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1、基于核心素养的普通高中课堂教学设计案例“电”显神通电能转化为化学能浙江省丽水中学 俞惠珍一、教材和教学内容本单元内容选自普通高中化学课程标准必修课程化学2 “主题2：化学反应与能量”。内容标准是举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。本单元内容之前学生已经具备简单的原电池知识；具有借助氧化还原理论、金属活动顺序和物理学中的电学知识判断电池正、负极以及设计原电池和书写原电池两极反应的能力。本单元主要内容是了解电解池结构，知道电解是“借助于电能，使不能自发进行的氧化还原反应能够发生，从而使电能转化为化学能”的过程。本单元内容重点在于帮助学生建构电解池模型，再通过模型迁移，应用到对一般电解装置的分析
2、，因此教学过程中重点培养“证据推理和模型认知”的核心素养；本单元内容的宏观现象和微观原理之间的关系十分清晰，且易于被学生所接受和理解，有利于培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养；学习过程的理论分析和实验验证环节，有利于培养“实验探究和创新意识”的核心素养；另外，电解原理在生产生活中的应用发展了学生对化学理论与生产、生活的联系的认识水平，提升了“科学精神和社会责任”的核心素养。二、教学目标（1）能从宏观的现象（电流方向）建构微观粒子（电子、阴阳离子）的迁移方向，并学会从微观角度表征微粒在两极的存在状态及行为，理解电极反应的本质及发生条件，完成证据推理和模型建构；会用符号表征正确表示电极反应，并以
3、此诊断学生宏观辨识与微观探析水平，发展学生对电解过程的认识水平。（2）通过证据推理、模型认知和实验验证带电粒子在电解装置中的迁移方向、两极电子得失情况、两极反应，通过学生设计简单实验方案，完成实验操作，观察记录，收集证据，分析得出结论等途径，诊断并发展学生证据推理、模型认识与实验探究的水平，并以此发展学生认识方式和认识思路水平。（3）了解电解法在元素发现史上的地位以及电解原理在生产生活中的应用，发展学生对化学理论与生产、生活的联系的认识水平，了解化学对人类生活和社会发展的贡献。三、教学重难点及课时安排教学重点：了解电解池的工作原理和构成条件、电解模型的建构和应用教学难点：从电子转移的角度理解电
4、能向化学能转化的本质，电解池模型的建构和应用课时安排：本单元内容拟安排2课时，第一课时主要学习内容为电解模型的建立、模型的迁移、实验验证、微观揭示等环节；第二课时主要学习电极反应的判断（两极放电顺序）、电解方程式的书写等。四、教学设计构想本教学设计主要考虑了以下几个方面的设计思想。（1）凸显“证据推理和模型认知”的认知方式和思路：由物理学电路中电子的流向及化学中氧化还原反应中电子的流向等相关知识，建构电解池模型；通过具体装置科学猜想两电极上的可能反应；然后以小组为单位动手实验以验证反应产物；通过合作学习小结探寻微观原理、最后在实践应用中巩固知识、重现模型、形成分析电解过程的一般认识角度和方法。
5、（2）突出宏观，微观，符号三重表征：利用电解过程中电流方向和两极反应现象的宏观辨识，建立对电子和离子的流向及两极反应的微观过程的探析，再转化为两极的电极反应。体现化学宏观辨识与微观探析的过程。（3）突出实验探究。让学生围绕问题情境，利用模型合理推测电极产物，设计实验验证两极产物，并动手实验、记录实验现象，基于宏观实验现象分析做出微观解释，感受实验探究的过程。（4）运用电解法在元素发现史上的地位以及电解原理在生产生活中的应用，发展学生对化学理论与生产、生活的联系的认识水平，了解化学对人类生活和社会发展的贡献，突出学生社会责任意识。本案例以“电子泵”为基本情境线索导入，贯穿带电粒子迁移方向、两极反
6、应类型、电极产物分析、电解原理等核心知识，以证据推理和模型建构为主要学习任务，同时结合实验探究、宏观辨识、微观探析、符号表征的认识思路和方式，将本单元分解为4个任务主题。单元整体构思如下：环节四：模型再现实践应用环节三：微观揭示理论提升环节二：科学猜想实验验证环节一：证据推理建构模型宏观，微观，符号三重表征关系：电流方向两极反应现象宏观辨识阳极：阴离子移向、电子流出 阴离子（或电极）失电子参与电子流向：负极阴极 阳极正极微观探析阴极：阳离子移向、电子流入 阳离子得电子离子流向：阳离子移向阴极阴离子移向阳极符号表征电极反应式、电解方程式五、情境与任务1.问题情境思考1：闭合电路中电子是如何流动的
7、？自发的氧化还原反应中电子的流动方向怎样？闭合电路中电子由负极经外电路流向正极。自发的氧化还原反应中，存在着电子从还原剂流向氧化剂的定向移动。这种变化类似于自然界中的水因势能作用从高处往低处流，氧化剂和还原剂之间也存在势能差从而导致电子的定向流动。思考2：反应：Cu+Zn2+=Zn+Cu2+能否自发进行，为什么？不能，因为Cu的活泼性比Zn弱，或者说电子容易自发的由Zn流向Cu2+而不会反向流动。思考3：你有办法让上述反应得以发生吗？水泵可以将低处的水抽到高处，那么是否存在“电子泵”，让电子朝着我们想要的方向流动呢？外加电源。【设计意图】将氧化还原反应中的电子流向与闭合回路中电子流向展示给学生
8、，帮助学生将抽象的氧化还原反应转化为宏观可视化的“电子流向”的问题，同时选择学生熟悉的反应使“电子流向”更加具体化。通过“水泵”与“电子泵”的对比，让学生更加直观的感受电源在电解装置中的作用，有助于培养“证据推理和模型认知”的核心素养。2.任务及任务分解【任务一：证据推理、构建模型】右图装置中，电源就是一个“电子泵”，按自己的意愿不断的转移电子。请结合课本相关内容，完成下列任务：1.在图中标出电子流向2.判断A、B电极上的电子得失情况及反应类型 3.了解关键词：电解、电解池、阴极、阳极【设计意图】将氧化还原反应中的电子流向与闭合回路中电子流向展示给学生，帮助学生将抽象的氧化还原反应转化为宏观可
9、视化的“电子流向”的问题，同时选择学生熟悉的反应使“电子流向”更加具体化。通过“水泵”与“电子泵”的对比，让学生更加直观的感受电源在电解装置中的作用，有助于培养“证据推理和模型认知”的核心素养。【任务二：模型迁移、科学猜想】以CuCl2溶液为电解质，以石墨棒为电极（石墨性质稳定，不参与电极反应），用如图装置进行实验，能获得什么单质？这些单质分别在哪一个电极上生成？【设计意图】把溶液的导电原因、电解质与非电解的概念置身于真实的水质检测的背景下，促进学生对溶液导电性原因、导电过程，知道电解质在水溶液中的存在状态，建立电离、电解质和非电解质的概念，对溶液的认识从宏观进入微观。（如原来看硫酸铜溶液就是
10、一杯蓝色溶液，学电离后看到的是Cu2+和SO42-溶液）【任务三：动手实践、实验验证】实验仪器：小烧杯（作废液缸用）、表面皿（反应容器）、两个铅笔芯（碳棒）、两根带双头鳄鱼夹的导线、9V干电池一枚、镊子、滴管实验药品：氯化铜溶液、淀粉碘化钾试纸、蒸馏水（友情提示：1.干电池的正负极标注在电源的侧面，为正极、 为负极；2.鳄鱼夹横着夹在电源上，注意不要让两极直接接触；3.产生现象后立即断开电源，避免产生过多污染气体。）实验操作将两根碳棒用导线与电源正负极相连，插入CuCl2溶液中。两极现象阳极： 。阴极： 。电极产物电极反应方程式电解反应方程式【任务四：小组合作、探寻原理】思考：CuCl2溶液在
11、电流的作用下为什么会分解生成Cu和Cl2呢？1.通电前，溶液中存在哪些离子？运动情况如何？2.通电过程中，电流方向和电子的流动方向如何？3.通电后，阴、阳离子移动方向如何？发生了什么反应？【任务五：联系生活、我的应用】通过刚才的小组学习，同学们有哪些收获？你觉得电解原理可以有哪些方面的实际应用？请小组代表进行交流并举例： 【设计意图】从微观角度认识物质在水溶液中的存在状态及行为，会依据概念设计实验验证是否为电解质，并知道电离方程式是对电离这一过程的符号化表征。用符号能够正确书电离方程式，通过电离方程式的书写，使学生进一步体会对电解质电离的认识。【学习任务2】水质检测再认识强、弱电解质1溶剂水怎
12、么也会电离引出弱电解质的概念水的电离方程式 ；【情境】水质检测中为什么蒸馏水的TDS读数不为零？为什么读数比矿泉水小得多？由此推测水的存在形式是什么？如何用符号来表达弱电解质不完全电离这一过程呢？【活动设计】 【设计意图】运用数据比较，将抽象的理解能否电离，电离程度怎样转化为宏观可视化的“水质检测数据”，使抽象问题具体化。类比学会弱电解质的电离的符号表征电离方程式。2你怎么证明其它电解质是弱电解质依据10mL B液体（冰醋酸）加水过程中TDS读数的变化趋势，你觉得醋酸属于强电解质还是弱电解质？理由是什么么？如何设计多种方案来证明你的假设？（备注：等浓度等体积的盐酸、醋酸测TDS数值，测pH，与
13、相同活泼金属反应看速率等等）学生实验并记录引出弱电解质的概念水的电离方程式 ；设计多种方案证明醋酸是否为弱电解质方案1： ；方案2： ；方案3： ；【活动设计】【深度思考】取20mL 0.1mol/L CH3COOH溶液滴加等浓度的氨水溶液，过程中用TDS水质测试笔检测，预测数据的变化趋势，说明理由？【设计意图】运用概念设计对比方案，并将静态的对比转变为动态的对比，使抽象概念具体化，并深化强弱电解质的理解层次和认知方式。【学习任务3】废水的处理离子反应【活动设计】【设计意图】从工厂排放酸性废水如何处理的实际情景出发，依据物质的分类设计实验方案解决问题，从宏观辨识反应的发生，并初步意识到离子之间
14、发生了反应。电解质在溶液中主要存在的形式盐酸 ；碳酸钠 ；NaOH ；碳酸钙 ；离子反应的微观解释：实验1： 和 离子作用实验2： 和 离子作用实验3： 和 离子作用预测实验4： 和 离子作用；设计实验证明实验4是否发生离子反应 ；离子反应实质是 ；设计实验证明： ；同学们，根据大家做实验看到的现象，下面我们来思考如下问题：（1）分析盐酸、碳酸钠溶液、NaOH溶液、碳酸钙中加水后分别存在哪些离子？这些离子如何产生?怎么表示?主要以什么形式存在?（2）溶液混合后哪些离子起作用了？你是如何判断得出的？（3）实验4没有现象？反应发生了没有？如何设计实验证明？（4）反应前后离子数目怎么变化？如何使离子数目减少？（5）由此你觉得离子反应的本质（实质）是什么？离子反应发生的条件有哪些？（6）如何证明实验2（或实验4）中Na+、Cl-没有参与反应2.宏观现象，微观解释从微观角度看反应【设计意图】从物质在溶液中
