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“宏观—微观—符号”三重表征下的原电池原理教学

乐虎国际娱乐:张浩 更新时间:2017-3-28 11:22:13

 一、教学思路 
  宏观表征是指肉眼可观察到的现象在学生头脑中的反映,微观表征主要是指肉眼不可见的微粒的组成与结构、反应机理和微粒的运动等微观属性在学生头脑中的反映,符号表征是指符号(主要有化学用语、微粒结构示意图和结构式,以及一些图形、模型等)在学生头脑中的反映[1]。通俗点说,化学学习过程,很多的就是观察了宏观现象,描述了宏观现象,尝试着从微观上进行解释,然后用相关的符号将其表达出来,从而形成内在逻辑的知识结构。 
  苏教版化学2专题2第三单元第一节“化学能转化为电能”,即原电池原理的教学,正是“宏观-微观-符号”三重表征的具体实例之一。以下简述相关教学片断。 
  二、教学过程 
  1. 认清最简单的电路图(说明:所有图中均未画出开关)。 
  (1)标出电源的正负极及电流方向。 
  (2)指明:①电荷的定向移动形成电流; 
  ②电流方向与正电荷运动方向一致,与负电荷运动方向相反; 
  ③外电路中电流从正极流出,流入负极;内电路中电流从负极流向正极。 
  设计意图:用学生熟识的物理学科知识,为下面认识原电池的正负极、电子的运动方向及溶液中的阴阳离子迁移方向做很好的铺垫。 
  2. 演示图2的实验。 
  3. 描述实验现象:灵敏电流计指针发生偏转,鋅片不断溶解,铜片表面有气泡产生,锌片表面也有气泡产生。 
  设计意图:实验是中学生学习化学的有效手段之一。做实验,观察实验,描述实验现象,都是学生建立宏观表征的过程。 
  4. 认识Zn-Cu-稀硫酸原电池的原理。 
  (1)根据实验中灵敏电流计指针的偏转方向,在图2中依次标出电流方向、正负极、电子(e-)的运动方向及溶液中H+、SO42-的迁移方向,得到图3。 
  设计意图:灵敏电流计指针的偏转方向,属于宏观可见的;据此正确的标出电流方向,对于学生而言又具有简单的可操作性。进一步地明确“Zn为负极、Cu为正极,e-、SO42-的迁移方向,H+的迁移方向”,都成为了顺理成章的事情。这个过程是从宏观走向微观的一步,也是帮助学生建立微观表征的过程。而最后图片3的呈现,正是符号表征的体现。(说明:由Zn产生的Zn2+及溶液中的OH-的迁移方向暂不进行标注的原因是为了让板书相对简约一点。当然,这一点也可以在课中提问学生以了解学生对本节的掌握情况。) 
  (2)比对图3与图1 
  指出:共同点①灵敏电流计与小灯泡都属于用电器,它们与导线共同组成外电路; 
  ②Zn-Cu-稀硫酸原电池,相当于电源,其内部属于内电路; 
  不同点是物理学科乐虎国际地关注电流方向,而化学学科乐虎国际地关注本质层面的“微观的”粒子的迁移方向,而两者本身的关系又是表里如一且互相印证的。 
  设计意图:不难发现,两幅图片具有高度的统一对应性。这个过程,是“宏观-微观-符号”三者有机融合的过程,并且这样刻意的安排,能有效地突破判断原电池中电子、阴阳离子迁移方向这一教学难点。 
  (3)结合实验现象和图3,书写电极反应式及电池反应式并解读其含义。 
  负极反应式表明了锌片逐渐溶解的过程,锌失去的电子沿着导线流入铜片,锌失去电子后变成Zn2+进入溶液并向正极(Cu)迁移。铜片表面产生的气泡,正是H+向正极(Cu)迁移并获得电子而得到的氢气。 
  设计意图:按照宏观表征(实验现象)和微观表征的宏观呈现(图3),收集线索,再次微观探析,最终使符号表征得以宏观呈现(电极反应式及电池反应式),促进了学生对“宏观-微观-符号”进行深度的融合,增进了学生对化学知识的理解,优化了学生的化学知识结构。 
  5. 升华:学生解读剩余的一个实验现象——锌片表面也有气泡产生 
  如果这个时候,学生不再只是说出:锌可以与稀硫酸反应产生氢气,而是能说出:实验所使用的锌片不可能是纯锌,而不纯的锌片浸入稀硫酸中本身已经构成了原电池,那么,原电池原理才算真正地融入了学生的化学知识结构中。 
  设计意图:我们不能消除一切阻力,也不能把第二个斜面做得无限长,所以伽利略的斜面实验是个“理想实验”,或者可以说成是一个模型。图2所示,也是一个模型,因为当我们真正实验的时候,我们没有纯锌、纯铜。而正是模型和实际实验的相互反馈,指引着我们探索物质世界的规律。 
  三、教学反思 
  上述的教学片断,经历了实验、宏观现象描述、模型对比、微观探析和符号表征等过程,是“宏观-微观-符号”三重表征的高度融合,也是化学教学的内在要求,可以实现学生对事物从感性认识到理性认识的一次飞跃[2]。实验现象描述、图1和图3的模型和电极(电池)反应式的板书呈现,突出了教学的重点,当然它也可以成为学生的课堂笔记,为学生课后进一步将知识消化、内化和迁移(认识其他化学电源)提供了范本。 DYLW.NET代写毕业论文
  参考文献 
  [1] 毕华林.化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[J].化学教育,2005,5:51-54