《原電池工作原理》信息化教學(xué)設(shè)計》綜述

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1、《原電池工作原理》信息化教學(xué)設(shè)計 教學(xué)主題 原電池工作原理（魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊第 1章第3節(jié)） 一、教材分析 1 .教材知識體系（如圖1、圖2所示） 8 他學(xué)艮度與瓶■文化 懼睫量拜肘為壬域4 [史者能英化為科A〕 [■忌&額■ 一位守效就日 |二.耳造此」 !『仲蚌■二卜岸酢:『.孚斌轉(zhuǎn)化?電南 圖1《化學(xué)反應(yīng)原理》第1章教材知識體系圖 圖2 《化學(xué)反應(yīng)原理》第1章第3節(jié)教材知識體系 “原電池的工作原理”處于《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊第 1章第3節(jié)，其它兩節(jié)依次為: 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、電

2、能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能一電解。教材以“能量轉(zhuǎn)化”為主線，首先介紹如 何通過實驗測定方法和理論計算方法來定量描述化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，其次介紹電能與化學(xué) 能相互轉(zhuǎn)化的具體形式一一電解和電池。先學(xué)熱化學(xué)后學(xué)電化學(xué)、先學(xué)電解后學(xué)原電池， 符合由易到難，由簡單到復(fù)雜的認知過程。第 3節(jié)《化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能一一電池》又包含 三部分內(nèi)容，其先后順序分別為原電池的工作原理、化學(xué)電源、金屬的腐蝕與防護，先學(xué) 習(xí)原理，然后再學(xué)習(xí)原理的應(yīng)用，體現(xiàn)了原理的價值和功能。 2 .學(xué)科價值 原電池作為化學(xué)電池的一種，不僅與物理學(xué)中的電學(xué)有重要的聯(lián)系，還與化學(xué)學(xué)科中 的幾大領(lǐng)域也有著密切的關(guān)聯(lián)。 通常人們都說原電池的本質(zhì)就是

3、氧化還原反應(yīng)， 但原電池之所以能夠產(chǎn)生電流是由于原 電池的兩極存在電勢差，而造成電勢差的原因就是兩極物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同，得失電子的能力 就不同。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定著物質(zhì)的性質(zhì)（氧化性和還原性）和氧化還原電對的電極電勢， 從而影響了氧化還原反應(yīng)的過程和反應(yīng)的方向以及限度，實現(xiàn)了物質(zhì)的化學(xué)能到電能的能 量轉(zhuǎn)化，這些維度的研究便形成了物理化學(xué)中可逆電池研究的基礎(chǔ)，而可逆電池的研究也 為這些維度的發(fā)展提供了理論指導(dǎo)，研究化學(xué)電池的科學(xué)家更關(guān)注的是如何設(shè)計出可以批 量生產(chǎn)的電池，這與材料科學(xué)的領(lǐng)域又有著密不可分的關(guān)系。 因此，原電池與化學(xué)學(xué)科的分支領(lǐng)域有著密切的聯(lián)系，例如，物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)性質(zhì)、化 學(xué)反應(yīng)、能

4、量轉(zhuǎn)化、反應(yīng)方向和限度、分析化學(xué)、物理化學(xué)以及材料科學(xué)等。所以，有關(guān) 原電池的研究是非常有價值的，對于學(xué)生化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)也是有很大的幫助的。 二、學(xué)生分析 1 .學(xué)生認知起點及障礙點 通過初中化學(xué)和高中化學(xué)必修模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解了氧化還原反應(yīng)的知識，也 已經(jīng)初步認識到原電池的功能即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，選修中又學(xué)習(xí)了熱化學(xué)和電解的知 識，從物質(zhì)的反應(yīng)、微粒的運動、能量的轉(zhuǎn)化等各個角度，為原電池的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。 但原電池內(nèi)容涉及到發(fā)展學(xué)生對氧化還原反應(yīng)、微粒觀的認識發(fā)展以及分析體系中化 學(xué)反應(yīng)的基本思路的培養(yǎng)，這些都會對學(xué)生的認知發(fā)展帶來障礙。雖然關(guān)于原電池的知識 難度從必修到選修

5、階段是一個螺旋上升過程，但是由于學(xué)生關(guān)于電化學(xué)知識的欠缺、受到 物理學(xué)知識的影響以及對語言的錯誤理解，導(dǎo)致學(xué)生存在一定的認知障礙。例如，如何認 識電極材料與電極反應(yīng)物的關(guān)系、電解質(zhì)溶液與電極反應(yīng)物的關(guān)系？如何認識原電池中氧 化反應(yīng)、還原反應(yīng)分開進行？怎樣從微觀視角分析原電池中微粒的運動與反應(yīng)？ 2 .學(xué)生思維發(fā)展點 首先，可以發(fā)展對氧化還原反應(yīng)的認識。在原電池中讓學(xué)生認識到電子可以在物質(zhì)之 間轉(zhuǎn)移，也可以從外部得到和向外部輸出，實現(xiàn)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在體系中的不同部位 發(fā)生。其次，對原電池原理的認識從宏觀到微觀逐漸深入。學(xué)生在必修階段了解到由于電 極活性的不同產(chǎn)生了電流，而進入到選修階段以

6、后，認識到本質(zhì)上是由于電勢差的存在； 第三，讓學(xué)生對體系中的微粒認識上升到微觀的、相互作用的、動態(tài)的認識。學(xué)生在必修 階段知道微粒在體系中是不斷運動的，而通過原電池原理的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認識到體系中微 粒的運動方向和運動規(guī)律，以及使微粒定向運動的動力來源。 三、教學(xué)目標 ⑴知識與技能：了解原電池原理，知道原電池中電子、離子的運動方向、電極反應(yīng)之間 的關(guān)系；能寫出簡單電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式。 ⑵過程與方法：通過銅鋅原電池電流形成過程的探究，認識到微粒運動（導(dǎo)線中電子 和溶液中陰陽離子的運動）和物質(zhì)變化（電極反應(yīng)）的內(nèi)在聯(lián)系；通過比較分析單液電池 和雙液電池的異同，拓展對化學(xué)反應(yīng)的認識，更

7、加深刻理解原電池。 ⑶情感態(tài)度與價值觀：通過學(xué)習(xí)原電池的功能，體會原電池對于解決能源問題的意義； 通過探究實驗，比較單液電池和雙液電池，體會科學(xué)研究對于人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要 四、教學(xué)環(huán)境 詢易多媒體教學(xué)環(huán)境 移動學(xué)習(xí) 匚北他 今互式多媒體教學(xué)環(huán)境 今絡(luò)多媒體環(huán)境教學(xué)環(huán)境 五、信息技術(shù)應(yīng)用思路 （突出三個方面：使用哪些技術(shù)？在哪些教學(xué)環(huán)節(jié)如何使用這些技 術(shù)？使用這些技術(shù)的預(yù)期效果是？） 200字 在課堂情景展示、各原電7裝置展示環(huán)節(jié)，用 PPT展示精美圖片、簡單動畫引導(dǎo)學(xué)生思 考、理解問題。 在實驗探究環(huán)節(jié)中， 一方面利用手持技術(shù)測量鋅粉加入前后硫酸銅溶液的溫度變化 ，

8、學(xué) 生能更直接感受氧化還原反應(yīng)中的熱效應(yīng) ；另一方面使用平板電腦拍攝實驗現(xiàn)象并展示 ，便 于存留瞬間實驗現(xiàn)象并進行分析。 微課“有鹽橋的原電池工作原理”用于課前預(yù)習(xí)，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。 六、教學(xué)流程設(shè)計（可加行） 教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 信息技術(shù) 支持 導(dǎo)入 【設(shè)疑】 1 .氫氣是很重要的能源物質(zhì)， 在氧氣中燃燒生成水，同時產(chǎn)生大 量的熱；在通電的條件下，水可以 電解生成氫氣和氧氣。試分析這兩 個反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化。 2 .氫氣和氧氣化合生成水釋放 的能量能否直接轉(zhuǎn)化為電能？氫氧 燃料電池直接將氫氣和氧氣化合釋 放的能量直接轉(zhuǎn)化為電能的。日常 生活中用到的化學(xué)電

9、源跟氫氧燃料 電池一樣，都是根據(jù)原電池原理制 造的。 3 .原電池是怎樣將化學(xué)能轉(zhuǎn)變 為電能的呢？怎樣設(shè)一個原電池 呢？ 本節(jié)課我們就通過銅鋅原電池 實例探究來學(xué)習(xí)這些知識。 學(xué)生傾聽后，思考回答 兩個反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化情 況。 觀察圖片，產(chǎn)生聯(lián)想。 PPT展示問 題情境 PPT氫氧燃 料電池裝 置圖 活動探究 【介紹】先請同學(xué)們完成卜面的活 動探究任務(wù)。 【設(shè)計普實施實驗】 實驗1.分別用溫度計 1.手持技 術(shù)測量實  【W(wǎng)1 “活動探究”任務(wù)：見教材P19.“活 動探究”欄目 【指導(dǎo)】 巡回指導(dǎo)學(xué)生探究過程，糾正錯誤 認識，解答學(xué)生疑問。 【評價】 組

10、織學(xué)生展示探究結(jié)果，并展開討 論。得出結(jié)論。 1 .鋅與硫酸銅溶液的反應(yīng)是放 熱反應(yīng)。也就是說該反應(yīng)是釋放能 量的反應(yīng)。 2 .模仿必修學(xué)過的原電池，將 銅片和鋅片分別用導(dǎo)線連接檢流計 后平行插入到硫酸銅溶液中，發(fā)現(xiàn) 檢流計指針偏轉(zhuǎn)，什將金屬片插 入溶液中，檢流計指針不偏轉(zhuǎn)。檢 流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明電路中有 電流產(chǎn)生。這套裝置就是銅鋅原電 池裝置1。 測量鋅粉加入前后硫酸 銅溶液的溫度，記錄數(shù) 據(jù)。比較分析，得出結(jié) 論，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)。 實驗2.根據(jù)所學(xué)原電 池的知識，設(shè)計銅鋅原 電池，實現(xiàn)將化學(xué)能轉(zhuǎn) 化為電能。 驗1溫度 變化 2.平板電 腦拍攝實 驗現(xiàn)象。 原理探究 【問

11、題1】根據(jù)上面的實驗現(xiàn)象和教 材P20.“圖1 — 3 — 2”討論該電池 的工作原理。 提示：討論一下問題 1 .電流的方向是什么？ 2 .電路中是何種微粒運動形 成電流的？其運動方向是怎樣的？ 3 .電池中發(fā)生了怎樣的反 應(yīng)？ 【總結(jié)】 1 .該電池的組成和工作原理 2 .電極反應(yīng)和電池總反應(yīng) 小組交流研討，得出結(jié) 論。 1 .通過檢流計的指針偏 轉(zhuǎn)方1可可以判斷電路中 的電流方1可。電流在外 電路中是從銅片流出， 流入鋅片的；電解質(zhì)溶 液中是從鋅片流向銅片 的。 2 .在導(dǎo)線中是電子導(dǎo) 電；電解質(zhì)溶液中是陰 陽離子導(dǎo)電。根據(jù)電流 方向可以判斷其運動方 向。 3 .鋅

12、片上電子流出說明 鋅失去了電子變成了鋅 離了進入溶液，發(fā)生了 氧化反應(yīng)；銅離子在銅 片上得到電子發(fā)生還原 反應(yīng)。 PPT常見化 學(xué)電源的 化學(xué)反應(yīng) 【問題2】讓學(xué)生觀察比較教材 “圖 1—3—2”和“圖1—3—3”，分析鋅 粉和硫酸銅溶液反應(yīng)和銅鋅原電池 【分析比較，交流研討】 1.鋅粉和硫酸銅溶液的 反應(yīng)是銅離子和鋅片表 PPT銅鋅原 電池裝置 原理圖  反應(yīng)后何異同？ 【總結(jié)】通過比較分析得出結(jié)論： 1 . 鋅粉和硫酸銅溶液的反應(yīng) 是銅離子和鋅片表面鋅原子直接接 觸發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，溶解的鋅 離子和銅離子相互碰撞阻礙反應(yīng)發(fā) 生，反應(yīng)雜亂無章；原電池反應(yīng)， 兩個反應(yīng)

13、分別在兩極發(fā)生，反應(yīng)的 后序性強，反應(yīng)的要快。 2 .能量轉(zhuǎn)化的形式/、同。 面鋅原子直接接觸發(fā)生 電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng) 2.原電池中，兩個反應(yīng) 分別在兩極發(fā)生 【問題3】實驗室用鋅和稀硫酸制取 氫氣時，為了加快反應(yīng)速率，常在 稀硫酸中加入少許硫酸銅粉末，其 原理是什么？ 【遷移應(yīng)用】 形成了原電池，是反應(yīng) 的后序性加強，反應(yīng)速 率加快。 【總結(jié)提升】在銅鋅原電池的裝置 中，如果將硫酸銅溶液換成稀硫酸， 所得到的裝置也是原電池。通過分 析電極反應(yīng)，我們可以得到，類似 象金屬跟溶液這樣的反應(yīng)，我們可 以如何構(gòu)造一個原電池呢？ 【交流研討】 得出金屬和溶液反應(yīng)的 原電池設(shè)計方

14、法。 PPT銅鋅原 電池工作 原理 原電池構(gòu) 造，反應(yīng)式 【問題4】如果將電池的銅片換成鎂 片，將硫酸銅溶液換為硫酸鋅溶液， 鋅片上將發(fā)生怎樣的反應(yīng)？ 【遷移應(yīng)用】 根據(jù)學(xué)過的銅鋅原電池 的工作原理，分析轉(zhuǎn)變 后的電池的電極反應(yīng)。 【問題5】如果仔細觀察，同學(xué)們做 實驗的銅鋅原電池中，電池工作一 段時間后，鋅片上也有少量的紅色 物質(zhì)析出，這是為什么呢？ 還可以用什么實驗證明你的結(jié)論 呢？ 【活動探究】 1 .電池工作時，鋅和銅 都浸在硫酸銅溶液中， 鋅片跟銅離子能夠接 觸，所以可以直接發(fā)生 電子的傳遞，發(fā)生置換 反應(yīng)，在鋅片表面上析 出銅。 2 .因為這部分反應(yīng)沒有

15、產(chǎn)生電流，反應(yīng)放出的 能量應(yīng)該以熱能的形式 釋放出來。所以可以用 測量溶液溫度變化的實 驗來證明上述結(jié)論。 展示 平板電腦 所拍攝實 驗現(xiàn)象比 較結(jié)果 展示 新電池的 電極反應(yīng) 和電池反 應(yīng) 【問題6】通過剛才的討論，我們得 知，我們使用的原電池，反應(yīng)的能 量并沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。那么?沒有辦法解決這個問題呢？ 請同學(xué)們先閱讀“資料?在 【觀察思考】 1 .閱讀“資料在線”，了 解“鹽橋”的概念和作 用。 2 .記錄實驗現(xiàn)象：鹽橋 微課：有鹽 橋的原電 池工作原 理  線”欄目給大家的信息一一鹽橋， 然后仔細觀察卜面的演示實驗，回 答相關(guān)的問題。（教材P21 “

16、觀 察?思考”欄目。注意閱讀資料） 插入前沒有電流，插入 后產(chǎn)生電流。 3 .與單液電池相比，氧 化劑和還原劑不再直接 接觸。 4 .通過本活動，對原電 池的構(gòu)造和反應(yīng)后J更 加深刻的認識。 【問題7】裝置中的鋅片換成附一 層鋅的石墨棒，能否形成原電池？ 兩個電極材料的作用是什么？ 電極材料和電解質(zhì)溶液必須參加電 極反應(yīng)嗎？ 【交流研討】 PPT1.問題 2.雙液電 池 本節(jié)小結(jié) 【問題8】通過本節(jié)探究，總結(jié)分析 1 .構(gòu)成電池的基本要素有哪些？ 2 .如果設(shè)一個原電池，需要解決 哪些問題？ 一、構(gòu)成電池的基本要 素是： 1 .電解材料 2 .電解質(zhì)溶液 3

17、 .形成閉合回路 4 .自發(fā)進行的氧化還原 反應(yīng)。 二、設(shè)一個原電池， 需要解決的問題是 1 .根據(jù)反應(yīng)選擇合適的 電解材料和電解質(zhì)溶 液，將氧化劑和還原劑 分別置于兩極上并進入 電解質(zhì)溶液中。 2 .連接裝置形成閉合回 路。 PPTW：本 節(jié)小結(jié) 當堂檢測 將氯化鐵溶液和銅的反應(yīng)設(shè)計成原 電池，畫出裝置圖。 遷移應(yīng)用 根據(jù)原電池的構(gòu)成要素 設(shè)計原電池。 PPTW： 情境材料 交流研討 的結(jié)果 七、教學(xué)特色（如為個性化教學(xué)所做的調(diào)整，為自主學(xué)習(xí)所做的支持、對學(xué)生能力的培養(yǎng) 的設(shè)計，教與學(xué)方式的創(chuàng)新等） 200字左右 (1)從學(xué)生熟知的氫能源和化學(xué)電源入手設(shè)置情

18、境，體現(xiàn)本章“能量轉(zhuǎn)化”主線，利 用新的任務(wù)驅(qū)動學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣和動力。 (2)充分利用活動資源，層層設(shè)計問題，促使學(xué)生在利用已有知識解決問題并發(fā)現(xiàn)問 題學(xué)習(xí)新知，充分體現(xiàn)探究功能，學(xué)生在思考的過程中，對知識逐漸加深認識的同時，培 養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造能力。 (3)充分注意教學(xué)素材的挖掘，利用 “問題”驅(qū)動知識學(xué)習(xí)的深入展開，形成科學(xué) 嚴密的知識學(xué)習(xí)證據(jù)鏈條，為形成正確的認識奠定基礎(chǔ)。同時也解決了單雙液原電池的教 學(xué)設(shè)計問題，實際上都是學(xué)習(xí)原電池的證據(jù)鏈條上不同層次的具體體現(xiàn)。從這個角度來說， 只有正確全面的分析，才能設(shè)計出科學(xué)合理的教學(xué)設(shè)計。 (4)多種信息技術(shù)手段的使用，如手持技術(shù)、平板電腦拍攝、微課、 PPT等對于教學(xué) 重難點的攻克更為簡便。