归纳与整理教案及板书设计

基于科学素养目标体系构建的教学设计

———以《化学能与电能》为例

安徽省舒城中学 常维军

（注：本文选自笔者教育硕士学位论文，有删改。）

1课程标准与教材分析：科学素养的生长点

普通高中化学课程标准（实验）在必修2的内容标准中明确提出“举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。”1在人教版的化学必修2教材中，《化学能与电能》是《化学反应与能量》单元的重要组成部分2，在化学理论教学中凸显出特殊地位。在章节说明中，总体教学目标要求“能举例说明化学能与电能的转化关系及其运用，认识化学能转化为电能对现代化的重大意义，初步了解化学电池的化学反应基础（氧化还原反应）以及研制新型电池的重要性。”3可见教材的总体教学目标是课程内容标准的具体化和进一步拓展，对“化学能与电能的转化关系及其运用”只需要“举例说明”即可，即侧重定性分析和描述，定量的推理分析被安排于选修部分，不予深究。教材增添的目标“认识化学能转化为电能对现代化的重大意义，初步了解化学电池的反应基础以及研制新型电池的重要性”体现了基础知识和情感态度的多重需求，为教师教学中健全学生科学素养提供直接依据。

教材内容分为三个部分，分别涉及火力发电现状、原电池的基本原理和发展中的化学电源，具体情况如下：

图1：人教版《化学能与电能》教材内容分析

火力发电：燃烧发电的原理

及利弊分析

引出

原电池实验探究：概念、工作原理、组成及创造性应用

转化

技术产品：各种化学电源的设计、工作原理及应用

教材首先探讨火力发电的利弊，特别是多重的能量转化所存在的问题引出能量形式的一步转化的期望，由此进入化学能直接转化为电能的可行性探究。立足于铜锌原电池基本工作原理的基础上，引导学生探究如何合理设计原电池。通过介绍几种常见的化学电源，让学生体验电池为人类生活提供便利，感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观、正确的能源观。

2学生状况分析：科学素养的需求点

学生对化学反应的认知具有一定的阶段性，在处于高一第二学期伊始，能够深刻理解化学反应的物质变化，但对于化学反应的能量变化缺乏系统性认知。从知识与技能维度来看，学生在本单元的学习需完成以下突破：

1中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准（实验）[S] ．北京：人民教育出版社，2003.4

2人教社课程教材研究所．普通高中课程标准实验教科书化学2[M] ．北京：人民教育出版社，2006.5 3人教社课程教材研究所．普通高中课程标准实验教科书化学2教师教学用书[M] ．北京：人民教育出版社，2006.5

图2：《化学能与电能》学生知能建构图

第一层：

化学反应的物质变化，认识化学反应是有新物质生成的变化过程。

第二层：

化学反应的能量变化，认识化学能可以和其他形式的能量发生转化。

第三层：

原电池原理，认识自发进行的氧化还原反应化学能可以转换为电能。

第四层：

原电池原理，举例认识正负极反应致使电流的产生。

与知识需求相比，情感需求更为重要。特别是在以低能耗、低排放为目标的今天，学生在学习中形成正确的能源观极为迫切。在此之前，学生认识到以氢气为代表的新能源极其广泛的应用前景，认同以“新”代“旧”的能源变革观点。但是在技术条件短时间内无法具备的前提下，如何对常规能源进行合理性应用变得极其重要，提高能源的使用效率、避免浪费才是学生更需求的观点要素。这种高效使用能源的期望一旦在本节得到体现，学生的需求将获得满足，学习积极性将大幅度提高，更愿意去探索、接受，形成健全的科学素养体系。

3教学目标及其成因分析：科学素养各要素阐述

本节教学的核心点在于: “举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。”结合教材和学生状况分析，“化学能转化为电能”理应成为设计各目标要素的起点。从知识与技能维度

第五层：

原电池原理，能自行设计简单的原电池装置。由此形成能力。

来看，转化关系的原理最为重要，学生要能做到“举例说明”，认知水平接近于使用、设计，属于最高的认知性学***。对这种转化关系的认知是一种过程性建构，包含在接受学习、主动分析与探索特别是如水果电池的探究设计过程之中。而学习过程中学生的认知方法有两大方式，其一是个别探究，可以是探究设计水果电池，及时运用了解到的基本原理；其二是演绎法，将“化学能转化为电能”的基本原理在常见的化学电源中应用分析，既有助于加深对理论知识的理解，又便于对常见的化学电源进行构造、优缺点等价值分析。另外，本节教学的情感教育取材广泛，比如火力发电的利弊分析讨论有助于学生形成正确的能源观，再者认识发展中的化学电源，体验电池给生活带来的便利，并认识到研制新型电池的重要性。

笔者主张本节教学目标的表述方式应隐性化处理，主要原因是各目标维度难以武断分割。比如原电池原理是知识目标，但理解建构又属于过程性目标，而具体原电池的设计又属于探究过程，涉及方法性目标。

鉴于以上原因，本节教学目标的具体内容设计如下：

（1）通过对火力发电的原理和利弊讨论，建立正确的能源观；

（2）举例说明化学能与电能的转化关系及其应用，能设计简单的原电池；

（3）认识常见的化学电源，了解化学能转化为电能对现代化的重大意义，体会电池给生活带来的便利，并认识到研制新型电池的重要性。

4教学方法与策略使用：科学素养的实施策略

为使学生获取本节的基本化学知识，形成方法，并能在情感上产生共鸣，教师应充分利用教学资源，设置好教学情境，选择有效的教学方法。具体构想如下：

（1）教学资源的利用。教材对具体教学内容的表述比较详细，特别是火力发电的介绍、常见的化学电源的阐述科学细致。教学中应充分调动学生阅读这些部分内容，使问题尽可能在阅读中得到解决。同时教材的插图具体形象，比如我国发电总量构成图、干电池构造示意图等可以在教学中作为很好的补充材料。另外，教师可以进一步挖掘更多的教学资源，如各种电池的实物或模型，原电池实验的动画软件等，充分利用这些直观的教学资源辅助教学，以期获得更好的教学效果。

（2）教学情境的设置。有鉴于本节的核心知识是原电池的基本原理，设置的教学情境的目的应该是激发学生探索原电池原理的动机与欲望。当然，可以有多种方法达到此目的。比如可以通过火力发电对能量的损耗评价，结合低碳经济，从提高能量的利用效率的角度设置教学情境；或者直接演示铜锌原电池实验，引起学生对这种能量转化形式的好奇心，激发学生的探究热情。第一种情境设置的切入点是“化学能需要直接转化为电能”，而第二种情．．境设置的切入点是“化学能可以直接转化为电能”，两者各有优点，教学中可以综合使用。

．．（3）教学方法的使用。通过上述两种问题性情境的综合设置，激发学生的学习兴趣和动机，并定向于“化学能转化为电能”的必要性和原理的探讨。在原电池原理的剖析过程中，尝试开展抽象、概括、具体化的逻辑思维活动和模仿、类比等非逻辑性思维活动。最后通过学生对“发展中的化学电源”的阅读、思考后的要点陈述实时检测学生的学习状况。

5教学过程的实施：科学素养的形成过程

教学环节

教师活动

学生活动

目的意图

（1）导入

投影一段我国电力使用和火力

（2）对化学能直接转化为电能的必要性探讨

（3）了解原电池的基本原理

发电相关资料。

说明：化学能可以转化为其他形式的能量，转化为电能意义重大。

板书：第二节

化学能与电能

要求：火力发电是化学能最终转化为电能的典型例子，请阅读一下课本相关片段，谈谈你对火力发电利弊的认识。

提问：火力发电的能量转化具体过程是什么？请你对这个过程做出简单的评价。

引导学生认识：能量利用率小的重要原因之一就是转化过程太过复杂。

作有效说明：这种将化学能直接

演示：实验2-4。

提问：你能对这些现象做出初步的解释吗？

为学生的实验探索提供相应的仪器和药品以及必要的技术帮助，并与学生交流讨论，为学生发现新问题提供平台。

阅读、讨论。

相关可能回答：

利：主要发电形式；电力运输更容易等。

弊：大量消耗了化石能源；污染环境等。

过程：（略，见教材P37）

讨论以后得出共识：能量的转化形式过多，能量的利用率小。

进一步认识：提高能量利用的有效办法是减少能量转化步

有哪些共同特征？

观察有哪些实验现象。

①电流表指针发生偏转；

②铜片表面产生气泡等。

②发生了化学反应。

以探索，比如：

①将硫酸换成乙醇；

②将锌棒换成碳棒；

④将锌棒和铜棒插入两个没⑤将硫酸换成硫酸铜溶液。

……

总结：产生电流的必然发生了化学反应，发生了化学反应的

注重学生对火力发电利弊的初步认识。

由此让学生建构正确的能源观。

通过学生对装置的改变探索进一步认识形成原条件。

教师肯定这种认识的重要意义。

骤。

转化为电能的装置叫做原电池。

谈谈对电池的认识：电池一般讨论后作答：①产生了电流，

追问：这二者之间有没有关系？

学生可以从装置的改变上加③换成两根铜棒或两根锌棒；

电池的基本有联系的装有硫酸的烧杯中；

（4）初步应用

（5）联系生活，认识发展中的化学电源

追问：那通过你的探索，你认为形成电流的必要的条件是哪些？

将学生的总结成果板书。

追问：通过你们的探索，你们能否描述一下原电池装置中（以铜锌原电池为例）电流到底是怎样产生的？铜锌原电池中为什么铜棒上产生了气泡？并尝试书写电极反应方程式。

引导：请结合电子的移动方向总结原电池的正负极反应类型。

提供记忆小窍门：正极“+”电子，负极“―”电子。

分别设计①实现Zn＋CuCl2＝ZnCl2＋Cu；②水果电池。

指导学生阅读教材，提供阅读提纲：

①了解干电池和充电电池的正负极材料，电池的基本结构；

②能比较几种化学电源的优缺点；

③关注常见化学电源带来的环不一定产生电流。

结合以上实验探索的阶段性成果总结形成原电池的必备条件：

A．有自发进行的氧化还原反应；

B．金属性强弱不同的正负极（注重讨论正负极的判断方法）；

D．正负电极接触电解质溶液。

思考，讨论后作答（必要时教师需要作引导），可以在原电池的示意图中做出必要的标示。

电极反应：

负极：Zn-2e-=Zn2+ 正极：2H++2e-=H2↑

正极发生还原反应，负极发生氧化反应。

将设计成果展示。

列举自己在生活中遇到的电池，你对它们留下了哪些深刻的印象？

阅读教材，进一步了解常见化学电源的结构、优缺点、应用前景。

一定要从学生经历过的实验过程来总结，更好体现学生的主体性和建构知识的过程

从形成条件的认识过渡到工作原理的理解，符合认知规律

及时总结，形成能力。

及时应用形成的能力。

C．形成闭合回路，产生电流；

提供必要的仪器和药品，让学生

设计电池

境问题。

讨论：如果让你开发未来的新型电池，你需要重点关注哪些特点？

作业：写一篇小论文探讨你对未来电池的展望。

从现有的电池的优缺点进一步展望未来的电池特点，使科学素养培养具备延续性。

6对教学设计的总结与反思

这份教学设计案例立足于对学生科学素养的培养，在教学过程的设计中追求学生的关注度和参与性。关注能源的利用率、常见化学电源的便捷性以及对环境的影响，参与到简单化学电源的设计过程当中，以此唤醒学生的主体意识。

在教学过程中，将学生的知识建构与情感熏陶并重。让学生认识到原电池的知识是有用的，在未来生活中意义非凡。并且能够初步认识原电池的基本原理，正确的使用化学电源，富有建设性的评价生活中的化学电源。