原電池原理及其應(yīng)用探究建構(gòu)性教學(xué)設(shè)計(jì)隨著課程改革的深入，探究建構(gòu)性學(xué)習(xí)的教學(xué)模式逐漸受到廣大教師的重視。現(xiàn)代建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論倡導(dǎo)者皮亞杰（J.Piaget）認(rèn)為，有效的學(xué)習(xí)過(guò)程應(yīng)該是學(xué)習(xí)者以自身已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在與外界信息相互作用的過(guò)程中把新知識(shí)同化到原有認(rèn)知體系中去的一個(gè)建構(gòu)活動(dòng)。本文以原電池原理及其應(yīng)用為例，利用化學(xué)學(xué)科中實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行了探究建構(gòu)性教學(xué)模式的初步設(shè)計(jì)。一、教材分析本節(jié)教材是對(duì)金屬與電解質(zhì)溶液、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)的整合。由于原電池原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及日常生活方面應(yīng)用甚廣，學(xué)生有較好的感性認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)原電池原理的探索研究，來(lái)完備學(xué)生的知識(shí)體系。為了充分體現(xiàn)“探究建構(gòu)”這一指導(dǎo)思想，我們適當(dāng)?shù)陌巡糠盅菔緦?shí)驗(yàn)改為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)用品和儀器自主設(shè)計(jì)原電池裝置。對(duì)于原電池理論的微觀解釋，力求遵守直觀和感性的教學(xué)原則，采用計(jì)算機(jī)模擬等現(xiàn)代化的教學(xué)手段加以直觀化。二、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1、情景創(chuàng)設(shè)，激活問(wèn)題意識(shí)。介紹化學(xué)電池的發(fā)明史： 化學(xué)史上的不少發(fā)現(xiàn)都帶有一定的偶然性，只有那些具有科學(xué)素養(yǎng)的研究者善于捕捉實(shí)驗(yàn)中的意外現(xiàn)象，通過(guò)進(jìn)一步研究，才能發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)或規(guī)律。 十八世紀(jì)末，意大利生物學(xué)家做青蛙手術(shù)時(shí)，當(dāng)金屬手術(shù)刀觸及蛙腿時(shí)，發(fā)現(xiàn)蛙腿會(huì)抽搐。著名科學(xué)家伏特抓住這一現(xiàn)象，深入研究，在1800年3月20日宣布他的發(fā)明：人類歷史上第一個(gè)化學(xué)電池伏特電池（鋅片和銀片交替疊起來(lái)，中間隔以吸有鹽水的皮革）。1836年，化學(xué)家丹尼爾發(fā)明了人類歷史上第一個(gè)實(shí)用電池（鋅片、銅片、硫酸鋅溶液、硫酸銅溶液），并用于早期的鐵路信號(hào)燈。結(jié)論：從某一個(gè)角度看，一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都能設(shè)計(jì)成電池裝置。實(shí)驗(yàn)1：若將鐵片、銅片分別插入稀硫酸中會(huì)有什么現(xiàn)象？為什么？實(shí)驗(yàn)2：若用導(dǎo)線將鐵片和銅片連接起來(lái)再插入稀硫酸中，發(fā)生的現(xiàn)象會(huì)有什么不同？實(shí)驗(yàn)3：若在導(dǎo)線中間插入一個(gè)電流表，電流表的指針會(huì)偏轉(zhuǎn)嗎？2、學(xué)生自主探究 感受上述情節(jié)后，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主設(shè)計(jì)完成上述實(shí)驗(yàn)：設(shè)疑1、用導(dǎo)線將鐵片和銅片連接起來(lái)再插入稀硫酸中，為何銅片上有氣泡？設(shè)疑2、既然銅片上產(chǎn)生的是氫氣，是否說(shuō)明銅能失去電子？提出假設(shè)一：銅若失去電子，應(yīng)該觀察到怎樣的現(xiàn)象？啟發(fā)學(xué)生思考：銅若失去電子的話，就會(huì)生成銅離子，進(jìn)入溶液中，使溶液呈現(xiàn)藍(lán)色，而實(shí)驗(yàn)后的溶液仍無(wú)色，同時(shí)銅片反應(yīng)前后稱量質(zhì)量未減少，而鐵片減少，從而確定氫離子得到的電子是從鐵片上得來(lái)的。設(shè)疑3、鐵失去的電子如何傳遞到銅上？沿導(dǎo)線還是從溶液中，怎樣證明？提出假設(shè)二：電子若從溶液中傳遞，就應(yīng)該在溶液中有連續(xù)的氣泡產(chǎn)生，但實(shí)際上是在銅片的表面產(chǎn)生，電子若沿導(dǎo)線傳遞，必然會(huì)產(chǎn)生電流可用電流計(jì)測(cè)定。由實(shí)驗(yàn)后討論得出結(jié)論：電路中由電流，H從銅片得到的電子是由鐵片上傳遞過(guò)來(lái)的。即當(dāng)用導(dǎo)線將鐵片和銅片連接起來(lái)再插入稀硫酸后，兩金屬上發(fā)生的變化是：鐵：Fe2e=Fe2（氧化反應(yīng)） 銅：2H2eH2（發(fā)生還原反應(yīng)）結(jié)果是將Fe和H間直接轉(zhuǎn)移電子，通過(guò)導(dǎo)線和銅片間接轉(zhuǎn)移，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能?！景鍟?、原電池一種化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能的裝置消耗化學(xué)物質(zhì) 形成電流屬于氧化還原反應(yīng) 電子定向移動(dòng) 發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 出現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，層層設(shè)疑，提出假設(shè)，驗(yàn)證假設(shè)，將思維逐步引向深入，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用歸納，從能量轉(zhuǎn)化和氧化還原反應(yīng)概括出什么是原電池，培養(yǎng)學(xué)生圍繞提出的問(wèn)題，自主設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方法和過(guò)程的能力。 3合作學(xué)習(xí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論之后，教師不失時(shí)機(jī)的再次設(shè)疑：原電池中電子又是如何運(yùn)動(dòng)的？并借助計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，模擬原電池反應(yīng)，使學(xué)生在從宏觀現(xiàn)象到微觀本質(zhì)，感知從表象到內(nèi)在聯(lián)系的過(guò)程?！景鍟?、原電池的工作原理： 較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑的金屬（負(fù)極）流向較不活潑的金屬（正極）。銅鐵原電池還原反應(yīng)2H+2e = H2Fe-2e= Fe2+負(fù)極失e沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生正極不繼溶解電解質(zhì)溶液移動(dòng)陽(yáng)離子氧化反應(yīng)學(xué)生認(rèn)清原電池原理的本質(zhì)后，教師再次設(shè)疑：原電池的構(gòu)成條件是什么？學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)想和實(shí)驗(yàn)室提供的儀器、藥品進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)探究。【實(shí)驗(yàn)用品和儀器】鋅片、銅片、鋁片、鐵片、鎂條、石墨、稀硫酸、硫酸鋅溶液、酒精、稀硝酸、濃硝酸、氫氧化鈉溶液、導(dǎo)線若干、電流計(jì)、大塑杯。學(xué)生分組展開(kāi)討論，擬訂實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究，觀察并記錄電流計(jì)指針偏向、兩極發(fā)生的現(xiàn)象，根據(jù)收集的證據(jù)嘗試解釋。在學(xué)生分組探究的過(guò)程中，教師通過(guò)與學(xué)生相互交流，對(duì)部分有困難的學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)、啟發(fā)。通過(guò)改變電極和電解質(zhì)溶液，有些學(xué)生設(shè)計(jì)出以下實(shí)驗(yàn)：序號(hào)電極溶液其他現(xiàn)象ACu、ZnH2SO4導(dǎo)線、電流計(jì)有電流產(chǎn)生BCu、ZnZnSO4導(dǎo)線、電流計(jì)無(wú)電流產(chǎn)生CZn、ZnH2SO4導(dǎo)線、電流計(jì)無(wú)電流產(chǎn)生DZn、CH2SO4導(dǎo)線、電流計(jì)有電流產(chǎn)生ECu、ZnC2H5OH導(dǎo)線、電流計(jì)無(wú)電流產(chǎn)生FAl、CuNaOH導(dǎo)線、電流計(jì)有電流產(chǎn)生Al、MgNaOH導(dǎo)線、電流計(jì)有電流產(chǎn)生至此，學(xué)生為自己設(shè)計(jì)的獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)和探究到的與眾不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)論深感興奮和自豪，進(jìn)一步增強(qiáng)了探究的樂(lè)趣和自信。教師主持各小組實(shí)驗(yàn)研究的匯報(bào)活動(dòng)，在此基礎(chǔ)上共同得出構(gòu)成原電池的條件：【板書】3、原電池的構(gòu)成條件：（1） 要有活潑性不同的金屬或?qū)w，且有電解質(zhì)溶液（2） 負(fù)極金屬能同電解質(zhì)溶液能自發(fā)產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)（3） 由導(dǎo)線相連或兩電極接觸（電極與電解質(zhì)溶液接觸構(gòu)成回路）4聯(lián)系整合，意義建構(gòu)學(xué)生在上述探究過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)F觀察到電流計(jì)指針偏向Cu，實(shí)驗(yàn)觀察到電流計(jì)指針偏向Mg，說(shuō)明都符合構(gòu)成原電池的條件，形成了原電池，而且都是鋁為負(fù)極，與此前的結(jié)論“較活潑的金屬作負(fù)極”相違背?！緦W(xué)生疑問(wèn)】看來(lái)負(fù)極不一定總是較活潑的金屬。還有沒(méi)有其他例子呢？【學(xué)生討論】可以用濃硝酸作電解質(zhì)溶液，以鐵（或鋁）和銅作電極，鐵，鋁雖然活動(dòng)性較強(qiáng)，但它們會(huì)被濃硝酸鈍化，因此應(yīng)該作正極，而銅應(yīng)作負(fù)極?！緦W(xué)生實(shí)驗(yàn)】用鐵、銅和濃硝酸組成原電池，電流計(jì)指針先偏向銅，偏轉(zhuǎn)幅度不大，隨后指針逐漸回轉(zhuǎn)，偏向鐵，偏轉(zhuǎn)幅度逐漸增大。銅絲周圍有大量氣體產(chǎn)生，呈棕黃色，銅附近的溶液呈現(xiàn)黃綠色。反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，由于鐵較活潑作負(fù)極，鐵逐漸被鈍化，由于只有銅能與濃硝酸反應(yīng)了，所以銅作負(fù)極。【學(xué)生總結(jié)】原電池裝置中的兩個(gè)金屬電極作負(fù)極的不一定比作正極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)，所謂活潑性不同的兩電極是相對(duì)電解質(zhì)而言的。5知識(shí)的運(yùn)用和鞏固 探究建構(gòu)而來(lái)的知識(shí)、技能和方法需要及時(shí)的練習(xí)和應(yīng)用，才能有效地納入學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中并轉(zhuǎn)化為能力。（1）布置一個(gè)家庭小實(shí)驗(yàn)：把幾個(gè)個(gè)西紅柿用導(dǎo)線串連起來(lái)，然后接上一個(gè)0.5V的小電珠，看看小電珠是否會(huì)發(fā)光。（2）練習(xí)：如何利用下列反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池實(shí)驗(yàn)裝置？判斷電流方向，寫出電極反應(yīng)式，并用實(shí)驗(yàn)證明。2AgNO3+Cu=2Ag+Cu(NO3)2（3）Zn與稀 H2SO4和浸有CuSO4的Zn粒與稀H2SO4兩個(gè)反應(yīng)中，產(chǎn)生氫氣的速度為何不同？討論結(jié)果： Zn與稀 H2SO4 反應(yīng)中Zn板附近有大量的Zn2+，由于同種電荷的相互排拆，使H+很難得到電子，而浸有CuSO4的Zn粒與稀H2SO4反應(yīng)中，由于Cu板得到電子，且異性電荷的相互吸引， 使H+很易在Cu板上得到電子。【板書】4、原電池的應(yīng)用 （1）形成原電池能加快反應(yīng)速率；（2）制各種電池。（4） 播放課件電池的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，倡導(dǎo)學(xué)生為環(huán)保多做一份貢獻(xiàn)，多搞小研究、小發(fā)明，增強(qiáng)化學(xué)與社會(huì)生活的聯(lián)系，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“創(chuàng)造的價(jià)值”。三、結(jié)束語(yǔ)“探究建構(gòu)”模式能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性，使學(xué)生通過(guò)與外界不斷交流，對(duì)已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)作出必要的調(diào)整和更新，包含了一個(gè)交流、反思、改進(jìn)、協(xié)調(diào)的認(rèn)知過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)校和教師同樣是建構(gòu)活動(dòng)中必要的外部環(huán)境。我們希望通過(guò)這樣一種教學(xué)模式，能真正體現(xiàn)掌握解決問(wèn)題的程序和方法比掌握知識(shí)內(nèi)容更為重要這一指導(dǎo)思想，真正去實(shí)現(xiàn)教是為了不教這一目的。參考文獻(xiàn)：1文慶城 謝能偉 陳建玲.化學(xué)探究建構(gòu)性學(xué)習(xí)教學(xué)模式.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2005（12）：2427 2 黃建波.原電池原理及其應(yīng)用探究教學(xué)設(shè)計(jì).中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2005（4）：18195