《化学能转化为电能——电池》第一课时教学案例
东营市第一中学 梁美秀
一、教材分析
鲁科版教材《化学反应原理》（选修）中第1章《化学反应与能量转化》引领学生在定量的层次上讨论化学反应的能量转化问题，尤其是化学能与电能的转化是中学化学理论部分中最重要的内容之一。《化学能转化为电能——电池》更是重点中的难点，所以放在第2节《电能转化为化学能——电解》之后学习。本节包含三部分内容：原电池的工作原理、化学电源和金属腐蚀。计划三课时完成：
第一课时：原电池的工作原理
第二课时：化学电源
第三课时：金属腐蚀
在必修教材《化学2》的第2章第3节中，学生对原电池的工作原理有了初步的认识。第一课时内容有：原电池的装置、工作原理、组成条件。其中工作原理和组成条件是本节课的重点，原电池原理是本节课的难点。学生理解原电池原理可能有一定的难度，所以在教学设计上要特别注意难点突破。
本节教材设置了“活动·探究”、“交流·研讨”等学生学习探究的环节，以及“资料在线”、“追根寻源”等大量的探究教学素材，富有深刻的探究教学思想内涵。首先，“活动·探究”中两个演示实验为新课引入和探究教学创设了问题情景，而且激发了学生了解学习原电池相关知识的兴趣。当学生观察到 “电流表指针发生偏转”这一神奇的实验现象（化学能转化为电能），就会情不自禁地提出一系列问题，产生强烈的探索欲望，并提出各种各样的假设；紧接着，通过“交流·研讨”中（图1－3－4）演示实验为学生提供“实证性”材料，学生根据实验现象，经过严密的逻辑推理，得出相关结论；当学生理解原电池的原理后，教材又设置了一个讨论题（课本23页），让学生自己归纳“组成原电池的条件”。同时，课本中的《身体内的化学》（课本32页），也是本课时探究教学内容的应用和延伸。
当然，为了更好地实施探究教学，还需对本节教材内容作必要的处理和补充。
（1）将课堂设在实验室中，变教材中的教师演示实验为学生分组实验。这样不仅使学生观察到明显的现象，还能使学生直接参与知识的获得过程，获得直接的体验和感性认识。
（2）教材中“组成原电池的条件”这一内容，是通过一个问题的形式涉及到的，不是很具体，考虑到学生的知识迁移能力和概括能力还不是很强，单纯的讨论可能会无从谈起，因此教学中设计了一组学生实验习题，让学生通过实验获得直接经验，再通过对比分析，归纳出规律，最终得出组成原电池的三个必要条件。
（3）将教学资料中的家庭小实验——水果电池，移到探讨“组成原电池的条件”的课堂教学中，不仅能帮助同学理解组成原电池的其中一个必要条件——电解质溶液，而且能达到学以致用，使学生觉得化学就在我们的身边，从而激发学生学习兴趣，启迪学生思维。
（4）在上述内容完成后，可以留一个作业：让学生自己设计一个原电池，将刚学的内容进行应用和巩固，有利于培养学生的知识迁移能力和动手能力。
这样处理教材内容后，就可以实现：“设置问题情境——学生质疑——假设和推理——实验验证——得出相关结论——引发新的问题情境——提出新问题——实验提供直接经验——对比分析、总结规律——原理、规律应用”的教学过程。
二、 教学目标
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1. 知识目标： |
①{C}了解原电池原理，能判断原电池的正负极，会写电极反应式。
②{C}掌握构成原电池的条件，能设计并完成一些基本的原电池实验。 |
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2. 情感目标： |
①{C}体验并享受学习过程中探究带来的快乐，感受化学世界的奇妙。
②{C}培养学生在科学探究过程中敢于质疑，勤于思考的的探究精神和依据实验事实得出结论的科学态度。
③{C}培养学生的团队协作精神。 |
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3. 能力目标： |
培养学生观察能力、实验能力、实验设计能力、语言表达能力。培养学生正向思维、逆向思维、发散思维能力。 |
三、教学设计
教学指导思想：充分发挥学生的主体作用，让学生自主地参与知识的获得过程（例如动手实验、难点质疑、分组讨论、师生讨论等），教师适当的点拨、纠错、总结、拓展、延伸。
学生有了必修《化学2》中对原电池的初步认识，对进一步了解原电池的工作原理有强烈的探索欲望。要充分利用学生的好奇心和求知欲，设置问题情境和分组实验，使学生在动手实验、积极思考和相互讨论中自己发现问题、分析问题和解决问题。
在教学内容的安排上，按照学生的认知规律，从易到难，实践——理论——实践的顺序，首先通过活动探究中一组实验，引入课题。在实验——观察——讨论——推测——验证的过程中，了解原电池概念，认识原电池装置，理解原电池的工作原理。在此基础上，通过实验探索和讨论组成原电池的条件。最后，让学生自己设计一个原电池以检验学生对所学知识的实际应用能力。
根据学生的知识结构、年龄阶段、心理特点和教学内容的实际需要，采取了设疑引导、启发讨论、实验探究等教学方法，并结合多媒体进行教学。
四、 教学准备
1.对学生进行分组：前后四人为一个小组。
2.实验仪器和试剂：每组一个灵敏电流计，两片铜片、两片锌片、一根石墨电极、一节5号干电池（学生自己准备）、6个烧杯、稀硫酸、硫酸铜溶液、无水乙醇、蒸馏水、一个西红柿。
3.制作课件（包含铜锌原电池工作原理的模拟动画）
4.地点：有多媒体放映设备的实验室
五、 教学过程（课堂实录）
【引入】通过对第1节《化学反应的热效应》的学习我们知道，化学反应中能量的变化主要是化学能和热能之间的转化。而生产与生活中电能应用更广，原电池可以实现化学能与电能之间的转化。那么它是如何实现这一转化的呢？
【板书】第3节 化学能转化为电能——电池
【活动探究】指导学生做实验1
将锌片插入硫酸铜溶液中，测量溶液温度的变化，分析能量变化。
说明实验注意事项，要求同学认真观察现象，并思考原因。
【学生活动】分组实验并观察现象。
【学生回答】1.锌片溶解，表面上有红色固体析出；
2.溶液颜色变浅，温度升高。
【设疑】红色固体是什么物质？溶液温度为什么升高？
【学生分组讨论】学生激烈讨论，并争相举手回答：因为锌失去电子，溶液中的铜离子得到电子生成红色的铜，即锌能和硫酸铜反应置换出红色的铜 Zn ＋Cu2＋ ＝ Zn2＋ ＋Cu ，所以溶液中铜离子浓度减小，颜色变浅；该反应放热，所以溶液温度升高，化学能转化为热能。
【引导】在上述反应中化学能直接转化成热能释放出来。那么能不能让化学能转化为其它形式的能量呢？比如说电能。请同学们自己设计一个实验实现这种转化。
【学生活动】学生每四人一个小组讨论设计实验方案，并动手实验。
【实验指导】1. 使用灵敏电流计的注意事项
2. 要求学生认真观察并记录实验现象
【学生活动】小组实验并观察现象。
【学生回答】
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学生甲： |
实验现象{C}①{C}电流计指针偏转；{C}②{C}Zn片溶解，其表面出现一层红色固体物质，CuSO4溶液颜色变浅；{C}③{C}Cu片表面也出现一层红色固体物质。 |
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学生乙： |
质疑 “既然电子是锌片失去的，铜离子为什么不直接在锌片上得电子，而要到铜片上得电子析出呢？” |
【引导思考】学生思考并试着回答解释这个问题（充分给学生思考和表达自己想法的机会，即使学生回答错误或者难以回答，也是一种很好的思维锻炼）
【学生回答】对这个问题学生感到难以回答，期待老师的评判和解释。但老师不必急于回答。
【动画演示】由于锌片失去电子后产生锌离子，锌片的周围有许多来不及扩散到溶液中去的锌离子，对铜离子有排斥作用，使铜离子很难在锌片上直接得到电子，而是移动到聚集了大量电子的铜片上得电子。
【学生小结】锌片：较活泼，电子流出，发生氧化反应 Zn → Zn 2+＋2e-
铜片：较不活泼，电子流入，发生还原反应 Cu2++2e- → Cu
电子从锌片沿着导线流向铜片，电流计指针偏转。
能量变化：化学能转化为电能。
【老师小结】像这种能把化学能转化为电能的装置称为原电池。
【板书】一、原电池的工作原理
1.原电池的概念：把化学能转化为电能的装置称为原电池。
【实验指导】给你一节干电池，用实验证明铜锌原电池的正负极。
【学生活动】实验并观察现象。
【学生回答】现象：测干电池时，电流计指针偏向负极方向；测铜锌原电池时，电流计指针偏向锌片方向。
结论：锌片为负极，铜片为正极。
【学生总结】判断原电池正负极的方法。
【板书】2.原电池的原理：
负极（锌片）：较活泼，电子流出，Zn → Zn2+ + 2e-（氧化反应）
正极（铜片）：较不活泼，电子流入，Cu2++2e- → Cu（还原反应）
【引导】请同学们写出铜锌原电池的总反应方程式，并比较其与锌片直接跟硫酸铜反应有何异同。
【学生活动】学生甲板演：总反应方程式为：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
学生乙回答：相同点：总反应方程式相同
不同点：电子转移途径不同，能量转化形式不同
【过渡】原电池的实质是氧化还原反应，氧化还原反应理论上都可以设计成原电池，那么组成原电池要有哪些条件呢？
【板书】3.组成原电池的条件
【实验习题】请用实验验证下列哪些装置构成原电池？并据此对比分析，讨论构成原电池的条件。
【学生活动】分组实验并观察现象。
【学生回答】{C}③{C}{C}④{C}{C}⑧{C}构成原电池。
【学生讨论】先组内讨论3分钟，再小组之间交流（通过对比分析、讨论补充、修改完
善，最后得出原电池的组成条件）
学生甲：从{C}①{C}{C}②{C}不构成原电池可知，构成原电池必须有两种活动性不同的金属作电极。从{C}⑥{C}{C}⑦{C}不构成原电池可知，要组成原电池还必须构成闭合回路。
学生乙：{C}⑧{C}也构成原电池，是因为水果呈酸性，说明构成原电池需酸溶液。
学生丙：{C}④{C}也能构成原电池，说明构成原电池不一定要酸溶液，也可以是盐溶液，结合{C}⑤{C}可知，构成原电池必须有电解质溶液且电极材料必须与电解质溶液接触。
学生丁：从{C}③{C}可知，电极材料也可以是像石墨这样能导电的非金属。
【学生小结】最后选出较好的一个小组代表总结组成原电池的条件：
① 有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极；
② 有电解质溶液；
③ 两极相连插入电解质溶液形成闭合回路。
【板书】学生总结的同时老师板书。
【设疑1】（过渡）在刚才的实验中我们看到铜离子主要在铜片上得电子析出，但是仍然有一部分铜在锌片上析出（上述实验现象{C}②{C}Zn片溶解，其表面出现一层红色固体物质），即仍然有直接的置换反应发生，使得一部分化学能转化为热能而不能全部转化为电能。那么怎样可以避免呢？
【学生活动】思考并回答：让锌与铜离子隔离，互相不接触就可以避免置换反应发生。
【设疑2】那么这样能组成原电池吗？
【学生回答】不能，因为没有构成闭合回路。
【设疑3】那么怎样才能既不让锌与铜离子接触又可以形成闭合回路呢？
【学生反应】这个问题激起了学生强烈的好奇心和求知欲，并且跃跃欲试的提出了一些自己的想法。
学生甲：用卫生纸搓成绳，用硫酸铜溶液浸透后，将两个烧杯连接起来。
学生乙：用浸透硫酸铜溶液的海绵条将两个烧杯连接起来。
学生丙：用导线将两个烧杯连接起来。
【老师总结】先对学生的回答给予肯定，并分析指出其不足之处，然后引入盐桥。
【学生活动】给学生3分钟时间阅读课本24页“资料在线”有关盐桥的介绍和“交流·研讨”，并思考下列问题：
①{C}盐桥中离子如何移动？能否实现化学能向电能的转化？
②{C}盐桥的作用？这样组成的原电池与前面不加盐桥的原电池相比有何优点?
【学生活动】学生回答：老师注意聆听并及时评价。提出新的问题：原电池中的电流到底是怎样产生的?
【开拓视野】让学生阅读课本25页“追根寻源”——原电池的电流是怎样产生的。开拓学生的视野。
【当堂练习】练习1、对于上述能构成原电池的{C}③{C}{C}④{C}{C}⑧{C}装置，请判断其正负极并写出其电极反应和电池总反应。
【学生活动】3名学生分别板演{C}③{C}{C}④{C}{C}⑧{C}，其他学生在练习本上书写。
【学生讲评】写完后让其他学生对板演内容进行评价。（在学生评价过程中，教师引导学生注意正极材料本身并未发生变化，负极和电解质溶液之间发生了氧化还原反应）
【练习2】假如把上述{C}③{C}装置的电极改为Cu和Ag，能组成原电池吗？
【学生回答】学生甲：能
【追问】那么请你写出电极反应和电池总反应。
【学生板演】负极：Cu → Cu2+＋2e－
正极：2H＋＋2e－ → H2↑
总反应：Cu＋2H＋＝H2↑＋Cu
【再追问】这个反应能自发进行吗？所有的氧化还原反应都能设计成原电池吗？
【学生回答】这个反应不能自发进行，所以不能构成原电池。只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。（学生回答后给予微笑和肯定）
【小结】本节课重点：原电池的原理、组成条件、电极反应。
【作业】1、请学生根据本节课学习的知识，将氧化还原反应：Fe + 2Fe3＋ = 3Fe2+ 设计成一个原电池。
2、回家搜集一节废干电池并拆开，弄清它的构造及原理。
六、板书设计
第3节 化学能转化为电能——电池
一、原电池的工作原理
1. 原电池的概念：把化学能转化为电能的装置称为原电池。
2．原电池的原理
负极（锌片）：较活泼，电子流出，Zn → Zn2+ + 2e-（氧化反应）
正极（铜片）：较不活泼，电子流入，Cu2++2e- → Cu（还原反应）
总反应方程式：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
3. 原电池的组成条件
①{C}有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极；
②{C}有电解质溶液；
③{C}两极相连插入电解质溶液形成闭合回路。
七、评析标准
本课时教学模式为实验探究教学，本课时教学是否成功，笔者认为，应从以下几个方面综合考虑，进行评价：
1.教材分析是否到位， 教材处理是否合理。一堂成功的课必须以充分到位的分析理解教材为前提。但是，探究性教学要对教材内容有所扬弃。教材仅仅是本参考书。因为现有教材的编写是面向所有学生的，而教学必须因人而异，并且探究性教学更要求根据不同的学生提供问题情景和解决问题所必需的事实材料，而不只是简单知识与结论的堆砌，因此，探究性教学首先要求在符合课程标准的同时对现有教材作深刻挖掘和适当处理。
2. 教学方法是否得当，教学过程是否优化。适当的教学方法可以最大程度的优化教学过程。优化的教学过程就是灵活机智地运用各种教学策略和教学方法。如激励性策略，即使用鼓励性语言，肯定学生任何一个微小的闪光点；自主性策略，即要求设计的问题有一定思维含量，讨论要注重实效性，讨论过程要注意学法指导，并培养学生善于思考、勇于提出问题的习惯；诊断性策略，即教学过程中经常注意学生的学习情况，根据反馈的信息调整教学程序；创造性策略，即鼓励学生大胆质疑，发表不同意见尤其是创造性的意见。
3、教学目标是否实现，教学效果是否显著。教学效果就是教学目标的完成程度。首先，要引导学生进入良好的学习状态，激起学生的探究兴趣。如学生学习兴趣浓厚，思维得到很好的启发，教学过程中主动的参与到课堂探究活动中，会大大提高课堂效率。而且学生参与面、参与时间、参与空间等因素都是影响教学效果的重要方面；其次，不同层次学生的知识目标、能力目标、情感目标要分别达到一定水平或得到一定程度的发展。
八、 自我评析
本节课采用实验探究式教学，既符合化学的学科特点，也符合新教材与课改思想，更符合学生心理和思维的发展特点。
化学是一门以实验为基础的学科，实验事实是最具有说服力的。本节课以实验事实设疑，又以实验事实释疑，让学生从直观、生动的实验中发现问题，进一步引导学生进行推理和分析，再通过实验验证分析得出结果。这样得出的结论学生更愿意接受，才能真正理解和牢固掌握。
从学生的年龄和心理特点来看，高二的学生对新鲜事物有强烈的好奇心和探索欲望，对老师的讲授敢于质疑，有自己的想法和主见。往往不满足于老师告诉他是什么，而更愿意自己去探索是什么和为什么。并且具备了初步的探索能力和动手能力。在思维发展的层次上，学生的形象思维已充分发展，抽象思维也正在迅速发展之中。实验探究是让学生在具体实验事实的基础上分析问题得出结论，符合学生的思维特点，有利于在形象思维的基础上发展学生的抽象思维。
但学生的抽象思维和探索能力毕竟还处于初级阶段，尚不成熟，这就决定了他们还不能成为完全独立的探索主体，探索活动需要在教师的组织引导下，有目的有计划的进行。教师的作用是“引导和启发”，即引导学生独立思考，主动探索，当学生的思考和探索遇到困难时，及时给予启发、提示、点拨，以帮助学生顺利地开展实验探索活动，既不是灌输也不能放任自流。因此，本节课的部分实验是由教师预先设计的，但同样起到了实验探究应有的作用，又使整堂课显得生动丰富、井然有序。
本节课应给学生充分的讨论时间和自由发表意见的机会，而不是流于形式。因为小组成员的知识水平存在差异，对问题的分析能力不同，充分的讨论有利于组内的交流和互助，使实验探究活动成为全体同学而不是部分尖子生的活动。在实验探究的过程中，学生肯定发现了不少新问题，心里有很多想法，其中不乏正确的和错误的、常规的和富于创新的想法。因此要让学生把他的想法表达出来，这既能丰富学生对原理和正确结论的多角度的认识，也是对学生探究精神的一种肯定和保护。
由于本节课采取讨论式和学生实验探究的教学模式，课前准备和课堂组织尤为重要。应在课前对学生进行分组，四人为一小组较合适，以便于学生展开实验探究活动和讨论。在学生实验和讨论过程中，教师应深入学生中，接受反馈信息，及时发现学生实验过程中可能出现的问题并加以正确指导。
本节课实验过程中应注意：
1．实验过程中的安全；
2．试剂的用量不要太多，注意节约；
3．灵敏电流计的量程。
《化学能转化为电能——电池》课堂教学点评
东营市一中督导室 王守广
为了推动课堂教学改革和新教材的实施，东营市一中开展了探究式课堂教学研讨课比赛活动，梁美秀和宫子文老师分别为大家上了一节题为《化学能转化为电能——电池》（第一课时）的公开课，本案例系该课的教学实录。公开课后，学校领导、督导室专家以及听课教师对公开课作了高度的评价，总结如下：
1、教材挖掘到位、处理合理。在对教材中的探究性内容进行深刻挖掘的基础上又不拘泥于教材，而是对教材中不适宜探究性教学的内容进行适当的处理，补充一些问题情景，拓展了教材的思想内涵，开拓了学生的视野。
2、探究式教学策略适合学情（教学内容和学生具体情况）。一，在教学过程中制造一个宽松民主的氛围，有利于学生互相讨论、主动发言，并大胆质疑，提出一些独特的想法，充分发挥学生主体作用；二，问题的设置恰到好处，层层设疑，引起学生的探索欲和求知欲，并具有一定的发散性，学生不能立即作答，但通过一段时间的思考，不同水平层次的学生可从不同角度，得到他自己认为合理的答案；三，每次讨论，给学生足够的时间和空间，使讨论较充分和彻底而不流于形式；四，课堂组织严密，一个问题提出后，首先在组内讨论，讨论后各组在中心发言时又会引发组间讨论，公开课中，师生对话、生生对话不断，整堂课气氛热烈而有序，学生参与程度较高。
3、充分利用化学学科的优势，突出实验作用。本课时中问题背景的设置、讨论后假设的验证、到最后规律的得出都是通过学生亲自动手获得，充分发挥化学这一实验学科的实验优势，设置分组实验。这不仅提高了学生的基本实验技能，使学生有了亲身体验，更使学生懂得了实验是化学知识的来源，也是化学最高法庭，使学生明白尊重事实、实事求是是科学研究的最基本精神。
4、充分利用网络资源，发挥多媒体辅助教学功能。本课时多媒体课件制作精美，在展示知识的同时给人以美的享受，从网上资源库下载的动画演示借助多媒体生动直观地展示原电池原理，有利于学生突破原电池原理这一教学难点。
5、课堂驾驭能力较强。公开课中，学生会偶尔提出课前没有预设的问题，或者实验中会出现意想不到的情况，老师都能“临危不乱”、沉着冷静的调整教学程序，对突发情况进行妥善处理。
东营一中督导室 王守广