以電化學(xué)教學(xué)內(nèi)容為依托，以新課標(biāo)為藍(lán)本，在以“素養(yǎng)為本”的教學(xué)理念下，通過形式多樣的情境教學(xué)，產(chǎn)生一個個任務(wù)驅(qū)動誘發(fā)思維，讓知識體系在解決任務(wù)的過程中構(gòu)建。本文從五種情境的設(shè)定展開，闡述了通過情境教學(xué)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，落實立德樹人教育目標(biāo)的具體做法。

一、問題提出

2018年1月，教育部頒布了《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱新課標(biāo)），明確了普通高中教育的目標(biāo)定位。學(xué)生從課本上獲取知識的最終目的是要轉(zhuǎn)化為能力并服務(wù)于社會。這就需要提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，學(xué)校的主戰(zhàn)場是課堂，在課堂教學(xué)中將知識內(nèi)化為能力，形成化學(xué)學(xué)科觀念，以發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。在以“素養(yǎng)為本”的教學(xué)理念下，學(xué)習(xí)不再是簡單的傳授，而是引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識體系，這種建構(gòu)過程需要一定的情境作為載體，在情境中承載著一個個任務(wù)和問題。在任務(wù)問題的驅(qū)動下，學(xué)生培養(yǎng)了能力，發(fā)展了素養(yǎng)。問題情境設(shè)定越真實，越能承載問題。教師為學(xué)生搭建重要平臺，學(xué)生才能在這個平臺上將已有知識與創(chuàng)設(shè)的情境通過思維的紐帶在合作、討論中形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

電化學(xué)教學(xué)內(nèi)容分布在必修和選修兩本教材中，必修部分只討論原電池和簡單的化學(xué)電源，在選修部分增加了電解池及金屬的腐蝕與防護(hù)，教材這樣編寫體現(xiàn)出對知識掌握的螺旋式上升過程，所以教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計要本著不隨意拔高、從學(xué)生的實際認(rèn)知水平出發(fā)，如此才能設(shè)計出符合學(xué)生思維認(rèn)知水平的教學(xué)情境。學(xué)習(xí)建構(gòu)主義理論使我認(rèn)識到學(xué)生對知識的建構(gòu)在其學(xué)習(xí)的過程中就已經(jīng)產(chǎn)生了。電化學(xué)中有豐富的情境素材，如電動自行車用的鉛酸電池和手機(jī)用的鋰離子電池，還有各種科研資料所呈現(xiàn)出的新型電池，都讓學(xué)生體驗到科技的進(jìn)步。同時，電化學(xué)也是每年高考的高頻考點，通過創(chuàng)設(shè)情境設(shè)計多層次、多視角的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生用已學(xué)知識去解決問題，在解決問題的過程中建構(gòu)知識體系，這有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的落實與培養(yǎng)。新課標(biāo)里提出從五個方面發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，這五個方面是宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。

二、課例的設(shè)計與實施

1.科學(xué)史話情境設(shè)計——電池的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明

問題情境：生活中司空見慣的電池是怎么被發(fā)現(xiàn)與發(fā)明的？有什么有趣的故事？

教師引導(dǎo)學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)上尋找電池的發(fā)展史：查詢的過程中，體驗著一個個歷史人物在電池發(fā)現(xiàn)過程中的精彩瞬間。意大利解剖學(xué)家伽伐尼醫(yī)師在1780年解剖青蛙時發(fā)現(xiàn),由于金屬器械碰到肌肉而使青蛙腿部的肌肉抽搐,從此開啟了電池的發(fā)明之旅，特別要提的是意大利科學(xué)家亞歷山德羅·伏特，他對前人的實驗現(xiàn)象感興趣，卻不茍同其觀點，于是玩起了游戲：他用導(dǎo)線連接一個金幣和一個銀幣通上電源，然后把這兩個硬幣同時放在自己的舌頭上，瞬間舌頭發(fā)麻。這是何等的科學(xué)獻(xiàn)身精神?。∷褪菑摹巴妗敝胁粩嗫偨Y(jié)規(guī)律，寫出了有價值的論文，在1800年3月20日把自己的研究成果呈現(xiàn)給世人。隨后的60年中，經(jīng)過不斷改進(jìn)發(fā)明了碳鋅電池，這是干電池的鼻祖，又過了17年，最早的干電池被發(fā)明出來,并獲得廣泛應(yīng)用。這段歷史讓學(xué)生明白：電池的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明有一百多年，經(jīng)歷了至少四位有貢獻(xiàn)的科學(xué)工作者的努力。若沒有觀察力與細(xì)心,又怎能有最初的“生物電”？若沒有興趣使然的“玩”，又何來“伏達(dá)電池”？以及現(xiàn)在形形色色的蓄電池、燃料電池？通過化學(xué)史的教學(xué)，讓學(xué)生明白任何不經(jīng)意的現(xiàn)象都有可能是一個重大發(fā)現(xiàn)，任何一個成熟的技術(shù)都是前人不懈努力的結(jié)果, 這難道不是“證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”這些核心素養(yǎng)實施的好材料嗎？其實在我們的課堂上，潤物細(xì)無聲地設(shè)計類似這樣的教學(xué)情境，從內(nèi)心喚起學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造的欲望，使他們明白“任何發(fā)明都是從實踐中來到實踐中去”的哲學(xué)辯證觀點,不僅能很好地提升學(xué)生的思維品質(zhì)，還可以培養(yǎng)他們對科學(xué)的探索奉獻(xiàn)精神。

2.趣味實驗情境——水果電池的探究

問題情境：哪些水果能組成原電池？電流大小如何？影響因素有哪些？如何改進(jìn)？

學(xué)生從原電池的形成條件并且聯(lián)系物理知識知道電子是從低電勢流向高電勢的，兩電極電勢差越大，電流強度越大，電解質(zhì)溶液的濃度大小也對電流產(chǎn)生影響。為了增強學(xué)生對電化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，教師特意安排了一節(jié)水果電池的探究課。學(xué)生帶上不同的水果，教師準(zhǔn)備必要的金屬導(dǎo)體、導(dǎo)線、電流表等。開始時，學(xué)生是隨意地連接組裝電池，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)程度不同時就產(chǎn)生了疑惑,于是幾個學(xué)生主動探討起來，他們發(fā)現(xiàn)不同水果組成的電池指針偏轉(zhuǎn)不同，其中檸檬水果電池偏轉(zhuǎn)最大；但同一種水果電池，兩個電極分別是鎂—銅、鐵—銅,其電流表指針偏轉(zhuǎn)前者大；都用檸檬水果味電池，都用鐵—銅做電極時發(fā)現(xiàn)插入水果的深度也影響電流的大?。话褍蓚€電極的距離變大,發(fā)現(xiàn)電流變?nèi)?。學(xué)生在探究、發(fā)現(xiàn)、討論中感悟著“真實驗”帶來的愉快。從水果的種類、水果的酸甜度(成熟度)、電極材料、電極間的距離、電極插入水果的深度等角度大膽進(jìn)行探究，總結(jié)出這些都是影響水果電池產(chǎn)生電流大小的因素。看似一節(jié)與高考考試無關(guān)的課，但其影響深遠(yuǎn)。本節(jié)課的實驗特點是先讓學(xué)生“玩”,在“玩”中找到問題、誘發(fā)思維、產(chǎn)生質(zhì)疑、共同討論、提出探究的問題和假設(shè)，并根據(jù)假設(shè)設(shè)計試驗方案、探索實驗中的意外現(xiàn)象，然后基于現(xiàn)象進(jìn)行問題分析，最后得出相應(yīng)結(jié)論。這雖然是一個簡單的興趣探究實驗，但也讓學(xué)生在“玩”中體驗到設(shè)計實驗并完成實驗遠(yuǎn)比得出結(jié)論更重要，同時也體驗到控制變量是實驗設(shè)計的重要思維要素。這其中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng)得以凝練，使學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性得以發(fā)展，也培養(yǎng)了他們合作探究的團(tuán)隊精神。

3.遞進(jìn)問題情境——概念規(guī)律的動態(tài)認(rèn)知

問題情境：電解池中只有離子才能在電極上放電嗎？電解時陽（陰）離子能在陽（陰）極放電嗎？兩極反應(yīng)一定按離子放電順序進(jìn)行嗎？存在所謂的“亂放電”現(xiàn)象嗎？

學(xué)生對于電化學(xué)中原電池和電解池的工作原理比較容易掌握，知道離子在電極上放電都遵循一定的規(guī)律，但有沒有所謂的“亂放電”現(xiàn)象呢？比如，分子放電？陽離子在陽極放電？陰離子在陰極放電？含氧酸根參與放電呢？當(dāng)問題提出后,學(xué)生不知所措,于是從高考真題中選取有“教”的價值的題作為問題情境，我們通過設(shè)疑，誘發(fā)學(xué)生思維。

在2018江蘇卷中有一題，要求學(xué)生利用電解原理用惰性電極電解HNO3和HNO2的混合溶液，從而獲得較濃的硝酸。按照電解規(guī)律陽極放電離子是OH-，產(chǎn)生氧氣，但與題意所述獲得濃的硝酸相去甚遠(yuǎn)，這就使學(xué)生產(chǎn)生了思維疑點，該如何破解？教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合元素化合物的知識：OH-放電產(chǎn)生的氧氣將具有還原性的HNO2氧化，就會生成HNO3，這樣兩個反應(yīng)疊加后的結(jié)果就是HNO2-2e-+ H2O=3H++NO3-。HNO2是分子，也在電極上能放電，可見分子也可在電極上參與電極反應(yīng)，其核心問題是要有得失電子的微粒。

2013年重慶高考題中用電化學(xué)法降解含NO3-的廢水，以獲得硝酸的實例,也是在陰極發(fā)生電極反應(yīng)2NO3-+12H++10e-= N2↑+6H2O，可以看出此時是陰離子在陰極放電的事實。無獨有偶，2014北京卷中，在設(shè)計實驗完成電解酸性的FeCl2的廢液使FeCl3再生的實驗時用到電解手段，其陽極電極反應(yīng)式為Fe2+-e-=Fe3+，離子的還原性還與電壓有關(guān)，也可能是2Cl--2e-=Cl2，Cl2又將Fe2+氧化成Fe3+，從而使FeCl3再生。這其中就體現(xiàn)了兩極反應(yīng)不一定按離子放電順序進(jìn)行，而是要受濃度、溫度、酸堿性、電壓等因素的影響。

我們通過以上三個習(xí)題練習(xí)，先提出問題, 設(shè)置思維疑點會導(dǎo)致學(xué)生思維與認(rèn)知的沖突，使其對所學(xué)知識產(chǎn)生懷疑,這時引導(dǎo)學(xué)生首先明確電極放電的實質(zhì)是發(fā)生氧化或還原的微粒，與是否為陰陽離子無關(guān)。可以是分子，從而辯證的認(rèn)知電極反應(yīng)，引發(fā)學(xué)生認(rèn)識電化學(xué)中“氧化還原理論”的核心指導(dǎo)地位。其次，使學(xué)生明確任何規(guī)律都有一定的使用范圍，要建立從動態(tài)變化的思維視角看待離子的放電順序，建立濃度、溫度、酸堿性、電壓等對微粒氧化性、還原性的影響的思維認(rèn)知模型。學(xué)會將對立統(tǒng)一思想和定性定量相結(jié)合，揭示化學(xué)變化的本質(zhì)特征，凝練“變化觀念與平衡思想”這一核心素養(yǎng)。

進(jìn)一步創(chuàng)設(shè)問題情境：構(gòu)成原電池的條件中一定要有一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)嗎？再次引發(fā)思維“大地震”,難道不是嗎？若不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，哪有電子的得失？沒有電子的定向移動怎么形成電流？這一系列的問題，首先要拿事實說話，教師展示一段報道：“挪威和荷蘭正在開發(fā)一種能源，這種能源是由于海水和淡水的濃度不同，海水對于淡水存在滲透壓以及稀釋熱、吸收熱、濃淡電位差等濃度差能，這種濃度差能可以使溫度升高將近0.1℃，這種能源是一種可再生的海洋能源。如果把世界上所有的海港結(jié)合起來，這一能源將相當(dāng)于電力需求的20%?！边@段報道從能量轉(zhuǎn)換的角度出發(fā)，拓寬了學(xué)生的思維，指導(dǎo)他們分析和考慮鹽差能和電能的轉(zhuǎn)換，它類似于化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故而就不難理解電池沒有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，沒有了“動力”基礎(chǔ)，也會由于濃度差能形成“濃差電池”，這就對原電池的形成條件有了更深刻的認(rèn)識。這樣的問題創(chuàng)設(shè)無疑能拓寬學(xué)生思維，對培養(yǎng)高素質(zhì)人才具有“助推劑”的作用。

4.創(chuàng)設(shè)習(xí)題情境——試題的發(fā)展與思辨

問題情境：兩道對比題。

例題1：電解法處理酸性含鉻廢水（主要含有Cr2O72-）時，以鐵板作陰、陽極處理過程中存在反應(yīng) Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去，問電路中每轉(zhuǎn)移6mol電子，最多有           mol Cr2O72-被還原。（答案： 0.5）

例題2：實驗室模擬電解法處理含六價鉻的工業(yè)廢水，如圖裝置將主要有害物Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+(無害)除去。得到如下實驗結(jié)果：

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實驗中，理論上電路中每通過6mol電子，則有           mol Cr2O72-被還原。（答案：1.5）

同一個問題，為什么兩個題的結(jié)論不同，按照電化學(xué)中最核心的問題分析Cr2O72-在陰極放電完全可以，與上述2013年重慶高考題中NO3-在陰極放電類似（Cr2O72-在陰極放電的電極反應(yīng)式為：Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O）。而2013年高考大綱卷為什么沒有考慮呢？這除了與題干信息有關(guān)外，教師要引導(dǎo)學(xué)生辯證看待高考真題，其實它也在不斷的發(fā)展中，有些問題可能是當(dāng)時有意回避和降低難度所為。教師引導(dǎo)學(xué)生要辯證看待高考試題，這也凝練了要用發(fā)展的思維視角看問題，如此才能培養(yǎng)出有健全思維的人。

5.新科技新發(fā)現(xiàn)情境——技術(shù)的應(yīng)用與改進(jìn)

問題情境：有關(guān)膜技術(shù)廣泛應(yīng)用，在生產(chǎn)實際中，如圖1所示（用電化學(xué)手段制備FeCl3，從而使FeCl3再生的示意圖），請問有需要改進(jìn)嗎？

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教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出，陽離子交換膜左側(cè)為陽極區(qū)，F(xiàn)e2+-e-=Fe3+,右側(cè)為陰極區(qū)，2H++e-=H2，讓學(xué)生分析此時是陽離子交換膜，根據(jù)離子移動規(guī)律，左側(cè)的Fe3+、Fe2+會移向右側(cè)，會與右側(cè)的OH-結(jié)合形成沉淀。這樣會影響Fe3+的再生，故而該裝置在設(shè)計上有待改進(jìn)。我們引導(dǎo)學(xué)生從膜的作用入手，在陽離子交換膜的右側(cè)陽極區(qū)增加一個陰膜（圖2），在兩膜之間加入NaCl溶液，右側(cè)陰極區(qū)加入含少量NaOH的水，這樣就不會影響到FeCl3的再生純度，又在陰極區(qū)不影響H+放電，額外地又獲得了NaOH，這種改進(jìn)理念正是“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”素養(yǎng)的體現(xiàn)，學(xué)生運用所學(xué)知識，針對化工工藝中存在的設(shè)計缺憾，提出解決方案和改進(jìn)措施，將節(jié)約成本、循環(huán)利用、環(huán)境保護(hù)等觀念滲透在改進(jìn)工藝的過程中，這些對于學(xué)生最終形成學(xué)科核心素養(yǎng)、發(fā)展關(guān)鍵能力是十分必要的。

三、反思教學(xué)

高中化學(xué)教學(xué)模塊中電化學(xué)是重要的一部分內(nèi)容，涉及在必修和選修兩個課程結(jié)構(gòu)中，不論是初學(xué)者還是高三復(fù)習(xí)學(xué)生總感到這部分內(nèi)容記不住、有些亂、方程式多。但這部分內(nèi)容又是高考的必考內(nèi)容，所以通過課程內(nèi)容情境化，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，通過設(shè)計一個個問題鏈，感受電化學(xué)中的一些反?，F(xiàn)象，使學(xué)生明確任何規(guī)律都有一定的使用范圍，建立從動態(tài)變化的思維視角看待離子的放電順序，這也就解決了記不住、有些亂的問題了。電化學(xué)的高考真題能很好地體現(xiàn)最新型的化學(xué)電源，也為教學(xué)提供了很好的習(xí)題情境，所以依托高考真題，展開對電化學(xué)的學(xué)習(xí)和深化，明確電化學(xué)的最核心的問題是在氧化還原理論指導(dǎo)下，充分理解和認(rèn)識原電池和電解池中離子的移動規(guī)律、放電原理，從而解決工業(yè)生產(chǎn)、生活中的實際問題，以此促進(jìn)學(xué)生自主分析、主動參與的意識。

教師在教學(xué)中應(yīng)善于從眾多的、豐富的信息中挖掘有價值的線索創(chuàng)設(shè)問題情境，誘發(fā)學(xué)生思維，在真實的情境下形成有效能的任務(wù)驅(qū)動，通過對信息進(jìn)行加工和處理形成自己的認(rèn)識，以最有效的對話即自我對話讓知識內(nèi)化于心，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的形成和發(fā)展，落實立德樹人的教育目標(biāo)。

作者單位   西安市鐵一中學(xué)

責(zé)任編輯：張言