原電池 教學設(shè)計 高二化學人教版（2019）選擇性必修1

第四章化學反應(yīng)與電能人教版選擇性必修1一、課標呈現(xiàn)內(nèi)容要求：認識化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應(yīng)用，了解常見化學電源的工作原理。學業(yè)要求：能列舉常見的化學電源，并能利用相關(guān)信息分析化學電源的工作原理。二、教材分析在必修課程中學生已經(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)教學奠定了基礎(chǔ)。但是，對于大多數(shù)學生來說，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)計實驗進行探究解決問題，引導(dǎo)學生逐步認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識化學電源，通過尋找理想電池、比較不同的化學電源優(yōu)劣，學會分析與評價，深化對化學電源構(gòu)成的四要素的認識，并能用化學語言表征電池與電極所發(fā)生的反應(yīng)，逐步培養(yǎng)學生運用原電池思維模型分析、解決問題的能力。三、學情分析通過必修教學內(nèi)容的學習，學生已經(jīng)具備一定的電化學基礎(chǔ)知識、實驗觀察與探究和分析問題與解決問題的能力但，為學習化學電源做了思想上和能力上的準備。利用原電池的思維模型來分析與解構(gòu)具體的化學電源，但學生思維的轉(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)課需要重點引導(dǎo)學生從物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的視角，觀察、分析化學電源內(nèi)部各物質(zhì)的性狀，與構(gòu)成原電池的四要素進行一一對應(yīng)，分析化學電源電源與電極所發(fā)生的反應(yīng)，用化學符號進行表征。本節(jié)課的教學要充分利用學生的好奇心和求知欲，設(shè)計層層實驗和問題情境，使學生在自主實驗、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)展學生對原電池的思維模型的認識。四、教學目標：1.通過對生活中常見化學電源收集、觀察與分類，能理解化學在改善人們生活、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)推理科學精神社會責任知識3表征情境三學獎會進步中發(fā)揮的巨大作用，探尋理想電源對促進社會發(fā)展，服務(wù)人類生活的重大貢獻和社會價值。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，分析化學電源內(nèi)部各物質(zhì)的性狀，與構(gòu)成原電池的四要素進行一一對應(yīng)關(guān)系；認識到一次電池存在的問題與不足，學會分析化學電源及電極所發(fā)生的反應(yīng)，能用化學符號進行表征。3.通過了解化學電源的發(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)責任意識和創(chuàng)新精神。五、教學重難點重點：利用原電池的思維模型，認識不同化學電源的工作原理、電池反應(yīng)與電極反應(yīng)的分析與表征。難點：化學電源的工作原理、電池反應(yīng)與電極反應(yīng)的分析與表征。六、教學方法合作探究、實驗法、比較法、歸納法七、教學流程些因素？科學家是如何改進發(fā)給三位科學家？八、教學過程環(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)：布置學生設(shè)計簡易電池課堂教學：【情境】電池與我們的生活息息相關(guān)，如手機、電腦、新能源汽車等，請同學們按照課前的布置，展示一下自己所設(shè)計的電池和收集到的電池?！救蝿?wù)一】匯報展示設(shè)計的簡易電池活動1：學生展示課前設(shè)計的簡易電池并評價問題1：你認為設(shè)計化學電源時，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)劣的主要標準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)學生基于已有知識和生活經(jīng)驗完成學習任務(wù)，初步診斷學生對于化學電源認識的水平。設(shè)計意圖：讓學生動手設(shè)計電池和尋找生活中的電池，培養(yǎng)學生的動手能力，感受化學與生活的密切聯(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】：化學電源的發(fā)展史問題2：科學家如何改進電池使之性能更好？活動2：學生對比分析，交流討論，陳述觀點評價2：評價學生靈活運用模型解決實際問題的能力和對電池裝置改進的實驗探究水平?！救蝿?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)學生從化學電源的工作原理和裝置兩個維度認識干電池原理：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)展學生化學實驗探究水平。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，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)學生的回答問題情況評價學生分析整合信息的能力，促進和發(fā)展學生的模型認設(shè)計意圖：引導(dǎo)學生思考合作，應(yīng)用已構(gòu)建的思維模型解釋和解決問題并培養(yǎng)學生團隊合作意識（過渡）上世紀五、六十年代，當時石油危機迫使人們?nèi)ふ倚绿娲茉?，同時軍事、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：電池的比能量與負極材料（負極反應(yīng)物）密切相關(guān)，哪種生活中常見的金屬做負極材料可設(shè)計出比能量更高的電池？活動5:分組實驗鎂-碳-鹽水，用小風車或玩具小車監(jiān)測是否產(chǎn)生電流并測電流強度,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，易與水、氧氣反應(yīng)，應(yīng)用非水體系的電解質(zhì)，并加強密封保存。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;負極:Li;電極反應(yīng)物：MnO2Li;正極:MnO2+e-=MnO2-負極：Li-2e-=Li+離子導(dǎo)體:含LiClO4的有機溶液電子導(dǎo)體：外接金屬導(dǎo)體電池特點：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)計方案的交流和點評，發(fā)展學生實驗探究設(shè)計水平，診斷并發(fā)展學生解決實際問題的能力水平及其對化學價值的認識水平，提高學生的設(shè)計實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力（過渡）剛才我們了解的各種化學電源大小各異，性能不同，但都具有一個共同的特點—只能用一次，用完丟棄，不僅浪費資源，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。【情境】:2019諾貝爾化學獎頒發(fā)給研究鋰電池的三位科學家問題6：科學家是如何發(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，三位科學家不斷改進正負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;負極材料:嵌鋰石墨;電極反應(yīng)物：LiCoO2LixCy;電極反應(yīng):負極：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：通過對比學習，診斷并發(fā)展學生分析問題、解決實際問題的能力水平及其對化學價值的認識水平，提高學生的設(shè)計實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力設(shè)計意圖：讓學生感悟社會的需求推動了化學電源的發(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，評價學生應(yīng)用知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)其嚴謹求實的科學態(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電源.設(shè)計意圖：培養(yǎng)學生用化學知識解決實際問題的能力，感受化學的社會價值，同時引導(dǎo)學生持續(xù)關(guān)注電池的發(fā)展并努力學習知識為社會發(fā)展貢獻力量，培養(yǎng)科學精神和社會責任。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：鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會變薄D．?。菏褂靡欢螘r間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導(dǎo)電能力下降。九、教學反思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），從化學史的角度介紹化學電池工業(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電源的原理和裝置，電池的優(yōu)缺點以及如何改進，培養(yǎng)學生“在化學科技實驗中不斷改進創(chuàng)新”的發(fā)展觀和創(chuàng)新意識,同時構(gòu)建學生認識電池的基本模型,最后應(yīng)用原理解決實際問題,引導(dǎo)學生繼續(xù)尋找探究,電池的發(fā)展永遠在路上......2.實驗設(shè)計反思本節(jié)課有兩個實驗，一個學生課前實驗設(shè)計電池并展示，另一個電池的原理改進實驗。每個實驗過程利用小風扇的轉(zhuǎn)動,電動小車的跑動增強實驗的趣味性，并通過傳感器測定電流強度,由定性到定量讓學生感知電池的設(shè)計和改進思路。通過自己的創(chuàng)新，親身引導(dǎo)，激發(fā)學生的科學精神和創(chuàng)新意識。3.素養(yǎng)達成反思這節(jié)課學生表現(xiàn)得非常好，他們動手能力很強，思維也很活躍，很快就能發(fā)現(xiàn)各種電池的優(yōu)缺點，積極討論出改進措施，培養(yǎng)學生科學探究和創(chuàng)新意識的學科核心素養(yǎng)。通過了解化學電源的發(fā)展史，理解探尋理想電池的本質(zhì),認識化學在改善人們生活、推動社會進步中發(fā)揮的巨大作用，探尋理想電源對促進社會發(fā)展，服務(wù)人類生活的重大貢獻和社會價值落實學生的科學精神和社會責任的學科核心素養(yǎng)。十一、教學評價：1．立足情境，引發(fā)學生深度學習本節(jié)課遵循深度學習基本教學模式：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生化學學科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺，為學生化學學科核心素養(yǎng)提供了真實的表現(xiàn)機會。深度學習也始于情境，教學中創(chuàng)設(shè)了學生設(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獎情境引導(dǎo)學生構(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，體現(xiàn)了從宏觀到微觀再到符號的深度學習理念。2．基于問題，培養(yǎng)學生高階思維在新課程標準中，“發(fā)現(xiàn)問題→探究問題→解決問題”是當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”，用問題串把化學知識從外延到內(nèi)涵逐層清晰地呈現(xiàn)給學生，比如科學家是如何發(fā)明和改進電池的，這個問題貫穿教學的始終。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？逐步幫助學生自主建構(gòu)和理解，并真正認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，促進學習方式轉(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)化為學生的活動，活動是本節(jié)課的中心。學生化學學科核心素養(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生主動建構(gòu)知識、發(fā)展核心素養(yǎng)提供“場所”，促進了學生學習方式的改變。本節(jié)課注重引導(dǎo)學生開展分類與概括、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——認識了化學電源的分類、發(fā)展、工作原理，并通過觀察、思考、表達、交流等多