形成態(tài)度、觀念[2]。

一、用真實的情境蘊含著化學知識——建立概念

化學知識無處不在，如何將散落于學生生活和經(jīng)驗之中的化學知識串聯(lián)起來，使之服務于化學教學，促進和幫助學生對概念原理的理解和基本觀念的建立，是體現(xiàn)一名化學教師基本功力的表征之一。通過化學實驗將化學知識蘊含于真實而有意義的情境之中，選擇和運用合適的教學方式探索解決問題的途徑和方法，能夠幫助學生深化對基本概念和基本原理的理解，建立起化學的視角，樹立全新的價值觀、發(fā)展觀和科學觀。

片段一：生活中的原電池

【課題引入】要想檢驗一節(jié)廢棄的干電池是否還有余電，一般會用什么辦法？

【學生回答】裝入手電筒，觀察燈泡是否明亮。

【教師】很好，這就是說：在閉合電路中，當有電流時燈泡就會亮起來（或者電流計指針就會偏轉(zhuǎn)），這也給我們提供了一種檢驗電流的日常方法。

【過渡】現(xiàn)在我們有一套裝置，不知能否產(chǎn)生電流？怎么辦呢？

【實驗探究】教師指導學生銅—鋅原電池的組裝并接入電流計或者燈泡。

【學生回答】燈泡亮了，有電流產(chǎn)生。

【教師引導】電流其實就是電子的定向流動的結(jié)果。

【教師】這種能形成電流的裝置，就可以作為提供電能的電源。今天我們就要學習一類最原始的電源——原電池。

【板書】原電池的定義

設(shè)計意圖：以日常生活中廢棄電池的利用為切入口，將枯燥的理論知識包裹在日常生活的真實情境之中，讓學生體會原電池與人類社會的密切關(guān)系，為后續(xù)的綠色化學、綠色能源的延伸埋下伏筆；通過伏打電池的電流驗證，讓學生直接感受到肉眼看不見的電子轉(zhuǎn)移是確實存在的， 猜想原電池的原理本質(zhì)是與電流（或電子）有關(guān)的。幫助學生掌握了原電池的概念，建立了能量轉(zhuǎn)換的觀點，初步從現(xiàn)象描述（燈泡變亮）到本質(zhì)暗示（電子的定向流動），使學生不由自主地帶著問題追根尋源，主動進入探究角色，產(chǎn)生強烈的探究電流產(chǎn)生的本質(zhì)原因的認知動力。

二、用真實的思維沖突引發(fā)基本觀念的建構(gòu)——理解概念

問題解決的起點是思維，思維的指向是問題的解決，化學實驗是化學科學的基礎(chǔ)，能為學生提供具體、形象的感性材料，是學生理解化學概念、形成化學基本觀念不可或缺的重要手段。通過創(chuàng)設(shè)不同的學習情境引發(fā)思維的沖突，讓學生在實驗中應用概念解釋現(xiàn)象或解決問題，檢驗學生是否真正理解和掌握化學概念，對幫助學生理解概念原理的內(nèi)涵、外延、應用等極有幫助，不僅大大拓展了學生對其理解的深度和廣度，而且為學生提供了更多的實踐探索和研究的機會，是學生化學基本觀念的建構(gòu)的重要途徑之一。

片段二：原電池的本質(zhì)原理

【教師】 我們透過宏觀的實驗現(xiàn)象（燈泡變亮）證明產(chǎn)生了電流，這種持續(xù)不斷的電流是如何產(chǎn)生的呢？從微觀的角度該如何解釋？讓我們動手做兩組對照實驗。

【教師】介紹實驗方法、所需試劑，強調(diào)實驗注意觀察，并要求將現(xiàn)象記錄在學案上。

【學生實驗1】先將連接有燈泡（或電流計）的銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，再將銅片換成鋅片重復進行上述實驗，分別觀察有什么現(xiàn)象，并把現(xiàn)象記錄在學案的表格中。

【學生交流現(xiàn)象】銅片插入時燈泡不亮，銅片沒有變化；鋅片插入時燈泡也不亮，但鋅片上有氣泡產(chǎn)生、鋅片溶解了。

【教師】為什么？

【點撥提示】師生共同回憶金屬活潑性順序，比較鋅、銅的金屬活動性差異。

【學生討論解釋】銅不能與硫酸反應， 鋅雖然可與硫酸反應，但沒有閉合電路，不能形成電流。

【教師】 很好，鋅與稀硫酸的反應是氧化還原反應嗎？如果是，請寫出鋅與稀硫酸反應的離子方程式，并畫出電子轉(zhuǎn)移方向與數(shù)目。

【學生實驗 2 】將中間串聯(lián)有燈泡（或電流計）的銅片和鋅片同時平行插入燒杯中，再觀察、記錄實驗現(xiàn)象。

【學生觀察記錄】燈泡變亮（或電流計指針偏轉(zhuǎn)），鋅片快速溶解但鋅片上氣泡少，而銅片不溶解但卻出現(xiàn)了大量氣泡。

【啟發(fā)引導】鋅、銅片同時插入和分別插入時所產(chǎn)生的現(xiàn)象差異很大，雖然兩種情況下鋅片都溶解反應了，但是產(chǎn)生氣泡卻從單一時的鋅片上轉(zhuǎn)移到了連接后的銅片上了，這是為什么？請大家討論解釋。

【學生討論】教師結(jié)合上述學生板書的鋅與硫酸反應的離子方程式中的電子轉(zhuǎn)移方向進行指導。

【師生總結(jié)回答】根據(jù)離子方程式中的電子轉(zhuǎn)移方向說明鋅片失去電子，大量電子沿著導線方向從鋅片上轉(zhuǎn)移到銅片上， H +到 Cu 片上得到電子產(chǎn)生H2，所以出現(xiàn)了燈泡變亮、鋅片溶解，銅片上產(chǎn)生大量氣泡的現(xiàn)象。

【教師追問】銅片上產(chǎn)生氣泡，是否有可能是銅在鋅片的催化下與稀硫酸反應呢？

【學生回答】不可能。因為實驗現(xiàn)象鋅片溶解、銅片不溶解，證明了鋅與硫酸反應了而銅與硫酸不反應；同時金屬活動性順序表中銅位于 H 后鋅位于 H 前，理論上銅也不可能與稀硫酸反應；若銅片反應，則銅片就會溶解，溶液就該變藍色，與事實不符。endprint

設(shè)計意圖：從真實的問題解決的需求中體現(xiàn)觀念建構(gòu)的價值，在感性認識的基礎(chǔ)上適時地引發(fā)思維沖突，暴露學生的思維過程，鼓勵學生產(chǎn)生觀點和問題，注意聆聽并尊重學生的觀點、問題和提出的證據(jù)，使教師與學生之間建立起了工作性關(guān)系，優(yōu)化了教學的方式。對原電池產(chǎn)生電流原因的分步探究，幫助學生總結(jié)構(gòu)成原電池的基本要素；通過金屬活動性順序表、氧化還原反應等知識的回顧，充分展示原電池反應的微觀過程，幫助學生形成宏觀現(xiàn)象的微觀認識的方法觀念，有利于發(fā)展學生對原電池概念的理解和本質(zhì)的把握；通過遷移聯(lián)想與類比推理等方法，幫助學生掌握電極判斷、反應式的書寫以及電子流向的確定，更好地理解原電池的工作原理以及裝置中各部分的作用。

三、用真實的探究過程實現(xiàn)教與學方式的轉(zhuǎn)變——形成觀念

通過探究過程的真實展現(xiàn)，充分發(fā)揮實驗的教學功能，有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、創(chuàng)新精神和實踐能力；有利于學生認識方式的轉(zhuǎn)變（孤立要素——聯(lián)系系統(tǒng)；靜態(tài)組成——動態(tài)變化；定性——定量）；有利于學生形成認識能力（描述和說明、分析和解釋、預測和證明、設(shè)計和調(diào)控）；有利于實現(xiàn)從低水平的探究式教學到高水平的探究式教學的轉(zhuǎn)變。幫助學生對當前學習內(nèi)容所反映事物的性質(zhì)、規(guī)律以及該事物與其他事物之間的內(nèi)在聯(lián)系達到較深刻的理解[3]。促進學生形成實驗觀、定量觀、宏微結(jié)合觀等化學基本觀念。精心設(shè)計和組織探究活動，靈活運用啟發(fā)式、探究式、討論交流等各種教學方式，引導學生開展自主學習、探究學習和合作學習；處理好教師引導探究和學生自主探究之間的關(guān)系，以保證教學方式運用的有效性，通過高級思維將探究教學與創(chuàng)新能力在培養(yǎng)本質(zhì)上建立起聯(lián)系，從而將科學探究教學與創(chuàng)新能力培養(yǎng)落到實處[5]，使實驗探究更富有成效。

片段三：原電池的歷史變遷

【過渡】我們都知道世界上第一個電池是由伏打制作的。

【投影】伏打電池的圖片。這就是公元 1800 年，科學家伏打制造出的第一個電池。他把含食鹽水的濕抹布，夾在銀和鋅的圓形板中間，堆積成圓柱狀，制造出最早的電池——伏打電池（伏打電堆）。

【回顧】 從前面的學習中我們發(fā)現(xiàn)這種原電池存在著許多問題（重復演示前面伏打電池原理實驗，燈光較暗，電壓不足）。

【學生討論】伏打電池的主要缺陷有哪些？如何解決？

【總結(jié)歸納】伏打電池主要存在的電流電壓不穩(wěn)定、下降快、效率低的問題。

【簡介】這個問題在 1836 年由英國人丹尼爾首先想到并得到了解決，他將銅片和鋅片分別浸在硫酸銅溶液和硫酸鋅溶液中，用多孔陶瓷將兩種溶液隔離，得到了電流和電壓相對比較穩(wěn)定的伏打電堆。（動態(tài)顯示鹽橋原電池的組成）

【思考討論】

（1）這是由兩個半電池組成的原電池，工作原理是什么？

（2）鹽橋在這里起到了什么作用？

（3）為什么問題就解決了呢？

【學生活動】總結(jié)出丹尼爾電池的工作原理、鹽橋的作用和該電池的優(yōu)點。

【思考討論】丹尼爾電池的結(jié)構(gòu)，給了你哪些啟發(fā)？

全班討論后交流總結(jié)：

（1）只要是能自發(fā)進行的氧化還原反應，都能設(shè)計成原電池。

（2）氧化反應和還原反應可以分開在不同區(qū)域進行，再以適當方式連接，便可以獲得電流。

【結(jié)論】 可見丹尼爾電池的結(jié)構(gòu)揭示了原電池的本質(zhì)。

【過渡】 隨著原電池用途的廣泛和綠色環(huán)保理念的深入，人們對電池的發(fā)展也提出了小型化、多功能化、多次循環(huán)利用、綠色環(huán)保等要求，制造出了小巧玲瓏、性能優(yōu)異、綠色環(huán)保的各種電池。前景看好的綠色高效的燃料電池便是其中一種。

【視頻】氫氧燃料電池的制作及演示。

【思考】燃料電池有什么優(yōu)點？

【思考】既然燃料電池有那么多優(yōu)點，那為什么沒有普及？

設(shè)計意圖：在原電池的歷史變遷中，讓學生認識到伏打電池的歷史作用以及它本身所固有的缺陷，激發(fā)學生進一步思考原電池的本質(zhì)原理以及對伏打電池改進的愿望。在對丹尼爾電池工作原理的研究過程中，學生不僅深化了對原電池概念的理解、把握了原電池的本質(zhì)——自發(fā)的氧化還原反應，形成了實驗是化學最高法官的觀點，而且固化了電子轉(zhuǎn)移的微觀觀念，達成了宏微結(jié)合思想，在對未來的化學電源應該是怎樣的思考中，激發(fā)學生學習和創(chuàng)新的愿望，確立了綠色環(huán)保的理念。

在科學經(jīng)驗的基礎(chǔ)上用真實的情境幫助學生建立科學概念，利用實驗創(chuàng)設(shè)恰當?shù)摹熬场北┞秾W生思維的真實過程，通過思維的沖突激發(fā)學生的“情”，在歷史的長河中引導學生積極探索，幫助學生在探究的真實過程中掌握概念、理解概念，在領(lǐng)會科學概念本質(zhì)的前提下形成科學觀念。

參考文獻：

[1] 靳瑩.超越器物層面 思想創(chuàng)新先行[J].化學教學，2014（2）：7-11.

[2] 宋心琦.化學實驗教學問題[J].中學化學教學參考，2011（11）：3-6.

[3] 李愛娟.建構(gòu)主義學習理論在課件開發(fā)中的指導作用[J].教學與管理（理論版），2007（11）：68-69.endprint