第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 教学设计 人教版（2019） 选择性必修1

第四章 化学反应与电能 第一节 原电池
人教版选择性必修1
一、课标呈现
内容要求：认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用，了解常见化学电源的工作
原理。
学业要求：能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
二、教材分析
在必修课程中学生已经了解，将锌片、铜片置于稀硫酸中并以导线连接起来可以组成原 电池，这为本节教学奠定了基础。但是，对于大多数学生来说，双液电池在装置和工作原理 方面都比单液更加复杂，这会导致一些学生产生困惑。为此，本节基于真实情境引发问题， 设计实验进行探究解决问题，引导学生逐步认识和理解原电池的工作原理，助力原电池思维 模型的建构与应用。通过对常见化学电源的结构及工作原理的剖析，能够从物质变化与能量 变化的视角认识化学电源，通过寻找理想电池、比较不同的化学电源优劣，学会分析与评价， 深化对化学电源构成的四要素的认识，并能用化学语言表征电池与电极所发生的反应，逐步
培养学生运用原电池思维模型分析、解决问题的能力。
三、学情分析
通过必修教学内容的学习，学生已经具备一定的电化学基础知识、实验观察与探究和分 析问题与解决问题的能力但，为学习化学电源做了思想上和能力上的准备。利用原电池的思 维模型来分析与解构具体的化学电源，但学生思维的转换与知识迁移能力和发散思维能力等 方面有待培养和提高。因此本节课需要重点引导学生从物质与能量转化的视角，观察、分析 化学电源内部各物质的性状，与构成原电池的四要素进行一一对应，分析化学电源电源与电 极所发生的反应，用化学符号进行表征。本节课的教学要充分利用学生的好奇心和求知欲， 设计层层实验和问题情境，使学生在自主实验、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，发展学生对原电池的思维模型的认识。
四、教学目标：
1.通过对生活中常见化学电源收集、观察与分类，能理解化学在改善人们生活、推动社
(
情境线
) (
知识线
) (
素养线
) (
活动线
) (
活动
1
展
示
设
计
的电池；比
较优劣
) (
素养
1
科
学
探
究
创新意识
) (
知识
1
原
电
池
原
理，优劣判
断
) (
情境一
电池的设计
与收集
) (
活动
2
讨
论
分
析
改进思路
, 微观解析
锌锰电池
) (
知识
2
锌
锰
电
池
的
工
作
原
理
和
符
号
表征
) (
素养
2
宏
观
辨
识
微观探析，
科
学
探
究
创新意识
) (
情境二
电池的发展
史
) (
活动
3
观看视频，交
流探析锂电
池的发展
) (
素养
3
证
据
推
理
模型认知，
科
学
精
神
社会责任
) (
知识
3
锂
离
子
电
池
工
作
原
理
和
符
号
表征
) (
情境三
诺
贝
尔
化
学奖
)
会进步中发挥的巨大作用，探寻理想电源对促进社会发展，服务人类生活的重大贡献和社会
价值。
2.通过对干电池制备与结构的解析，能够从物质变化与能量变化的视角，分析化学电源 内部各物质的性状，与构成原电池的四要素进行一一对应关系；认识到一次电池存在的问题
与不足，学会分析化学电源及电极所发生的反应，能用化学符号进行表征。
3.通过了解化学电源的发展史，理解探寻理想电池的本质；能从物质变化与能量变化的
视角分析新型电池的研发和利用，培养责任意识和创新精神。
五、教学重难点
重点：利用原电池的思维模型，认识不同化学电源的工作原理、电池反应与电极反应的
分析与表征。
难点：化学电源的工作原理、 电池反应与电极反应的分析与表征。
六、教学方法
合作探究、实验法、比较法、归纳法
七、教学流程
问题线
问题一 设 计 电 池 应 考 虑 哪 些因素？
问题二 科学家是 如何改进 电池的？
问题三 为 何 将 诺 贝 尔 奖 颁 发 给 三 位 科学家？
八、教学过程
环节一：创设情境，构建寻找理想电池的思维模型
课前任务：布置学生设计简易电池
课堂教学：
【情境】电池与我们的生活息息相关，如手机、电脑、新能源汽车等，请同学们按照课前的
布置，展示一下自己所设计的电池和收集到的电池。
【任务一】汇报展示设计的简易电池
活动 1：学生展示课前设计的简易电池并评价
问题 1：你认为设计化学电源时，应综合考虑哪些因素？
（讨论交流，师生共同分析）判断电源优劣的主要标准
①比能量②比功率 ③电池可储存时间的长短。
设计电池时，需要从原理角度如电极材料、比能量、轻便安全环保等方面和装置角度如增大
反应物的浓度、接触面积，增加盐桥等去综合考虑。
评价 1：引导学生基于已有知识和生活经验完成学习任务，初步诊断学生对于化学电源认识
的水平。
设计意图：让学生动手设计电池和寻找生活中的电池，培养学生的动手能力，感受化学与生
活的密切联系
环节二：应用模型，探析电池的发展、解构干电池
【情境】：化学电源的发展史
问题 2：科学家如何改进电池使之性能更好？
活动 2：学生对比分析，交流讨论，陈述观点
评价 2：评价学生灵活运用模型解决实际问题的能力和对电池装置改进的实验探究水平。
【任务二】：解析锌锰电池
问题 3：你知道普通锌锰电池的内部结构吗？
活动 3：解构干电池分析电池的四要素
师：引导学生从化学电源的工作原理和装置两个维度认识干电池
原理： 电池总反应: Zn+2MnO2 + 2NH4Cl =Zn(NH3)2Cl2 + 2MnOOH
装置： 电极：正极:碳棒; 负极:Zn;
电极反应物：MnO2 Zn;
离子导体: NH4Cl 糊，
电子导体：外接金属导体
评价 3：根据学生分组实验手工制作和对实验装置的分析，诊断并发展学生化学实验探究水 平。
问题 4：普通的干电池使用一段时间就失去供电能力，如何改进装置提高性能？
活动 4：师生共同分析碱性锌锰电池的结构特点，根据原电池的思维模型讨论碱性锌锰电池
工作原理，构建电极反应式书写的思维模型。
[师生共同分析]：
原理：总反应 :Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn (OH)2
负极反应 :Zn+2OH--2e-=Zn (OH)2 ;正极反应 :2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH- ;
装置： 电极：正极:碳棒; 负极:Zn;
电极反应物：MnO2 Zn;
离子导体: KOH，
电子导体：外接金属导体
评价 4：根据学生的回答问题情况评价学生分析整合信息的能力，促进和发展学生的模型认
知。
设计意图：引导学生思考合作，应用已构建的思维模型解释和解决问题并培养学生团队合作
意识
（过渡）上世纪五、六十年代，当时石油危机迫使人们去寻找新替代能源，同时军事、航空、
医药等领域也对电源提出新要求。
环节三：优化模型，寻找“锂 ”想电池
问题 5：电池的比能量与负极材料（负极反应物）密切相关，哪种生活中常见的金属做负极
材料可设计出比能量更高的电池？
活动 5:分组实验 镁-碳-盐水，用小风车或玩具小车监测是
否产生电流并测电流强度,与锌锰电池做对比
追问：哪种金属设计电池比能量最小？将它设计成电池应注意什么？
【任务三】：探秘锂电池
[师生合作]：锂还原性强，易与水、氧气反应，应用非水体系的电解质，并加强密封保存。 以 Li—MnO2 电池为例，用原电池的思维模型讨论 Li—MnO2 电池的工作原理， 以及设计装
置要求。
Li—MnO2 电池工作原理：
电池的总反应：Li＋MnO2 ＝LiMnO2
电极材料：正极:MnO2 ; 负极:Li;
电极反应物：MnO2 Li;
正极:MnO2 + e- =MnO2- 负极：Li - 2e- = Li+
离子导体: 含 LiClO4 的有机溶液
电子导体：外接金属导体
电池特点：质轻、高能(比能量高) 、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，
广泛应用于军事和航空领域。
评价 5：通过对实验设计方案的交流和点评，发展学生实验探究设计水平，诊断并发展学生 解决实际问题的能力水平及其对化学价值的认识水平，提高学生的设计实验能力和创新能力 （过渡）刚才我们了解的各种化学电源大小各异， 性能不同，但都具有一个共同的特点— 只能用一次， 用完丢弃，不仅浪费资源，还会给环境带来污染。为了解决这个问题，可反
复使用的二次电池便诞生了。
【情境】:2019 诺贝尔化学奖颁发给研究锂电池的三位科学家
问题 6：科学家是如何发明出比能量高，且绿色环保的锂离子电池呢？
活动 6：观看 2019 诺贝尔化学奖相关视频：了解锂二次电池的发展史
交流讨论，三位科学家不断改进正负极材料提高了锂电池的电压和安全性。
完善锂离子电池的原理装置二维图并书写其电极反应式。
展示 :锂离子电池--新一代可充电的绿色电池
电池总反应：LixCy + Li1-xCoO2 =LiCoO2 + Cy
(
反
应
物
产
物
)
-
原理维度
2e
(
Li
x
C
y
) (
化
电
)氧 失 (
应
)反 子 (
xLi
)+ 六氟磷 酸锂的 碳酸酯 (
Li
1-
x
CoO
2
) (
LiCoO
2
)还 原 反 应 得电子
负极
材料
电子
导体
离子
导体
正极
材料
装置维度
电极材料：正极材料:LiCoO2; 负极材料:嵌锂石墨;
电极反应物：LiCoO2 LixCy;
电极反应: 负极：LixCy - xe- = xLi+ + Cy
正极：Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- = LiCoO2
离子导体: 六氟磷酸锂的碳酸酯
电子导体：外接金属导体
评价 6：通过对比学习，诊断并发展学生分析问题、解决实际问题的能力水平及其对化学价
值的认识水平，提高学生的设计实验能力和创新能力
设计意图：让学生感悟社会的需求推动了化学电源的发展一切事物总是在实际应用 过程中
才发现问题的，但面对问题不能回避，而应积极考虑解决问题的对策。
环节四：拓展应用 总结提升
问题 7：如何正确给手机充放电？
活动 7：思考讨论，应用原理解决实际问题
师:依据锂离子电池工作原理，锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。故锂离
子电池保持性能最佳的充放电方式为浅充浅放。
评价 7：实现知识迁移，评价学生应用知识解决实际问题的能力，培养其严谨求实的科学态
度，具有探索未知、崇尚真理的意识。
课堂小结:
本节课我们沿着科学家的脚步了解了电池的发展史并找到了比较理想的充电电池--锂离子 电池,锂电池的性能还有没有提升的空间了 请同学们谈谈收获，课下查阅资料了解锂电池发
展的新方向并继续寻找清洁绿色的化学电源.
设计意图：培养学生用化学知识解决实际问题的能力，感受化学的社会价值，同时引导学生
持续关注电池的发展并努力学习知识为社会发展贡献力量，培养科学精神和社会责任。
板书设计
化学
电源
一次电池 二次电池 普通锌锰电池 碱性锌锰电池 锂电池 铅酸蓄电池 锂离子电池
燃料电池（下节课学习）
【课后作业】
1.用原电池的思维模型分析铅酸蓄电池的工作原理。
2.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是
A ． 甲：Zn2＋ 向 Cu 电极方向移动，Cu 电极附近溶液中 H＋浓度增加
B ．乙：正极的电极反应式为 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH-
C ．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D ．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降。
九 、教学反思
1.设计思路反思
本节课从生活中的常见的各种电池情境引入新课，围绕 “化学电池的发展 ”线索（即 按“干电池→充电电池 ”的发展线索）， 从化学史的角度介绍化学电池工业随社会、科技 发展而发展的历程去展开，然后依次分析各种化学电源的原理和装置，电池的优缺点以及如 何改进，培养学生“在化学科技实验中不断改进创新 ”的发展观和创新意识,同时构建学生 认识电池的基本模型,最后应用原理解决实际问题,引导学生继续寻找探究,电池的发展永远
在路上......
2.实验设计反思
本节课有两个实验，一个学生课前实验设计电池并展示，另一个电池的原理改进实验。
每个实验过程利用小风扇的转动, 电动小车的跑动增强实验的趣味性，并通过传感器测定电
流强度, 由定性到定量让学生感知电池的设计和改进思路。通过自己的创新，亲身引导，激
发学生的科学精神和创新意识。
3.素养达成反思
这节课学生表现得非常好，他们动手能力很强，思维也很活跃，很快就能发现各种电池 的优缺点，积极讨论出改进措施，培养学生科学探究和创新意识的学科核心素养。通过了解 化学电源的发展史，理解探寻理想电池的本质,认识化学在改善人们生活、推动社会进步中 发挥的巨大作用，探寻理想电源对促进社会发展，服务人类生活的重大贡献和社会价值落实
学生的科学精神和社会责任的学科核心素养。
十一、教学评价：
1．立足情境，引发学生深度学习
本节课遵循深度学习基本教学模式：情境— 问题/任务—活动—知识—素养。真实、具 体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，为学生化学学科核心素养提 供了真实的表现机会。深度学习也始于情境，教学中创设了学生设计简易电池与寻找生活中 的电池情境、 电池发展史情境和诺贝尔化学奖情境引导学生构建寻找理想电池的思维模型，
应用模型解释电池的发展史并解析锌锰电池，优化模型探秘锂电池的发展、工作原理和符号
表征，层层递进，体现了从宏观到微观再到符号的深度学习理念。
2 ．基于问题，培养学生高阶思维
在新课程标准中，“发现问题→探究问题→解决问题 ”是当代高中生必须具备的基本素 养。本节课从创设的真实情境中设置“ 问题串 ”，用问题串把化学知识从外延到内涵逐层清 晰地呈现给学生，比如科学家是如何发明和改进电池的，这个问题贯穿教学的始终。从最初 如何设计出电池，到怎样改变装置，再到怎样改变原理提高比能量，最后到锂电池如何提高
电压以及安全性？逐步帮助学生自主建构和理解，并真正认识理想电池的探寻思路以新型电
池的分析思路。
3 ．突出活动，促进学习方式转变
活动是指主体通过行为与客观世界相互作用的实践过程。它是个体心理发展的基础，是 意识能动性和个能动性的高级形式。本节课的整体思路由情境到问题或任务，再将问题的解 决或任务的完成转化为学生的活动，活动是本节课的中心。学生化学学科核心素养的发展是 在具体的活动中自我建构、不断提升的过程，而不是靠教师简单的教授。活动为学生主动建
构知识、发展核心素养提供“场所 ”，促进了学生学习方式的改变。本节课注重引导学生开
展分类与概括、证据与推理、模型与解释、符号与表征等形式多样的活动，在这些具体的活 动中建构知识——认识了化学电源的分类、发展、工作原理，并通过观察、思考、表达、交 流等多样化的问题解决过程中发展了学生的化学学科核心素养——“宏观辨识与微观探析 ”、
“证据推理与模型认识 ”、“科学精神与社会责任 ”。
4 ．关注评价，探查课堂学习效果
本节课的教学是将素养导向的学习任务嵌入到课堂教学过程中，通过学生活动、教师的 追问来外显学生的思维过程，更利于教师基于证据判断学习目标的达成情况。如环节二中应 用模型解释电池的发展史，环节三中优化模型探秘锂电池并书写电极反应式，这些活动具有 素养诊断价值，诊断同学是否可以从原理和装置的视角理解电池的发展，诊断同学是否可以 用符号表征出电极反应，从而也诊断学生化学观念结构化的水平达到认识思路结构化，以此
来发展学生的核心素养。
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