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一、教学内容分析

 

本节课教学是人教版高中化学必修Ⅱ中第二章《化学反应与能量》第二节《化学能与电能》的第一课时。与元素化合物的知识相比,化学反应原理部分内容更注重学科知识的应用、整合以及学生的思维的有序性和缜密性的培养。本章是学生第一次接触到化学反应与能量之间的相互关系,是化学理论知识在工业生产中的重要应用。而本节内容则是侧重于化学能转化为电能的研究,从知识上说则是氧化还原反应的重要应用之一,也是实现氧化还原反应这一主干知识的螺旋式上升的一个重要环节。因此本节课的重心是实现通过氧化还原反应将化学能转变成电能的装置的研究。

 

二、学生情况分析

 

1.知识基础

学生通过必修I的学习,已经了解了氧化还原反应的实质是电子的得失或偏移,通过初中物理的学习已经知道带电粒子的定向移动形成电流,知道电流的形成的基本条件:有电源,形成闭合回路。但是学生对于将一个氧化还原反应分为两个半反应在两个不同场所发生这种情况是第一次接触,因此在本节课教学中设置了“将锌粉和稀硫酸直接接触进行反应”这一演示实验和“如何检验是否有电流产生?”这一问题,淡化了其中相对于他们知识水平而言较为难以理解的电极电势的知识,而从实际需要出发,实现氧化剂和还原剂分开的设计思想,然后通过实验事实的直观材料去分析原电池的工作原理,降低难度,符合学生的认知规律。

 

2.实验技能基础

经过几个月的高中学习训练,学生已经具备一定动手能力和实验设计能力,且由于物理课上的训练,学生也已经具备一定的电路组装能力。因此本节课主要采用学生实验获得大量的感观材料之后加以分析的方法来进行学习。

 

三、教学设计总体思路

 

基于以上分析,我采取了以下的设计思路:

设计出一套可以将化学能转变成电能的装置的必要性→设计出一套可以将化学能转变成电能的装置的可行性(氧化还原反应的实质的分析)→设计出一套原电池→分析原电池的形成条件→研究原电池的工作原理(氧化还原反应的实际应用)。本节课的内容主要由“能否实现直接将化学能直接转变成电能?”、“如何实现直接将化学能直接转变成电能?”、“如何确保实现直接将化学能直接转变成电能?”和“化学能是如何直接转变成电能的?”这四个问题贯穿起来,学生在思考这些问题的过程中,思维的发散性和缜密性都得到了一定程度的锻炼,同时也加深了对氧化还原反应的理解,了解了氧化还原反应和原电池装置之间的联系。而在实施过程中,在实验用品的选择上,我提供了多样化的实验用品,让学生可以积累到尽可能多的实验素材,获取更多的感观材料,然后从众多的材料中找出共性、规律,从而使学生的思维的有序性得到一定程度的锻炼,与此同时,对原电池的形成条件这一知识的理解也就顺理成章了。

 

四、教学目标设计

 

1.基本目标

知识与技能目标

了解原电池的形成条件;了解铜锌稀硫酸原电池的工作原理;了解原电池的形成条件。

 

过程与方法目标

 

能分析氧化还原反应与原电池之间的联系;学会根据简单的氧化还原反应设计出一套原电池,并分析其工作原理。

 

情感、态度、价值观目标

 

通过对设计出原电池装置的必要性的研究,激发学生的环保意识;通过对设计原电池装置的可行性及其实现条件的思考与交流,培养学生解决问题的意识和加强学生解决问题的能力。通过对原电池的形成条件的研究,提高归纳总结和分类处理信息的能力。

 

2.发展性目标

知识与技能目标

能从本质上理解原电池的形成条件和工作原理,加强对氧化还原反应和原电池原理之间的联系的理解。

过程与方法目标

能有序的思考方案设计的可行性原则,能从众多的感观材料中提取分析出共性和规律。

情感、态度、价值观目标

体会思维的快乐和思维得到实验肯定的成功的喜悦。

 

3.教学重点的分析与确定

本节课是学生初次接触原电池的知识,而在后面的选修模块中还会详细介绍原电池原理的不同应用,加深对原电池原理的充分理解。因此我将本节课的重点定位为:理解氧化还原反应与原电池原理之间的联系,了解原电池的形成条件和简单原电池原理的分析。

 

4.教学难点的分析与确定

学生此时对于氧化还原反应的知识已经有一定程度的储备,但是化学反应原理的实际应用却是第一次接触,而对于将一个氧化还原反应分为两个半反应在两个不同场所发生也十分陌生,因此我将本节课的难点定位为:原电池装置的设计。

 

五、教学过程设计

1.教学流程图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

2.教学资源的开放性措施

 

本节课所选用和开发的教学资源主要体现在两个方面:

 

一是学生实验:本节课提供给学生探究原电池的形成条件的用品有:稀硫酸、硫酸铜溶液、酒精、锌片2个、铜片两个、镁条两根、碳棒两个、电流计、电解槽两个、导线若干。这就要求学生能用控制变量的思想将实验方案进行分类→组装实验用品进行实验→通过实验确定是否有电流产生→确定原电池的形成条件。这是一次开放性较大的实验,而我设计这一环节的目的主要是培养学生思维的有序性和严谨性。学生在这一环节若不进行有序实验,他得到的信息将会十分繁杂,规律的提取将十分困难,相反,若是进行了有序思维后进行实验,他得到的实验信息将十分有条理,规律的得出也就顺理成章了。

 

二是数字化的工具和媒体。在探究原电池的形成条件这一环节,在学生汇报自己的实验信息时,我选用了Excel表格来记录,再利用Excel表格的筛选功能,对信息进行重置,这样设计的主要原因是:探究原电池的形成条件这一环节的设置主要的目的是培养学生思维的有序性,但是学生本身的思维水平参差不齐,有一部分学生并不能做到有序实验,因此他们在规律的得出上存在一定的障碍,而我用Excel表格处理的方法可使他们无序的实验信息变得有序,从而实现帮助他们得出实验结论这一目的。

 

3.问题情境的开放性措施

 

整节课是围绕着化学能直接转变成电能的装置这一核心用几个问题贯穿而成,我认为在本节课中开放性较大的问题情境有:

问题

设计的目的和作用

①我们能不能利用某一类型的反应,将化学能直接转变成电能?如果可以,该反应是属于什么类型的反应?

迅速复习巩固各种基本反应类型的特点,强化对氧化还原反应实质的认识,体现新课程理念中“螺旋式上升”这一特点。

②以Zn+2H+=Zn2++H2↑为例分析,如何能检测到反应中是否有电流产生?请设计一套简易装置来验证你的猜想。

让学生初步认识原电池中,氧化还原反应被分成两个半反应在两个不同场所中发生,为后面的原电池原理的研究打下基础,通过对装置的设计,培养学生解决问题的能力。

③电极材料除了锌、铜可否是别的材料?反应液除了稀硫酸可否是别的液体?设计实验方案探究原电池的形成条件。

用控制变量的思想,让学生自行安排实验的顺序,让学生体会到有序思维的优越性

④以锌、铜、稀硫酸原电池为例,分析电池的正负极,并分析两极上可能发生的变化。

让学生根据实验现象分析原电池的原理,强化对原电池中,氧化还原反应被分成两个半反应在两个不同场所中发生的理解,使学生感受知识从感性到理性的提升。

 

4.学生活动的开放性措施

本节课在学生活动的安排上,主要包括理论探究(上表问题②)和实验探究(上表问题③)两个部分,有一定的开放程度,能充分调动学生的探究欲望发挥其积极性,让知识的生成变成学生自发自觉的一种行为。在理论探究活动中,有些学生可综合考虑各方面因素,得出正确的结论,而有些同学考虑并不全面,设计的装置图或多或少有些缺憾;在实验探究中,有的同学能很好地运用控制变量的思想,进行方案设计后进行实验,获得较多的有序的实验信息,规律的得出相对轻松,而有一部分同学动手比动脑快,需要一定的提示才能获得规律,在这两种探究活动中,体现出了学生的个体差异。

 

5.教学进程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

情境引入

 

【讲述】2008年年初的雪灾中,大雪阻碍了交通,造成煤供应不上,使得许多火力发电厂的供电能力大大降低。因此造成了许多南方省市的大面积停电,给国家带来了巨大的经济损失。没有了电,人民的生活也很不方便。由于原料来源丰富,建厂占地面积小,成本和技术要求都比较低,火力发电目前在我国的电力结构中居首位,占了总电量的80%以上。那么,储存在煤中的化学能是如何转变成电能的呢?

【展示】火力发电的工作原理示意图

【提问】根据图示分析其中发生的能量形式的转换。

【讲述】从储存在煤中的化学能到最终转变成电能,经历了多个环节,每一个环节的转化,能量都不可能是100%利用的,那么必将造成大量能源的损耗,实际上目前我国火力发电中,能源的利用率仅为30%~40%。而且,煤作为一种不可再生资源,终将会有用完的一天,因此我们不得不思考以下问题:

1.能不能找到一类物质来代替煤发电?

2.能不能减少中间的能量转化环节而将化学能直接变为电能?

 

 

 

 

 

分析火力发电的过程中的能量形式的转换。

化学能转变为热能;

热能转变成机械能;

机械能转变成电能;

 

 

 

 

 

 

 

进入情境,激发兴趣和思考

创设问题情境,激发兴趣

从生活情境引入,说明设计一套从化学能转化成电能的装置的必要性

原电池装置的设计

【提问】我们能不能利用某一类型的反应,将化学能直接转变成电能?如果可以,该反应是属于什么类型的反应?

【观察学生反应情况可适当予以提示】

1.电流的实质是什么?

2.我们已经学过那些类型的化学反应?这些反应类型的特点是什么?

3.哪种类型的反应最有可能实现将化学能转变成电能的设想?

思考、交流后回答:要想产生电能,需要有电流产生,而电流的实质是带电粒子的定向移动,我们所学过的反应中,只有氧化还原反应具备这一特征,即电子从还原剂转移至氧化剂。

加强氧化还原反应与原电池原理之间的联系,让学生深刻理解氧化还原反应是原电池形成的前提条件这一事实。实现对设计一套从化学能转化成电能的装置的可行性的研究

【演示实验】锌粉与稀硫酸反应

【提问】是否观察到电流产生?为什么?

【提问】通过同学们刚才的分析,我们知道化学能转化成电能则一定有电流产生,而刚才的实验中我们并没有观察到电流的产生,那么我们如何检测反应中是否有电流产生呢?请以反应Zn+2H+=Zn2++H2↑为例分析,设计一套实验装置,来验证你的猜想。并用实验证明之。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

【板书】化学能与电能

一、原电池

1.定义:将化学能转变成电能的装置。

观察现象:有无色气体产生;没有观察到电流产生,因为没有外电路,没有电流计。

思考、交流后画出装置简图;用实验验证是否有电流产生。汇报实验信息。

1:实验装置

 

 

 

 

实验现象:无电流产生

2:实验装置

 

 

 

 

实验现象:无电流产生

3:实验装置

 

 

 

 

 

实验现象:有电流产生生4:实验装置:

 

 

 

 

实验现象:有电流产生

让学生更深刻理解原电池将氧化还原反应分为氧化反应和还原反应在两个不同场所反应发生

原电池形成条件的探究

【讲述】通过实验我们知道铜--稀硫酸可以形成原电池,但是刚才大家所设计的装置中,不是所有的装置都产生了电流,这说明原电池的形成需要一定的条件,请大家分析刚才的几个装置图,找出原电池的形成必须满足哪些条件?

分析,交流后回答:

 

(1)形成闭合回路。

进行阶段性总结,让学生对充分认识到原电池装置的基本要素之一:形成闭合回路,对后面探究原电池形成的其他条件时的实验起指导作用,节约试验时间。

【板书】2.形成条件

(1)形成闭合回路

笔记

【提问】电极材料除了锌、铜可否是别的材料?反应液除了稀硫酸可否是别的液体?设计实验方案探究原电池形成的其他条件。

【用excel表格记录学生汇报的实验信息,提问选择该实验顺序的理由】

实验

整理记录,汇报

培养学生思维的有序性及实验能力和口头表达能力

【根据学生要求用excel表格筛选功能整理实验信息】

【提问】对刚才产生电流和没有产生电流的实验装置进行分析,并总结出原电池的形成条件?

【板书】

(2)有自发发生的氧化还原反应

(3)有两种活泼性不同的金属做电极;

(4)有电解质溶液。

根据实验信息的汇总总结原电池形成的其他条件:

(2)有自发发生的氧化还原反应

(3)有两种活泼性不同的金属做电极;

(4)有电解质溶液。

根据试验信息总结出共性、规律,加强对原电池形成条件的认识,培养学生的信息处理能力

原电池的工作原理分析

【提问】我们已经设计出了一套完整的原电池装置,成功的实现了化学能直接向电能的转变,那么原电池是如何实现这一转变的呢?以写出Zn-Cu-稀硫酸原电池为例分析电池的正负极,并分析两极上可能发生的化学变化,说明是氧化反应还是还原反应,并尝试写出两极上的电极反应式。

【板书】

3.工作原理

负极  Zn  Zn-2e-=Zn2+   氧化反应

正极  Cu  2H++2e-=H2↑ 还原反应

分析

交流

写电极反应方程式

笔记

提高学生分析问题的能力和逻辑思维能力

反馈练习

分析下列原电池装置中,正极上可能出现的现象。

 

 

 

分析后回答:碳棒上附着一层红色物质。

课堂信息反馈,作为学习效果评价的一个方面。

课后思考

【作业】原电池装置的被设计出来给我们的生活带来了巨大的便利,我们生活中的各种化学电源(干电池、充电电池等)都是以原电池装置为雏形的,那么从简单的原电池到各种各样的化学电源,我们还有多远的路要走呢?请大家选择一种自己感兴趣的化学电源,查阅相关资料,了解其化学原理。

查阅资料,了解一种或多种原电池的化学原理

进一步强化对原电池原理的认识;从知识的实用性出发,激发学习兴趣;为下一节课化学电源做准备。

 

六、教学评价设计

 

1.学生学习效果评价

 

根据课堂实时反馈和学案完成情况我统计和分析了学生的学习效果:(1)从知识层面上,都了解了原电池与氧化还原反应之间的关系,认可原电池的形成条件,会判断简单原电池的正负极,书写相应的电极反应式,一小部分同学了解了有关盐桥的简单知识。(2)从过程与方法层面,所有同学都能根据装置图进行验证性实验,得出相关实验信息,并详细记录,一部分同学能有条理的设计出相应的实验方案,进行验证,分析试验信息,得出规律。

 

2.教师教学效果评价

 

在本节课中,我通过设计原电池这一装置的可行性研究这一环节,为基础较好的同学搭建一个较好的平台,实现学科内以及学科间知识的综合以及对氧化还原反应相关知识的提升,而同时也复习了各种基本反应类型特别是氧化还原反应的特征;通过设置原电池装置的设计这一环节,实现不同层次学生之间的相互交流和合作,让基础较好的同学在设计过程中充分体会到思维的快乐和成功的体验,而基础较差同学也可在其他同学的知道和启发下进行思维与理解。而通过设计原电池形成条件探究这一环节,基础好的同学可通过有序思维,用控制变量的思想指导自己的实验,从而快速得出实验结论,而让基础较差同学积累较多的实验现象这样的直观素材,并在此基础上尝试找出共性,与此同时同时也通过“你是如何决定选取这些材料进行实验的?”这一问题的启发,实现对思维的有序性的培养。

 

七、教学反思

 

本节课的内容始终围绕着化学转变成电能这一核心问题展开,与以往的教学设计相比,更注重氧化还原反应与原电池原理之间的联系,让学生更深刻认识到原电池是氧化还原反应知识的应用,真正体现了对氧化还原反应这一主干知识的理解的螺旋式上升,符合新课程理念。起初,有的老师表示这节课的有些环节对于高一学生来说有些难,比如装置的设计环节,可能对学生来说就是一个障碍,但是根据实施情况来看,还是有一部分学生能够综合考虑各方面因素,设计出合适的装置,而其他的同学也能理解这种被设计出来的装置,也实现了不同层次的学生的不同程度的发展,让不同层次的学生得到不同程度的发展也是这节课的特点之一。经过这节课,我更加相信学生的潜力是无穷的,我们不能因为教学大纲的条条框框就限制了学生思维的发展,而应该利用不同的课型来给他们更多的锻炼机会。

 

但是遗憾的是如果我们在某些环节上过多的给学生探究的机会的话往往就会造成学时的不够,在这节课实施的过程中,我曾几次精简教案,都发现完很难在40分钟之内完成,因此如果时间更充裕一些,我想完成效果会更好一些。

 

    
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