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《电解原理》教学设计北京市第十五中学王冬松一、指导思想与理论依据核心思想：（一）以教学单元为整体。基于学生原有认识、凸显认知冲突在原理和规律的形成过程中的作用，设计富有驱动性的以认知冲突及其解决为主题的课堂活动增强课堂时效性。通过对以往教学经验的回顾和分析发现学生对于电解原理的理解是相对滞后的，往往需要在习题中大量碰壁和再次学习才能形成正确认识。放电顺序虽然记住但是不会应用。究其原因我认为是在初始课教学的时候没有充分调动学生的思维，没有通过富有驱动性的认知冲突去形成感悟和结论。何谓原理教学初始课的实效性？我认为就是通过该课形成令初学者眼前一亮，耳目一新的新认识，建立基本的思考一类问题的思维模型，相对于此，概念理解的细节雕琢反而是其次的。要实现这个实效性，就必须设计针对学生有真正触动的问题序列，建立有效的认知冲突，而要有效就必须是基于学生原有认识。原有认识有些是我们思考的工具和基础：如离子反应提供了微粒观、水的电离平衡提供了平衡观、氧化还原规律提供了氧化还原观等。还有一些成为我们建立认知冲突发现和完善规律的支撑。如本节课的第一个环节就是对电解质溶液如何导电的深入思考，进而引出通电使溶液发生氧化还原反应的认识假设（针对理论思考能力较自觉的学生）。而稀硫酸和铜是否可以反应生成氢气这个“不是问题的问题”成为完善放电顺序中未知项的依据。化学史是最鲜活的科学思维教材，认知冲突也可以源于此，如戴维电解制取金属钾的失败引发我们对放电顺序的思考。2、关注原理和规律形成过程中认识层级和认识难度的递进设计单元整体教学以及课堂活动。原理的学习需要首先建立一个整体、总括性的认识才有进一步细化和强调的基础，才能将规律的应用变成自觉。如本课的认识阶段可分为认识层级课堂活动设计1、什么是电解及其与氧化还原的关系。溶液导电微观解释的追问和假设，设计实验验证假设。用电环流解释并记忆电解中的氧化还原规律。2、在认知冲突中发现并完善放电顺序戴维电解法发现钾的成与败带给我们的思考。稀硫酸与铜的反应如何实现的思考。3、电解是进行非自发氧化还原的手段接上述活动4、电解是电能转换为化学能的途径利用化学蓄能电站对电解与原电池的能量转化进行对比。就整个单元来说，尽管思考进程大致遵循一个首先建立理论然后学习规律最后应用的递进层级，但其中电解规律的应用（放电顺序、电解问题的一般分析思路）其实是一个核心问题，需要在整个单元整体设计的时候考虑到每个环节对这些能力层面的目标落实到什么地步，真对本节课作为初始课的铺垫作用，另一方面考虑到对电解概念认识过程中所引用的事例的角度（戴维电解制取钾、电解法实现稀硫酸和铜的反应）将单元教学内容作了如下调整：将放电顺序的讲解放到第一课时。在应用课时中强化和发展这个方法。1、基于以上两点设计的和以往教学设计不同的几个教学环节：（1）从溶液导电这个熟悉的事实出发提出溶液具体是如何导电的这个问题。通过对已有知识的利用以及教师新输入认识的整和建立溶液导电可能是发生了氧化还原反应这一推测。（2）完善和细化上述推测并选择通电的溶液预测实验现象，通过实验验证。从而建立电解过程的微观认识模型。（3）从化学史上戴维制取钾的成功和失败中吸取教训，认识放电顺序的存在。（4）通过对电解法实现稀硫酸与铜的反应完善放电顺序的认识，同时建立电解是实现非自发氧化还原的手段的认识。二、教学背景分析学习内容分析：（一）电解原理是化学反应原理中要求层级较高的内容它以氧化还原反应、离子反应、原电池、水溶液中的离子平衡作为基础，同时是对化学反应中的能量变化，化学反应进行的方向知识的应用与提高。学生的原有认识能在这里发挥巨大的基础作用。同时电解教学把理论研究和实验探究都放到了十分重要的位置。是利用理论知识对各种途径信息所带来的认知冲突进行分析、归纳的试炼场，是培养学生综合学科能力和科学思维品质的大好契机。（二）从单元整体教学的角度来说电解的原理是学习电解的应用的基础，电解应用是对电解原理的内化和提升，也是与原电池相结合对电化学知识从装置、电极反应、能量变化、自发非自发进行对比梳理的前提，因此教材在本节最后安排了原电池和电解池的比较。电化学知识综合应用于解决实际问题在电解理论、规律学习完成之后成为可能，因此整个单元可以在最后加设一节电化学综合应用课时从解决实际问题的角度开拓学科视野丰富知识外延。（三）在电解原理的教学中教材安排了电解CuCl2溶液作为电解的引入并以其现象作为与氧化还原反应联系的桥梁，我在做教学设计之初对教材选取该实验的目的和使用策略做了如下思考：首先选取CuCl2作为电解对象是一个巧妙、合理的设计。一方面因为Cu2+和Cl-在放电顺序中分别在水电离的H+和OH-之前使不了解放电顺序的学生不会产生困惑，另一方面电解的产物（Cu和Cl2）特征明显，便于检验。其次我在思考该实验的使用策略时产生了两个疑问：一、教材通过这一个溶液导电是发生了氧化还原反应这个事实，推广到溶液的导电过程都是发生了氧化还原反应是否缺乏普遍性？二、学生能根据产物把现象和氧化还原联系起来，但很可能会跨越了微观形象思维，这个思维却是学生理解电解原理以及今后应用的很重要的思维模型，在以往的教学中这个微观的过程多由教师展示的动画来表现和补充，但如果学生的思维能力较好是否也可以把它交给学生由他们从这里出发对溶液导电的微观过程思考和假设呢（老师用动画作为思维的辅助）？作为大胆尝试，我在本课中设计了“电解质溶液是如何导电的？”这个看似简单实则却引发了对微观过程思考的大设问(具体见教学过程设计)用对它的推理和验证作为电解原理学习的主要线索。为了让这样的一个预测不流于形式和主观臆断，真正发挥引导学生向知识和能力目标方向思考我设计了推测的三个阶段如图：这样不仅把过分开放的设问变得有指向性，具体化，而且在学生的主动中实现了对知识目标中离子移动方向，氧化、还原反应得、失电子和电极的对应关系的思考起到了在原理课教学之初真正调动学生思维理解原理本质的作用。通过合理的设计学生自己也选择了CuCl2,这样一来把实验设计的自主性交给了学生。后续当讲解完放电顺序之后安排了一个反思：使用CuCl2做电解质溶液研究电解是我们的幸运？为什么？使学生更深入地理解了教材以及编写者的意图。(4)放电顺序的认识和应用是电解教学的难点和重点，教材的处理是讲解应用时从电解氯化钠的实验现象引入并在电镀和电冶金中应用，但限于学生对它的陌生能马上运用得流畅自如很不容易。为了和电解的应用形成适当的衔接，我设计了在电解原理的课时利用化学史上戴维电解法制取钾单质的失败与成功的例证来引出放电顺序，在电解实现了稀硫酸与铜的非自发反应的例证中完善和补充了这个顺序。实现了教学素材的多角度挖掘和使用，并为单元整体教学中重点知识铺垫了比较平均的认识上升阶梯。学生情况分析：通过必修2和选修4的学习学生掌握或了解了关于氧化还原反应规律、离子反应、能量变化、反应自发性的知识，并有了一定的微观过程思考能力。针对的授课班级是市重点中学程度较好的理科班但老师是第一次给该班学生授课。通过前测，发现学生对于氧化还原反应和原电池电极反应之间的关系比较熟悉占到调查学生的84%，从微观的角度思考电极放电过程（原电池）比较生疏27%，因此本节课渗透了这种思考角度（引入问题），思考电极反应的能力方面，学生记住了典型原电池的电极反应，但对正极反应书写时有得失电子先后顺序的问题较为陌生（对理解放电顺序有铺垫作用），对吸氧腐蚀的正极反应较为陌生（对理解OH-放电反应有借鉴作用）。关于学生对于电解的前认识，学生知道电解水和电解法制取铝、钠等活泼金属但是对于电解质溶液的导电是发生化学变化并不熟悉。对于电解法制取铝为什么要电解融化的三氧化二铝而不电解铝盐溶液的原因不明。教学方式与教学手段说明：方式：教师和学生共同参与的演绎、实证法。反思法，通过实践完善理论的归纳法，总结和展望。手段：师生共同讨论，学生设计实验教师演示，多媒体动画辅助思考，图形化记忆，结合图片和文字的化学史展示等。技术准备：制作了辅助思考溶液导电过程的以及电解氯化铜过程的微观动画演示，设计了使用实物投影展示的电解氯化铜溶液实验，设计了用电解水器演示的电解氢氧化钾溶液并验证产物的实验。搜集并删选了化学史素材，搜集并筛选了电解在能源方面应用的信息。前期教学状况、问题、对策等研究说明：在进行这次教学设计之前使用的是原人教并版教材，使用的方法主要是从电解实验引出用氧化还原原理解释实验现象。进而说明在其中发生了氧化还原反应。放电顺序的教学一般是用几个电解溶液实验产物的对比来完成的。实验比较多现象观察不是非常明显，所以放电顺序的观点得出不够自然流畅，给学生的触动不够。另外由于一开始思考电解过程并未从微观入手，所以学生后期理解离子的移动方向等问题比较困难。课堂教学和实际问题之间的台阶过高，导致学生听讲容易做题难。所采用的对策就是在一方面把溶液如何导电？尤其是在两个电极上发生了什么微观过程作为整个讨论的起点，另外把原来引入的实验变成了需要学生设计的验证实验。针对化学史上制取钾单质成功失败的深入思考得出对放电顺序的认识。用形象化的方法（电环流）记忆电解过程中的电极反应、微观变化力求一开始学习这个理论就让学生体会到分析电解问题的一般方法并意识到微粒观、氧化还原顺序、能量转化观等观点对于分析电解问题的重要性。尽管初始课可能让学生感觉思维跨度有一定难度，但随着第二第三课时不断强调这种分析方法使学生最终能把电解的原理规律内化于心，自觉应用。三、本课教学目标设计基本目标：知识与技能：（1）明确电解的含义，电极的判断，电极反应与氧化还原反应之间的对应关系。（2）会判断电解过程中微粒的流动方向，并简单根据放电顺序写出电极反应，描述实验现象。（3）明确电解过程中的能量转化，电解是完成非自发反应的一种手段。过程与方法：（1）通过理论推测、实验，提高分析、探讨、对比、总结和语言表达能力；情感态度与价值观：培养从熟悉的过程中发现问题的钻研精神，培养合作学习的能力，发展性目标：知识与技能：结合微粒观、平衡观、能量观、氧化还原观处理电解问题的技能。过程与方法：体验问题解决的过程。情感态度与价值观：通过对化学史的学习感受化学对于人们认识自然的基础性和工具性。教学内容安排：见教学流程图。四、教学过程与教学资源设计本部分是教学设计的核心，应把教学内容、教学进程、学生活动、所需要的教学资源及教学指导策略表达清楚，可附教学流程图。教学过程(表格描述)教学进程教学内容和策略学生活动设置意图资源应用创设情境引入【教师引导并提问】1800年伟大的物理学家伏打在他的朋友的启发下发明了世界上第一个获得持续电流的装置伏打电池，也因此引发了很多科学家对电流的好奇心，那么当时第一个好奇就是哪些物质可以导电，他们为什么导电？大家能回答这个问题么？回忆并回答金属导电的原因：存在自由电子。电解质溶液导电的原因：存在自由移动的离子从学生熟悉的解释出发建立探究氛围。投影伏打电池发明的简单历程。从熟悉解释的组合建立认知冲突、从认知冲突建立初步假设【质疑】教师引导下用这个看似合理的解释对最简单的溶液导电实验装置进行分析。同时提出阴极阳极的电极名称和连接方式回路的两半：导线中移动的是电子，溶液中移动的却是离子。导线中的电子从何而来又到哪里去了，你怎样解释这个闭合回路的导电过程呢？教师从学生的回答中和学生一起总结出推测的第一阶段：溶液导电可能发生了氧化还原反应。用讨论的方法，合作解决问题。提出在这个导电过程中不仅有离子的移动还应该有电子的得失。从突然出现的认知冲突，让学生自觉地进入微观的思考层面。理论推测应该是有层次的，首先有一个总体推测。投影简单溶液导电装置，并标记思考重点在两个电极上。对初步假设具进行深化【提问】如果推测正确，结合图示：有离子在阳极上失去了电子，有离子在阴极上得到电子，具体到一个电解质溶液什么离子子啊阳极上失电子，又是什么在阴极上得到电子呢？你如何思考这个问题。【给予支撑】在闭合回路中带有同种电荷微粒转动方向一致形成电环流：根据氧化还原知识以填空形式总结出推测的第二阶段：阳离子在阴极得到电子，发生还原反应，而阴