原電池 教學(xué)設(shè)計 高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能人教版選擇性必修1一、課標(biāo)呈現(xiàn)內(nèi)容要求：認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應(yīng)用，了解常見化學(xué)電源的工作原理。學(xué)業(yè)要求：能列舉常見的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。二、教材分析在必修課程中學(xué)生已經(jīng)了解，將鋅片、銅片置于稀硫酸中并以導(dǎo)線連接起來可以組成原電池，這為本節(jié)教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。但是，對于大多數(shù)學(xué)生來說，雙液電池在裝置和工作原理方面都比單液更加復(fù)雜，這會導(dǎo)致一些學(xué)生產(chǎn)生困惑。為此，本節(jié)基于真實情境引發(fā)問題，設(shè)計實驗進(jìn)行探究解決問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識和理解原電池的工作原理，助力原電池思維模型的建構(gòu)與應(yīng)用。通過對常見化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)及工作原理的剖析，能夠從物質(zhì)變化與能量變化的視角認(rèn)識化學(xué)電源，通過尋找理想電池、比較不同的化學(xué)電源優(yōu)劣，學(xué)會分析與評價，深化對化學(xué)電源構(gòu)成的四要素的認(rèn)識，并能用化學(xué)語言表征電池與電極所發(fā)生的反應(yīng)，逐步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用原電池思維模型分析、解決問題的能力。三、學(xué)情分析通過必修教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備一定的電化學(xué)基礎(chǔ)知識、實驗觀察與探究和分析問題與解決問題的能力但，為學(xué)習(xí)化學(xué)電源做了思想上和能力上的準(zhǔn)備。利用原電池的思維模型來分析與解構(gòu)具體的化學(xué)電源，但學(xué)生思維的轉(zhuǎn)換與知識遷移能力和發(fā)散思維能力等方面有待培養(yǎng)和提高。因此本節(jié)課需要重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的視角，觀察、分析化學(xué)電源內(nèi)部各物質(zhì)的性狀，與構(gòu)成原電池的四要素進(jìn)行一一對應(yīng)，分析化學(xué)電源電源與電極所發(fā)生的反應(yīng)，用化學(xué)符號進(jìn)行表征。本節(jié)課的教學(xué)要充分利用學(xué)生的好奇心和求知欲，設(shè)計層層實驗和問題情境，使學(xué)生在自主實驗、積極思考和相互討論中自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，發(fā)展學(xué)生對原電池的思維模型的認(rèn)識。四、教學(xué)目標(biāo)：1.通過對生活中常見化學(xué)電源收集、觀察與分類，能理解化學(xué)在改善人們生活、推動社情境線知識線素養(yǎng)線活動線活動1較優(yōu)劣素養(yǎng)1創(chuàng)新意識知識情境線知識線素養(yǎng)線活動線活動1較優(yōu)劣素養(yǎng)1創(chuàng)新意識知識1斷情境一電池的設(shè)計與收集活動2改進(jìn)思路鋅錳電池知識2表征素養(yǎng)2宏觀辨識微觀探析，創(chuàng)新意識情境二電池的發(fā)展史活動3流探析鋰電池的發(fā)展素養(yǎng)3證據(jù)推理科學(xué)精神社會責(zé)任知識3表征情境三學(xué)獎會進(jìn)步中發(fā)揮的巨大作用，探尋理想電源對促進(jìn)社會發(fā)展，服務(wù)人類生活的重大貢獻(xiàn)和社會價值。2.通過對干電池制備與結(jié)構(gòu)的解析，能夠從物質(zhì)變化與能量變化的視角，分析化學(xué)電源內(nèi)部各物質(zhì)的性狀，與構(gòu)成原電池的四要素進(jìn)行一一對應(yīng)關(guān)系；認(rèn)識到一次電池存在的問題與不足，學(xué)會分析化學(xué)電源及電極所發(fā)生的反應(yīng)，能用化學(xué)符號進(jìn)行表征。3.通過了解化學(xué)電源的發(fā)展史，理解探尋理想電池的本質(zhì)；能從物質(zhì)變化與能量變化的視角分析新型電池的研發(fā)和利用，培養(yǎng)責(zé)任意識和創(chuàng)新精神。五、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：利用原電池的思維模型，認(rèn)識不同化學(xué)電源的工作原理、電池反應(yīng)與電極反應(yīng)的分析與表征。難點(diǎn)：化學(xué)電源的工作原理、電池反應(yīng)與電極反應(yīng)的分析與表征。六、教學(xué)方法合作探究、實驗法、比較法、歸納法七、教學(xué)流程些因素？科學(xué)家是如何改進(jìn)發(fā)給三位科學(xué)家？八、教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，構(gòu)建尋找理想電池的思維模型課前任務(wù)：布置學(xué)生設(shè)計簡易電池課堂教學(xué)：【情境】電池與我們的生活息息相關(guān)，如手機(jī)、電腦、新能源汽車等，請同學(xué)們按照課前的布置，展示一下自己所設(shè)計的電池和收集到的電池。【任務(wù)一】匯報展示設(shè)計的簡易電池活動1：學(xué)生展示課前設(shè)計的簡易電池并評價問題1：你認(rèn)為設(shè)計化學(xué)電源時，應(yīng)綜合考慮哪些因素？（討論交流，師生共同分析）判斷電源優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)①比能量②比功率③電池可儲存時間的長短。設(shè)計電池時，需要從原理角度如電極材料、比能量、輕便安全環(huán)保等方面和裝置角度如增大反應(yīng)物的濃度、接觸面積，增加鹽橋等去綜合考慮。評價1：引導(dǎo)學(xué)生基于已有知識和生活經(jīng)驗完成學(xué)習(xí)任務(wù)，初步診斷學(xué)生對于化學(xué)電源認(rèn)識的水平。設(shè)計意圖：讓學(xué)生動手設(shè)計電池和尋找生活中的電池，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，感受化學(xué)與生活的密切聯(lián)系環(huán)節(jié)二：應(yīng)用模型，探析電池的發(fā)展、解構(gòu)干電池【情境】：化學(xué)電源的發(fā)展史問題2：科學(xué)家如何改進(jìn)電池使之性能更好？活動2：學(xué)生對比分析，交流討論，陳述觀點(diǎn)評價2：評價學(xué)生靈活運(yùn)用模型解決實際問題的能力和對電池裝置改進(jìn)的實驗探究水平。【任務(wù)二】：解析鋅錳電池問題3：你知道普通鋅錳電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)嗎？活動3：解構(gòu)干電池分析電池的四要素師：引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)電源的工作原理和裝置兩個維度認(rèn)識干電池原理：電池總反應(yīng):Zn+2MnO2+2NH4Cl=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH裝置：電極：正極:碳棒;負(fù)極:Zn;電極反應(yīng)物：MnO2Zn;離子導(dǎo)體:NH4Cl糊，電子導(dǎo)體：外接金屬導(dǎo)體評價3：根據(jù)學(xué)生分組實驗手工制作和對實驗裝置的分析，診斷并發(fā)展學(xué)生化學(xué)實驗探究水平。問題4：普通的干電池使用一段時間就失去供電能力，如何改進(jìn)裝置提高性能？活動4：師生共同分析堿性鋅錳電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)原電池的思維模型討論堿性鋅錳電池工作原理，構(gòu)建電極反應(yīng)式書寫的思維模型。[師生共同分析]：原理：總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2負(fù)極反應(yīng):Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2;正極反應(yīng):2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-;裝置：電極：正極:碳棒;負(fù)極:Zn;電極反應(yīng)物：MnO2Zn;離子導(dǎo)體:KOH，電子導(dǎo)體：外接金屬導(dǎo)體評價4：根據(jù)學(xué)生的回答問題情況評價學(xué)生分析整合信息的能力，促進(jìn)和發(fā)展學(xué)生的模型認(rèn)設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生思考合作，應(yīng)用已構(gòu)建的思維模型解釋和解決問題并培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作意識（過渡）上世紀(jì)五、六十年代，當(dāng)時石油危機(jī)迫使人們?nèi)ふ倚绿娲茉矗瑫r軍事、航空、醫(yī)藥等領(lǐng)域也對電源提出新要求。環(huán)節(jié)三：優(yōu)化模型，尋找“鋰”想電池問題5：電池的比能量與負(fù)極材料（負(fù)極反應(yīng)物）密切相關(guān)，哪種生活中常見的金屬做負(fù)極材料可設(shè)計出比能量更高的電池？活動5:分組實驗鎂-碳-鹽水，用小風(fēng)車或玩具小車監(jiān)測是否產(chǎn)生電流并測電流強(qiáng)度,與鋅錳電池做對比追問：哪種金屬設(shè)計電池比能量最??？將它設(shè)計成電池應(yīng)注意什么？【任務(wù)三】：探秘鋰電池[師生合作]：鋰還原性強(qiáng)，易與水、氧氣反應(yīng)，應(yīng)用非水體系的電解質(zhì)，并加強(qiáng)密封保存。以Li—MnO2電池為例，用原電池的思維模型討論Li—MnO2電池的工作原理，以及設(shè)計裝置要求。Li—MnO2電池工作原理：電池的總反應(yīng)：Li＋MnO2＝LiMnO2電極材料：正極:MnO2;負(fù)極:Li;電極反應(yīng)物：MnO2Li;正極:MnO2+e-=MnO2-負(fù)極：Li-2e-=Li+離子導(dǎo)體:含LiClO4的有機(jī)溶液電子導(dǎo)體：外接金屬導(dǎo)體電池特點(diǎn)：質(zhì)輕、高能(比能量高)、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。評價5：通過對實驗設(shè)計方案的交流和點(diǎn)評，發(fā)展學(xué)生實驗探究設(shè)計水平，診斷并發(fā)展學(xué)生解決實際問題的能力水平及其對化學(xué)價值的認(rèn)識水平，提高學(xué)生的設(shè)計實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力（過渡）剛才我們了解的各種化學(xué)電源大小各異，性能不同，但都具有一個共同的特點(diǎn)—只能用一次，用完丟棄，不僅浪費(fèi)資源，還會給環(huán)境帶來污染。為了解決這個問題，可反復(fù)使用的二次電池便誕生了?！厩榫场?2019諾貝爾化學(xué)獎頒發(fā)給研究鋰電池的三位科學(xué)家問題6：科學(xué)家是如何發(fā)明出比能量高，且綠色環(huán)保的鋰離子電池呢？活動6：觀看2019諾貝爾化學(xué)獎相關(guān)視頻：了解鋰二次電池的發(fā)展史交流討論，三位科學(xué)家不斷改進(jìn)正負(fù)極材料提高了鋰電池的電壓和安全性。完善鋰離子電池的原理裝置二維圖并書寫其電極反應(yīng)式。展示:鋰離子電池--新一代可充電的綠色電池電池總反應(yīng)：LixCy+Li1-xCoO2=LiCoO2+Cy反反應(yīng)物產(chǎn)物-原理維度LixCyLixCy+碳酸酯Li1-xCoO2LiCoO2Li1-xCoO2LiCoO2得電子導(dǎo)體離子導(dǎo)體正極材料電極材料：正極材料:LiCoO2;負(fù)極材料:嵌鋰石墨;電極反應(yīng)物：LiCoO2LixCy;電極反應(yīng):負(fù)極：LixCy-xe-=xLi++Cy正極：Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2離子導(dǎo)體:六氟磷酸鋰的碳酸酯電子導(dǎo)體：外接金屬導(dǎo)體評價6：通過對比學(xué)習(xí)，診斷并發(fā)展學(xué)生分析問題、解決實際問題的能力水平及其對化學(xué)價值的認(rèn)識水平，提高學(xué)生的設(shè)計實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力設(shè)計意圖：讓學(xué)生感悟社會的需求推動了化學(xué)電源的發(fā)展一切事物總是在實際應(yīng)用過程中才發(fā)現(xiàn)問題的，但面對問題不能回避，而應(yīng)積極考慮解決問題的對策。環(huán)節(jié)四：拓展應(yīng)用總結(jié)提升問題7：如何正確給手機(jī)充放電？活動7：思考討論，應(yīng)用原理解決實際問題師:依據(jù)鋰離子電池工作原理，鋰離子電池過度充放電會對正負(fù)極造成永久性損壞。故鋰離子電池保持性能最佳的充放電方式為淺充淺放。評價7：實現(xiàn)知識遷移，評價學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，具有探索未知、崇尚真理的意識。課堂小結(jié):本節(jié)課我們沿著科學(xué)家的腳步了解了電池的發(fā)展史并找到了比較理想的充電電池--鋰離子電池,鋰電池的性能還有沒有提升的空間了?請同學(xué)們談?wù)勈斋@，課下查閱資料了解鋰電池發(fā)展的新方向并繼續(xù)尋找清潔綠色的化學(xué)電源.設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)知識解決實際問題的能力，感受化學(xué)的社會價值，同時引導(dǎo)學(xué)生持續(xù)關(guān)注電池的發(fā)展并努力學(xué)習(xí)知識為社會發(fā)展貢獻(xiàn)力量，培養(yǎng)科學(xué)精神和社會責(zé)任。板書設(shè)計【課后作業(yè)】1.用原電池的思維模型分析鉛酸蓄電池的工作原理。2.化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說法不正確的是A．甲：Zn2＋向Cu電極方向移動，Cu電極附近溶液中H＋濃度增加B．乙：正極的電極反應(yīng)式為Ag2O＋2eH2O===2Ag＋2OH-C．丙：鋅筒作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會變薄D．丁：使用一段時間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導(dǎo)電能力下降。九、教學(xué)反思1.設(shè)計思路反思本節(jié)課從生活中的常見的各種電池情境引入新課，圍繞“化學(xué)電池的發(fā)展”線索（即按“干電池→充電電池”的發(fā)展線索），從化學(xué)史的角度介紹化學(xué)電池工業(yè)隨社會、科技發(fā)展而發(fā)展的歷程去展開，然后依次分析各種化學(xué)電源的原理和裝置，電池的優(yōu)缺點(diǎn)以及如何改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生“在化學(xué)科技實驗中不斷改進(jìn)創(chuàng)新”的發(fā)展觀和創(chuàng)新意識,同時構(gòu)建學(xué)生認(rèn)識電池的基本模型,最后應(yīng)用原理解決實際問題,引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)尋找探究,電池的發(fā)展永遠(yuǎn)在路上......2.實驗設(shè)計反思本節(jié)課有兩個實驗，一個學(xué)生課前實驗設(shè)計電池并展示，另一個電池的原理改進(jìn)實驗。每個實驗過程利用小風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動,電動小車的跑動增強(qiáng)實驗的趣味性，并通過傳感器測定電流強(qiáng)度,由定性到定量讓學(xué)生感知電池的設(shè)計和改進(jìn)思路。通過自己的創(chuàng)新，親身引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識。3.素養(yǎng)達(dá)成反思這節(jié)課學(xué)生表現(xiàn)得非常好，他們動手能力很強(qiáng)，思維也很活躍，很快就能發(fā)現(xiàn)各種電池的優(yōu)缺點(diǎn)，積極討論出改進(jìn)措施，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)新意識的學(xué)科核心素養(yǎng)。通過了解化學(xué)電源的發(fā)展史，理解探尋理想電池的本質(zhì),認(rèn)識化學(xué)在改善人們生活、推動社會進(jìn)步中發(fā)揮的巨大作用，探尋理想電源對促進(jìn)社會發(fā)展，服務(wù)人類生活的重大貢獻(xiàn)和社會價值落實學(xué)生的科學(xué)精神和社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。十一、教學(xué)評價：1．立足情境，引發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)本節(jié)課遵循深度學(xué)習(xí)基本教學(xué)模式：情境—問題/任務(wù)—活動—知識—素養(yǎng)。真實、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實的表現(xiàn)機(jī)會。深度學(xué)習(xí)也始于情境，教學(xué)中創(chuàng)設(shè)了學(xué)生設(shè)計簡易電池與尋找生活中的電池情境、電池發(fā)展史情境和諾貝爾化學(xué)獎情境引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建尋找理想電池的思維模型，應(yīng)用模型解釋電池的發(fā)展史并解析鋅錳電池，優(yōu)化模型探秘鋰電池的發(fā)展、工作原理和符號表征，層層遞進(jìn)，體現(xiàn)了從宏觀到微觀再到符號的深度學(xué)習(xí)理念。2．基于問題，培養(yǎng)學(xué)生高階思維在新課程標(biāo)準(zhǔn)中，“發(fā)現(xiàn)問題→探究問題→解決問題”是當(dāng)代高中生必須具備的基本素養(yǎng)。本節(jié)課從創(chuàng)設(shè)的真實情境中設(shè)置“問題串”，用問題串把化學(xué)知識從外延到內(nèi)涵逐層清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生，比如科學(xué)家是如何發(fā)明和改進(jìn)電池的，這個問題貫穿教學(xué)的始終。從最初如何設(shè)計出電池，到怎樣改變裝置，再到怎樣改變原理提高比能量，最后到鋰電池如何提高電壓以及安全性？逐步幫助學(xué)生自主建構(gòu)和理解，并真正認(rèn)識理想電池的探尋思路以新型電池的分析思路。3．突出活動，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變活動是指主體通過行為與客觀世界相互作用的實踐過程。它是個體心理發(fā)展的基礎(chǔ)，是意識能動性和個能動性的高級形式。本節(jié)課的整體思路由情境到問題或任務(wù)，再將問題的解決或任務(wù)的完成轉(zhuǎn)化為學(xué)生的活動，活動是本節(jié)課的中心。學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展是在具體的活動中自我建構(gòu)、不斷提升的過程，而不是靠教師簡單的教授?；顒訛閷W(xué)生主動建構(gòu)知識、發(fā)展核心素養(yǎng)提供“場所”，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變。本節(jié)課注重引導(dǎo)學(xué)生開展分類與概括、證據(jù)與推理、模型與解釋、符號與表征等形式多樣的活動，在這些具體的活動中建構(gòu)知識——認(rèn)識了化學(xué)電源的分類、發(fā)展、工作原理，并通過觀察、思考、表達(dá)、交流等多