石冬梅

摘要：經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，將探究性教學(xué)理念運(yùn)用于原電池教學(xué)。對(duì)原電池學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探討與改進(jìn)，從而設(shè)計(jì)了“人體電池”；選擇一些簡(jiǎn)單材料并利用人體內(nèi)阻組成“人體電池”，再通過(guò)幾次改變實(shí)驗(yàn)條件，得出了相關(guān)的結(jié)論?！叭梭w電池”不僅能引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：原電池；人體電池；實(shí)驗(yàn)探究及設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）2–0061–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

高中化學(xué)新課程重點(diǎn)突出了實(shí)驗(yàn)的重要性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)貼近生活、貼近社會(huì)，強(qiáng)調(diào)要使學(xué)生形成綠色化學(xué)理念，拓展了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能，突出了科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的作用。同時(shí)盡可能地創(chuàng)造機(jī)會(huì)加強(qiáng)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)，以此來(lái)鞏固化學(xué)知識(shí)、操作方法和實(shí)驗(yàn)技能，提高他們的科學(xué)創(chuàng)造能力和素養(yǎng)。下面筆者就多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，對(duì)原電池學(xué)生實(shí)驗(yàn)[1]進(jìn)行了探討、設(shè)計(jì)與改進(jìn)，淺析如下：

1 設(shè)計(jì)理念

在高中化學(xué)知識(shí)體系中，電化學(xué)是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容。原電池是電化學(xué)的基礎(chǔ)，在高考試題中占有較高的比例，主要滲透在有關(guān)氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)能量的變化的考題中。所以，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的具體情況，運(yùn)用有趣、高效的教學(xué)方法來(lái)吸引學(xué)生、引起學(xué)生對(duì)電化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣[2]，并通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)電化學(xué)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2 教材分析

2003年人教版高中化學(xué)教材選修4第72頁(yè)“科學(xué)探究”中，在研究電極材料對(duì)電池效率的影響時(shí)，只是提示可以使用兩片不同的金屬片、砂紙、濾紙、食鹽水、導(dǎo)線、靈敏電流表，讓學(xué)生進(jìn)行自主探究，設(shè)計(jì)原電池并進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。

3 教參分析

人教版《化學(xué)反應(yīng)原理教師教學(xué)用書》第84頁(yè)“活動(dòng)建議”中給出的方案是分別用Cu、Ag（正極）和Zn、Fe、Al（負(fù)極）組成原電池的兩個(gè)電極，用導(dǎo)線分別將正、負(fù)極與靈敏電流計(jì)相連，將4層濾紙夾在正極片和負(fù)極片之間（務(wù)必使兩極與濾紙緊貼在一起），再滴入食鹽水浸濕濾紙做實(shí)驗(yàn)，并觀察它們的差異。該學(xué)生實(shí)驗(yàn)雖然裝置簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，但也有不足之處：學(xué)生需要不斷地更換電極，然后作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并且每次做實(shí)驗(yàn)時(shí)很難控制單一實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

4 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

針對(duì)以上實(shí)驗(yàn)方案的不足，我們?cè)O(shè)計(jì)了“人體電池”，經(jīng)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)證明，效果比較理想，使整套裝置更便于學(xué)生的自主探究，同時(shí)具有操作簡(jiǎn)便、材料易得、節(jié)約試劑（藥品）、綠色環(huán)保、新穎獨(dú)特和生動(dòng)有趣等特點(diǎn)[3]。

4.1 實(shí)驗(yàn)儀器及用品

鋁片、錫片、銅片、鋅片、鐵片、石墨棒、NaCl溶液（1 mol·L-1）；砂紙、導(dǎo)線、濾紙、靈敏電流表、鑷子、50mL燒杯

4.2 實(shí)驗(yàn)原理

原電池是化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其工作原理是靠電池內(nèi)部自發(fā)進(jìn)行氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，這種反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行。當(dāng)外電路閉合時(shí)，在兩電極電位差的作用下即有電流流過(guò)外電路，同時(shí)在電池內(nèi)部發(fā)生電荷傳遞[4]。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的“人體電池”，依靠人體當(dāng)導(dǎo)體，左手和右手分別觸碰的金屬（或者是石墨棒）當(dāng)做原電池的兩個(gè)電極，兩個(gè)手掌上的汗液中有鹽分，即鹽溶液，充當(dāng)了電解液。當(dāng)左手和右手同時(shí)和電極板觸碰時(shí)，就相當(dāng)于構(gòu)成了閉合回路，由于兩個(gè)電極電位存在差異，即有電流產(chǎn)生。

但是由于個(gè)體差異，手掌上的汗液可能較少，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)需要涂抹適量的食鹽水。在實(shí)驗(yàn)前，我們隨機(jī)挑選了8位學(xué)生，分別測(cè)了他們的內(nèi)阻，內(nèi)阻在900～1200歐姆之間，然后采用靈敏電流表測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的電流。由于每位學(xué)生的人體內(nèi)阻不同，從而導(dǎo)致產(chǎn)生的電流大小也不同。

4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

“人體電池”裝置如圖1所示。

4.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）配制1 mol·L-1的NaCl溶液50mL。

（2）將鋅片用導(dǎo)線與靈敏電流表負(fù)極相連，鋁片、鐵片、錫片、銅片、石墨棒先用導(dǎo)線并聯(lián)，再與靈敏電流表的正極相連。

（3）用砂紙打磨金屬片的表面，用鑷子夾取棉花蘸取食鹽水涂抹電極板表面。

（4）首先讓學(xué)生的左手觸摸鋅片，右手可以分別觸摸鋁片、鐵片、錫片、銅片、石墨棒，同時(shí)記錄靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)大小及方向（見表1）。

（5）讓小組內(nèi)兩位同學(xué)手牽手，讓一位同學(xué)的左手觸摸鋅片，另一位同學(xué)的右手可以分別觸摸鋁片、鐵片、錫片、銅片、石墨棒，同時(shí)記錄靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)大小及方向（見表2）。

4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.6 實(shí)驗(yàn)討論

（1）通過(guò)探究活動(dòng)，討論哪兩種金屬組成原電池的正、負(fù)極時(shí)，產(chǎn)生的電流較大[5]？

（2）電路中原電池釋放電流的大小除了受金屬活動(dòng)性影響以外，還與哪些因素有關(guān)？

4.7 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

（1）實(shí)驗(yàn)所用的銅片、鋅片、鐵片的大小需要相同。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果手上的汗液較多，電極板上可不必涂抹NaCl溶液。

（3）依據(jù)每個(gè)學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件，可以隨意更換不同的材質(zhì)（金屬），不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)。

（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度，就可以判斷電極的活潑性差異大小。

（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)反向，則證明組裝成的原電池的正、負(fù)極反向。

（6）可以得出結(jié)論：原電池輸出電能的能力取決于組成原電池電極材料的氧化還原能力。

5 學(xué)生收獲

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，不僅對(duì)教材中的探究性內(nèi)容進(jìn)行了深刻挖掘，同時(shí)對(duì)教材中某些不適宜探究性教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，補(bǔ)充了一些問題情境，拓展了教材的思想與內(nèi)涵，突出了實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)作用。這不僅使學(xué)生明白人體是一導(dǎo)體以及安全電壓等知識(shí)，而且提高了學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，也使學(xué)生有了親身體驗(yàn)并掌握一些常規(guī)的生活實(shí)驗(yàn)規(guī)律，感受到科學(xué)就在身邊。這是筆者在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中探究原電池形成條件時(shí)的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在今后原電池設(shè)計(jì)的教學(xué)中，還會(huì)不斷地探究、改進(jìn)，采用更科學(xué)、更貼切的教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭曉紅.幾則電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新[J].化學(xué)教育，2015，（3）：70.

[2]于永明.若干電化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（7）：44.

[3]許國(guó)霞，常季春，姚建軍.原電池的微型化演示實(shí)驗(yàn)[J].化學(xué)教育，2013，（8）：62.

[4]孫丹，熊曉丹，伍曉春.海洋寶寶運(yùn)用于原電池反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015，（8）：63.

[5]過(guò)文學(xué)，俞斯敏.化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——“果凍”電池[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014，（5）：55.