化学能与电能（第一课时） 教学设计

化学能与电能（第一课时）教学设计
一、基本说明：
1、教学内容所属模块：《化学2》
2、年级：高一
3、所用教材出版单位：人民教育出版社
4、所属的章节：第二章第二节
5、教学时间：45分钟
二、教学设计
（一）教学目标：
1.知识与技能目标：
（1）学生通过实验探究认识原电池的工作原理和构成条件，初步掌握电极判断、形成原电池的概念；；
（2）通过对原电池组成条件的研究，学习科学研究方法。
2.过程与方法
（1）经历科学探究的过程，体会科学探究中的常用方法和一般过程；
（2）通过合作探究和自主探究的形式，理解常有化学实验研究的一般方法；
（3）能够在实验中发现新的问题，并提出猜想，而后用实验验证，从而解决问题。
3.情感态度与价值观
（1） 体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐；
（2）培养学生勇于创新，积极实践等科学精神和科学态度；
（3）学会与他人合作，主动交流。
（二）内容分析：
《课程标准》对本课的内容标准是要举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。《学科教学指导意见》对本课教学内容的基本要求是通过对铜—锌原电池的实验探究，认识化学能转化为电能的装置，初步认识原电池反应的原理，并能正确书写电极反应，发展要求是指导学生利用原电池原理设计一些简单的化学电池。
本节教材是人教版化学必修2第二章第二节的教学内容，是电化学中的重要知识。初中化学从燃料的角度介绍的“化学与能源”的一些知识，高中阶段又学习过的氧化还原反应，化学能量与热能，电解质溶液，金属活泼性等化学知识及物理电学的相关知识，已为本节课的学习做好了一定知识储备；在选修模块“化学反应原理”中，将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地学习化学反应与能量。那么本节课既是对前面所学这些知识的扩展和应用, 同时是对前一节课中“一种能量转化为另一种能量，能量也是守恒的；化学能是能量的一种形式，它同样可以转化为其他形式的能量，如热能和电能等”论述的补充和完善。也是为后面学习其它常见电池的原理,及选修模块“化学反应原理”中金属的腐蚀和防护，及电解原理等重要电化学知识的学习奠定了基础。它是电化学学习的基础内容也是核心内容。
该节分为两课时教学，本课为第一课时。本课的教学重难点为：
教学重点：初步认识原电池的概念、原理以及形成原电池的条件。体会科学探究中的常用方法和一般过程；理解常有化学实验研究的一般方法；培养合作交流的习惯。
教学难点：通过对原电池的实验探究，引导学生从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质，构成条件的探究。
（三）学情分析：
生活在现代社会，学生对“电”有着丰富而又强烈的感性认识。当学生们了解了化学反应中能量转化的原因，并感受了探究化学能与热能的相互转化过程之后，会对化学能与电能之间的转化问题产生浓厚的兴趣。高一学生好奇心强，思维活跃，能积极主动地学习。学生在必修1中已经学习了钢铁的腐蚀，在日常生活中也见到各种类型的电池，认识到生活中处处有化学。也已经习惯了新教材的学习思路和学习方法，同时已具备一定的化学思维基础和基础实验技能，这些将提高学生学习本课的积极性，也为提高学生的课堂解决问题能力和实践动手能力创造了条件。
（四）设计思路：
在教学过程中设计创设渐进式的问题情境，引导学生亲自动手去发现问题，提出假设，进行试验探究，得出结论，发现新的问题……
国庆60周年彩车中的高能电池，为学生创设问题情境，引入课题，实验探究1，设置阶梯式问题，对学生进行探究思路引导,当学生观察到“铜片上产生气泡”这一反常的实验现象，产生强烈的探索欲望，学生提出问题结论的假设结果，学生根据实验现象，和已有的知识经过严密的逻辑推理，和已有的实验器材进行试验论证。引导学生在分析问题的过程中获取知识、在解决问题的过程中形成概念；利用模拟动画将学生看不见的微观世界宏观化帮助学生理解原电池的工作原理，从而突破本节课的难点。
已对铜锌原电池原理的有了认识，自然会想到电池就会有正负极，实验探究2，那么原电池的正负极该如何判别了，再由学生提出假设，而后实验论证。
再在原电池的构成分析着手，通过改变实验的一个因子，分组实验探究3，原电池的形成条件。考虑到时间的缘故，将实验分成三个大组，分别从改变电极材料，改变电解质溶液，是否形成闭合回路进行探究；让学生经历一次，一次科学探究的过程，体验到科学探究是人们获取科学知识，形成科学概念、认识客观世界的重要途径。
后通过成果汇报的形式---格林太太的病因，巩固原电池的形成条件；自制水果电池，养成学以致用的习惯。这是本节课的高潮部分，也达到了突破难点的目的。最后通过学生自己谈体会，以达到巩固、提高的目的。
整个教学过程就是要让学生处于积极主动参与学习的主体地位,让学生以科学家的身份体验实验探究的成功 ,避免学生“享受”现成结论。具体流程如下：
三、教学过程：
教学环节及时间 教师活动 学生活动 设计意图
创新情境导入3分钟 [媒体展示]国庆60周年庆典图片，湖南国庆游行的彩车的动力系统介绍，提问：常见电池有哪些，它们的工作原理是怎样的？板书：化学能与电能 学生例举常见的电池。 通过创设情境，激发学生的学习热情。
引导分组实验，进行科学探究1构建原电池的模型 观察试验现象并发现问题，提出假设[引导学生] 对每种假设分析论证Q1：让学生描述所观察到的实验现象？并解释原因。Q2：对第二个实验中出现的现象进行大胆猜想。Q3：请对你的猜测作出判别。Q4：如何证明你的猜呢？引导分组实验，进行科学探究1观察试验现象并发现问题，提出假设[引导学生] 对每种假设分析论证Q1：让学生描述所观察到的实验现象？并解释原因。Q2：对第二个实验中出现的现象进行大胆猜想。Q3：请对你的猜测作出判别Q4：如何证明你的猜呢？[引导学生] 引导学生进行试验探究： [科学探究1] [回答Q1—Q4]Q1：①铜片上没有明显现象，锌片上有气泡冒出，Zn + 2H+= Zn2+ + H2↑，铜不与稀硫酸反应；如果不小心将铜与锌接触了则见到铜片上冒气泡。Q2 Q3:①.可能锌粒上的气泡从溶液中跑到铜片上; （认真观察实验现象无气泡移动） ②.可能是铜与硫酸反应,Cu失去电子给了H+;（实验中溶液没有变成蓝色）③.可能锌表面的电子流到了铜片上被溶液中的H+ 得到后产生H2。Zn－2e－=Zn2+ 2H++2e－=H2↑Q4:将锌片和铜片用导线连接起来，在导线之间接入电流表。平行插入稀硫酸溶液中观察实验现象。(注意观察铜片表面和电流计指针) 科学探究1 自己动手探究自己的猜想学生观察对比 通过实验使学生在原有知识基础上又发现新问题。激发认知冲动.师生互动形成“双主体互动式”课堂，培养学生思维的深刻性和批判性。并通过实验不断体现出由实践→认识→再实践→再认识的认知过程。
用动画构建原电池的模型 【多媒体展示】Cu –Zn原电池微观粒子运动的动画模拟，并展示Cu片.Zn片上得失电子的反应式.[板书]铜片上: 2H++2e- =H2↑ 锌片上: Zn-2e-=Zn2+[引导学生]Q5.这一装置中的能量是如何变化的？[板书]原电池的定义：将化学能转化成电能的装置叫原电池。 通过观看模拟动画：学生了解到电子由锌片移动到铜片，溶液中阳离子往铜片移动，阴离子往锌片移动。铜片上: 2H++2e- =H2↑ (还原反应)锌片上: Zn-2e-=Zn2+ (氧化反应)Zn+2H+=Zn2++H2↑ Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 氧化还原反应[回答]Q5化学能转化为电能 通过具体生动的动画将学生看不见的微观世界宏观化从而帮助学生理解原电池的工作原理。让学生从能量转化的观点揭示原电池的本质
引导分组实验，进行科学探究2 [过渡]电池形成了，而所有的电池都有正负极。Q6.那么我们的这个原电池的正负极分别是哪一极呢？怎样证明？[引导学生讨论猜测][板书]原电池正负极的判别：1、从实验现象可判别正负极。2、电子的流出极是负极。3、失电子极是负极。4、发生氧化还原的极。 【学生讨论】由原电池学生联想到日常生活中使用的标明正负极的电池。 Q6:1、利用已有的物理知识电子的流动方向判别电机的正负。2、利用电流表测已知正负极的电池，依据指针偏转方向做对比实验来确定原电池的正负极。测量结果表明：Cu作正极，Zn作负极。学生分组探究原电池的形成条件。并分组汇报： 层层深入的设问引导学生积极思考问题,并能用已有知识去解决实际问题。培养学生科学的探究方法。
引导分组实验，进行科学探究3 [过渡]原电池的组成部分有哪些？那么原电池的形成条件是怎样的呢？改变试验的一个因子;【引导】让学生认识到实验中三个变量之间的关系：电机材料：同种电极;不同种电极；电解质溶液：电解质与非电解质；通络：闭合回路的形成。暗示以此确定设计实验的探究方向。[板书]1、活泼性不同的两极。2、电解质溶液。3、形成闭合回路。【引导】引导学生从原电池的定义角度分析原电池的另外一个形成条件：自发进行的氧化还原反应。4、自发进行的氧化还原反应 【展示学生分组讨论结果】(全班12组分成三个大的方向)，将得出此结论的组数对应填入表格，并得出结论;形成原电池条件:1、活泼性不同的两极。2、电解质溶液。3、形成闭合回路。 4、自发进行的氧化还原反应。 培养学生的科学素养：改变一个试验因子，进行科学探究。通过小组探究实验活动，培养学生自主探索创新精神和同学间的交流合作学习协作精神，
引导学生讨论交流汇报引导学生讨论交流汇报 【引导】引导学生讨论交流汇报成果汇报1：格林太太得病的原因，和治疗方案。成果汇报2：有下列材料：Zn片、Cu片、导线、水果 、电流计,请设计一个装置使电流计指针发生偏转。并看能否将没了电池的生日贺卡重新发出声音。并留下问题：为什么有些同学的水果电池电流小，而有些却电流大呢？让学生课后思考。成果汇报3：1、在本节课学到了哪些知识？2、在本节课的学习中你认为最有用的学习方法是什么？在实验探究过程中你学到了什么？ 格林太太是位漂亮、开朗、乐观的妇女。当她开怀大笑的时候，人们发现她的牙齿中有两颗假牙，一颗是黄金的—这是她财富的标志；另一颗是不锈钢的—这是一次车祸留下的痕迹。但那次车祸以后，格林太太就老是头疼。四处求医就是治不好。后来，一位化学家为格林太太揭开了病因。请问化学家发现了什么？你能为格林太太开一个药方吗？并请说明你的理由。学生动手自创水果电池。（有些可能让贺卡发出声音，有些可能不行。）本节课所学知识可以归纳为：四个一。一个知识---原电池的相关知识：定义，原理，正负极的判别，形成条件。一种方法----用试验方法探究原电池的形成条件：每次改变一个试验因子。一种思路----问题——猜想——试验论证——问题——一种思想---学已致用的思想。 搭建平台展示学生资源：使个体资源在合作中得利用，形成优秀的集体资料。结合学生实际设计教学。归纳整理、体验成功。
作业布置 [自主发展作业]1、水果电池的电流大小与哪些因素有关？写一篇小论文。2、回家后利用家庭能够提供的一些材料创新各种电池，数周后在班上展出，选出优秀作品参加省、市科技创新大赛。 让热情延续，进一发展。
板书设计： 一、原电池概念： 将化学能转化为电能的装置。二、原电池工作原理 1、反应现象 2、电子的流出极负 极：Zn-2e-=Zn2+ 3、失电子极 4、发生氧化反应的极电子 电流(化学能转化为电能)正 极：2H++2e- =H2↑ (还原反应)三、形成原电池条件: (1) 有两种活性性不同的两极(金属或非金属单质)(2) 电解质溶液，(3) 形成闭合电路(4) 自发的氧化还原反应
四、收获与反思
1、注重探究性的教学，促进学生自主发展
本课时采用实验探究式教学，既符合化学的学科特点，也符合学生的心理和思维的发展特点。达到了促进学生“自主发展”的目的。本节课的策略是：创设渐进式问题 → 变化式问题 → 拓展式问题，循序渐进地逐步引导学生自主学习，自主提问，自主探索，自主研究，自主解决，从而达到学生自主发展的目的。
本节课的思路是：问题 → 猜想 → 试验验证 → 问题 →……
注重科学素养和创新素质的培养
在教学中注重对学生科学方法，科学态度和科学思想的教育，不仅让学生领悟、掌握知识，更重要的让他们掌握学习方法，也更重视知识的获取过程。在这一过程中，使学生初步认识科学探究的过程，学会一些科学的思维程序。从而接受科学的熏陶。
3、学生对实验探究课兴趣高昂，但在探究过程中，因为小组的每个成员的知识水平存在差异，对问题的分析能力不同，有些小组就显得盲目和无序，有些学生的动手能力较差，实验时畏畏缩缩，速度太慢，影响了教学进度。导致在有限的课时内，教学任务可能难以完成。因此对于本节课的设计实验原电池条件的探讨过程中教师要适当引导缩小实验范围和对比实验组数，器材要注意先准备到位，如导线与电极的连接，做到有的放矢。
反思：本节实验探究课存在一个问题就是理论与实验实际的辩证关系，如：锌片不纯导致在连接后锌片仍有气泡，如果不解决好此问题对学生形成原电池电子流动的概念会有影响。其次就是在原电池形成条件的探究实验中，本应该设计一个有关自发氧化还原反应这一条件的对比实验，然而在实际操作时用铜碳作电极，硫酸溶液作电解质，学生现有的知识会理解成是不产生电流的，但实际操作过程中电流计指针仍发生了偏转，这里就涉及到吸氧腐蚀，溶液浓度差及电极电势的有关问题探讨，所以我回避了此问题，避免一开始就对原电池产生畏惧心理，难以达到本节教学目的。那么氧化还原反应这一条件学生其实在探讨原电池工作原理时已经可以把握，知道是电子移动产生了电流，依据已有氧化还原反应的知识作基础学生不难得出原电池需要自发发生的氧化还原反应这一条件。
由于时间关系，电极反应的书写还不到位，本节课只能让学生了解什么是电极反应，下节课需进一步落实简单原电池电极反应的书写问题。另外此节课中学生自主探究出的原电池的形成条件之一：活泼性不同的两极。其实并非是一定要两种活泼性不同的两极（如燃料电池---就可能是两铂电极）故课后需进一步完善。