归纳与整理特级教师教学实录

基于培育学科核心素养的高中化学活动元教学设计 ——第二章—化学反应与能量

第二节—化学能与电能（第1课时）

摘要：本课采用活动为线索的多动元教学，学生在主动学习和实验探究活动中提升信息获取和知识迁移技能，发展绿色化学观念，培育化学核心素养。

关键词：原电池 核心素养 活动元 教学设计

一、教材分析

1、课标与教材

课标表述为：“认识化学能可以与电能等其它形式能量之间相互转化，能量的转化遵循能量守恒定律”；“认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用”；“了解原电池的工作原理”。

人教版高中化学必修2第二章第二节《化学能与电能》是对之前“氧化还原反应”及“化学反应中的能量变化”知识的综合应用，是培养学生“宏观辨识和微观探析、证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想、科学精神与社会责任”等化学学科核心素养的良好素材[1]。

2、地位和作用

在上一节的学习中，学生已经从燃料的角度初步认识了“化学与能源”的一些知识，以后在选修4—“化学反应原理”中，将从科学概念的层面和定量的角度更加系统深入地学习化学反应与能量。通过本部分化学能与电能的相互转化以及电能应用的学习，学生将对化学在提高能源的利用率和开发新能源中的作用与贡献有初步认识；这些都能让学生深刻理解化学、技术、环境、社会的相互关系，培养绿色化学观和社会责任感等科学精神和人文精神。考虑其应用的广泛性和学习的阶段性，关于化学能与电能的相互转化，本次教学主要讨论化学能向电能的转化，以及化学能直接转化为电能的装置─化学原电池。

3、考纲要求（2017年）

理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

二、学情分析

1、知识能力

通过前期学习学生已经掌握氧化还原反应的概念及化学反应中存在能量的变化和转化，具备一定的化学思维基础和基础实验技能。但对实验现象及结果的分析、处理能力还有一定的欠缺。

2、心理特征

好奇心强，思维活跃，能积极主动地学习。此外，其年龄特点决定了他们对于直接形象的事物接触能较快的接受，而对于较抽象的概念则存在理解困难或概念不清晰的问题。

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3、解决办法

在实验操作中，需要对学生的实验操作、现象及结果的分析、处理等对学生进行细致的指导。因为原电池的工作原理涉及到较多需要想象的抽象思维，学生理解起来较为费力。因此，本次教学采用“实验”+“动画模拟”的教学形式，希望有利于学生更快、更深刻地理解相关概念。 三、教学目标

1、三维目标

（1）知识与技能

①认识化学能与电能之间的相互转化，知道原电池的概念；

②知道原电池工作原理，了解原电池的构成条件；

③学会判断原电池的正、负极，初步认识电极反应式。

（2）过程与方法

①通过实验逐步培养观察能力和分析能力；

②通过反应物之间电子转移的探究，理解原电池反应的本质是氧化还原反应。

（3）情感、态度与价值观

①通过学习，了解电能在日常生活中的重大应用，提高节约能源、节约用电的意识；

②感悟研究新型电池的重要性，形成正确的能源观，提高开发高效清洁燃料的意识。

（二）融合式目标

（1）通过思考交流，认识化学能与电能之间的相互转化，树立合理利用能源的观念，增强科学态度和社会责任

（2）通过实验探究，知道原电池的概念及工作原理，培养科学探究与创新意识

（3）通过讨论交流，学会分析简单原电池，构建认知模型

（4）通过思考交流，了解原电池构成条件，培养证据推理能力

四、教学重点、难点

1、教学重点

（1）知道原电池的工作原理；

（2）了解原电池的构成条件，能够尝试设计原电池。

2、教学难点

初步形成原电池的概念，并能够从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质。

五、教学设计思路

依据课改理念，结合新课程标准，参照活动元的教学模式，本次教学尽量让学生自主学习，使全体学生能够积极参与到教学过程，乐于探究实验，勤于思考，完成本次的学习任务。

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本次教学利用教材、图片、课外资料等教育资源，调动学生已有的生活经验，以及电学、化学反应中能量变化和氧化还原反应等知识，对“火力发电”进行剖析，为学生创设问题情景，使学生有机会去研究和总结“火力发电”的原理与弊端，实现从“化学能→热能→机械能→电能”的思维模式向“将化学能直接转化为电能”新思维模式的转换，并且初步培养如何提高能源利用率、尽量节约能源、积极开发高能清洁燃料的意识。一方面，通过课堂内的探究学习，使学生认识和体会化学能与电能相互转化的研究过程，理解氧化还原反应中的电子转移是化学电池的反应基础。另一方面，利用课外水果电池的制作和上网搜索“发展中的化学电源”等实践活动为学生提供应用知识的机会和拓展课堂知识的空间，从而进一步培养学生的科学探究能力，逐步形成严谨的科学态度和求实科学精神。

为了使本次教学设计思路更为清晰，可将课程内容大致分为三部分：

火力发电（燃烧发电的原理及弊端分析） 引出↓ 原电池实验探究（概念、工作原理、构成） 转化↓

技术产品（各种电源的设计、工作原理和应用）

六、教学策略及方法

1、采用活动元导学法

2、采用教师讲授与学生自主学习相结合，实验和多媒体展示相结合的教学方式。通过创设情境，引入新课→思考交流，实验→分析推理→归纳总结，学以致用→巩固提升等环节组织教学，引导学生在学习活动任务的驱动下，主动完成学习过程。

七、教学准备

1、基于核心素养培养培养的学案

2、Zn－H2SO4(aq)－Cu原电池实验装置6组（Zn片6片，Cu片6片，0.2mol/L H2SO4溶液6小瓶，100mL烧杯6个,灵敏电流计6个，导线若干）

八、教学过程设计

活动一

思考交流

认识化学能与电能之间的相互转化，树立合理利用能源源的观念（6min）

活动目标

认识化学能与电能的相互转活动形式

1、阅读

了解教一次能源（举例）： 材第39页 二次能源（举学生活动过程与结果

教师活动及设计意图

- 3 - 换，了解电第1、2、3例）： 能在日常

自然段。

生活中的2、阅读

一、火力发电的过程

适时引导、提醒学生

本活动以自主学习为主，教师适时引导，提醒是为了让其了解本节课要学习的基本内容，对属于了解性的内容让学生课前预习，便于课堂上处理关键的重大应用， 了解教

提高节约材第39页能源、节约第4、5自用电的意然段第40识，树立合页第1自理利用自然资源的观念，形成正确的科学态度和社会责任

然段。

3、阅读

了解教材第40页第2自然段。

是火力发电中化学能转化为电能的关键，其本质是氧化剂与还原剂之间发生 的过程。

火力发电的弊端？在化学能转换成电能的过程中如何尽可能地减少能源浪费？

写出Zn与稀硫酸反应的离子方5、知识回程式，找出氧化剂、还原剂，并用单顾

线桥标出电子转移情况。

问题。

4、思考交流

【过渡】既然火力发电能源利用率不高，还污染环境，那么有没有一种装置可以直接将化学能转化成电能呢？

活动二

实验探究

了解原电池的概念及工作原理（14min）

活动目标

知道原电2、实验

池的概念，验证

活动形式

学生活动过程与结果

教师活动及设计意图

利用多媒体播放电视剧1、思考

交流

观看电视剧《寻秦记》中古天乐《寻秦记》片段，引导学生思饰演的项少龙如何设计电池装置，思考，并让学生交流，对其想法考项少龙设计的装置是不是真的可此时不予评价。

以产生电流，并做交流。

创设情景，激发学生的兴趣。

将Zn、Cu插入稀硫酸溶液，观察Zn片、Cu片表面变化

- 4 - 通过PPt展示，强调实验观察的地方以及注意事项；

了解原电池的工作原理，理解原电池反

实验操作过程中指导学生动并引导学生积极思考将Zn、Cu导线连接后，再接灵手实验，敏电流计，插入稀硫酸溶液，观察Zn片、Cu片表面变化及电流计指针变化。

隐藏在现象背后的原因。

保证全部学生能正确完成实验操作、观察

到预期的实验现象。

应的本质3、对比

是氧化还实验

原反应，培养学生观察能力和分析能力。提升学生证据推理能力，培养科学探究的意识和能力。

该处实验室为和前一个实验形成鲜明对比，让学生对原电池的神奇有一个直观的对比认识。

利用电子白板，先引导学生根据模拟动画解释实验现 象；再引导学生书写电极反应式，判断反应类型，书写电池 极：Zn片

总反应式，最后以实物电池为4、参照生 发生 反应

参照，根据学生已有电学知活中熟悉的

识，引导判断原电池的正负各类电池，

极，进一步引导学生思考原电 极：Cu片 观看Cu-Zn池正极的作用，以及介绍稀硫 原电池工作 发生 反应

酸中离子的异动情况。

原理动画模

此处比较抽象，故采用模拟，分析原

拟动画的形式引导学生了解电池工作原电池总反应式： 原电池的工作原理，同时设计理。

的时候特别注意问题的梯度，层层剖析，希望能够让学生理解得更透彻。

- 5 -

【过渡】通过实验探究我们知道了Zn－Cu原电池的工作原理，接下来让我们思考归纳，小组交流讨论。

活动三

讨论交流

能够分析简单原电池（8min）

活动目标

活动形式

学生活动过程与结果

教师活动及设计意图

适时引导、提醒，让学(1)从电子流出的方向判断

1、思考归纳： 电子流出的为 极，电子流入进一步观察的为 极。电流流向和电子流向

Cu-Zn原电 。

池工作原理

示意图，总(2)从氧化还原反应的角度分析

归纳原电 发生氧化反应的为 极，发生

学会判结、断原电池池正负极特还原反应的为 极。

学会判断

的正、负点，极，初步认原电池正负(3)电极材料的相对活泼性

初步认识 相对较活泼的金属为 极，相识电极反极，应式，培养电极反应。

对较不活泼的金属或非金属为 模型认知能力。

2、巩固练习

判断原电池正负极，书写电极反应式。

极：Mg片： ，

反应；

极：Ag片： ，

反应；

电池总反应式(离子方程式）：

【过渡】看来同学们对原电池的工作原理已经了如指掌，那老师想问大家：“你知道要组成一

- 6 - 生自主分析、讨论、交流。

在学习了原电池的工作原理之后，进一步地引导学生根据Cu-Zn原电池工作原理图归纳原电池的正负极特点，从而既进一步熟悉了原电池的工作原理，又学会了如何判断原电池的正负极这一学习目标，一举两得。

此前通过观察实验现象、分析Zn—Cu原电池工作原理、观看动画模拟，此时该活动任务就比较轻松，可以让学会自主学习，增强学习能力和氛围。

极。

以自主学习为主，引导、提醒学生。

巩固刚刚学习的如何判断原电池的正负极以及原电池的工作原理。

个原电池需要哪些条件吗？”等学生回答。接下来请同学们思考交流，小组合作，分析原电池的构成条件。

活动四

思考交流

了解原电池的构成条件（10min）

活动目标

1、对比Cu—Zn原电池，完成右边实验，找出原电池的构成条件之

原电池构成条件一

2、对比Cu—Zn原电池，推测右边实验，找出原电池的构成条件之二

原电池构成条件二

3、对比 - 7 - 活动形式

学生活动过程与结果

教师活动及设计意图

指导学生完成实验1，根据原电池的工作原理引导学生完成推测2，然后引导学生观察和Cu-Zn原电池的差异，最后得出原电池的构成条件一：两个活泼性不同的电极，正极可以为导电的非金属材料。

以实验探究的形式加上逻辑推理，能够让学生掌握的更清楚。但是加大了学习难度，所以需要适时的指导和引导。

根据原电池的工作原理（一般情况下负极和溶液自发地发生氧化还原反应）引导学生完成推测2，最后引导学生观察和Cu-Zn原电池的差异，最后得出原电池的构成条件二：需要能和负极发生氧化还原反应的电解质溶液。

以Zn—Cu原电池工作原理为基础，引导学生自主分析、交流讨论，总结概括。学会自主学习，增强学习能力和氛围。

以实验探究的形式，根了解一。

原电池的构成条件,提升学生证据推理能力，培养科学探究的意识和能力。

了解原电池的构成条件,提升学生证据推理能力，培养科学探究的意识和能力。

Cu—Zn原电

池，完成右边实验，找出原电池的构成条件之三。

原电成条件三

池构

据原电池的工作原理（离子移动及溶液整体电中性）引导学生完成实验，引导学生观察和Cu-Zn原电池的差异，最后得出原电池的构成条件三：形成闭合回路。

以探究形式，引导学生自主分析、交流讨论，总结概括。学会自主学习，增强学习能力和氛围。

4、巩固练习判断是否可以构成原电池。

引导思考，点评

主要以学生自主分析、交流讨论，总结概括为主。让其学会自主学习，增强学习能力和氛围。

课堂小结（2min）

活动目标

总结本课所学内容，感悟研究新型电池的重

活动形式

根据本节课所学内容，完成活动总结。

学生活动过程与结果

教师活动及设计意图

由学生自主总结本节课1、原电池的定义

2、组成原电池的条件

3、原电池的原理

- 8 - 所学内容，并交流讨论。增强学习能力和氛围。

对学生的总结进行点评，强调重难点。

要性，形成正确的能源观。形成正确的科学态度和社会责任

九、板书设计

原电池

一、化学能与电能的相互转化

二、原电池：将化学能转化为电能的装置

1、工作原理

负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）

正极（Cu）：2H++2e-=H2↑（还原反应）

电子流向：负极（Zn）→正极（Cu）

- 离子流向：H+→正极（Cu）；SO24→负极（Zn）

2、原电池正负极的判断

①从电子流出的方向判断（电子流出的为负极，流入的为正极） ②从氧化还原反应的角度（氧化反应为负极，还原反应为正极） ③电极材料的相对活泼性（较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或非金属为正极）

3、原电池的构成条件

①自发的氧化还原反应

②活泼性不同的两种金属材料做电极（正极可为导电的非金属，如：石墨）

③电解质溶液

④形成闭合回路

十、作业布置

为了巩固本节课知识与技能目标（认识化学能与电能之间的相互转化，知道原电池的概念；知道原电池工作原理，了解原电池的构成条件；学会判断原电池的正、负极，初步认识电极反应式），促进对本节课重难点（知道原电池的工作原理；了解原电池的构成条件，能够尝试设计原电池；初步形成原电池的概念，并能够从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质）的理解；同时为能够给学生提供应用知识的机会和拓展课堂知识的空间，将课堂上学到的知识应用到生活中去。布置作业如下：

①完成练习册《原电池》部分。

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②利用身边可以找到的电极材料，以苹果、柑橘等水果的果汁为电解质溶液尝试制作原电池。

③上网查询，发展中的化学电源种类及应用，为第二节课的学习做准备。

十一、教学反思

1、课前反思

本节课以活动元教学模式展开，以任务为主线，活动为主体。教学中以学生自主学习为主，教师引导为辅，并在重难点部分开展实验探究学习，基本做到了学生才是本堂课学习的主体，应该能够完成了预定的教学目标。但是在设计时对“课堂意外”可能考虑的不够充分，面对突发问题可能手足无措，致使课堂留下遗憾和不能解决的问题，更别说能够充分利用好“课堂意外”为整个课堂增加活跃的学习氛围。发展学生化学核心素养需要教师精选教学素材，强化学科属性，转变教学范式，有目的、有计划地“培育全面发展的人”[2]。

2、课后反思

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参考文献

[1]

张青杨，张括志.基于培育学科核心素养的“电化学”复习教学设计[J].中学化学教学参考，2018（1-2）：15-17. [2]

施久铭. 核心素养：为了培养“全面发展的人”[J].人民教育，2014（10）：13-15.

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