学生能力发展视角下的原电池学习路径设计

原电池是高中化学学习的一项重要学习内容，与电解池一起组成高中电化学的主要部分。智能移动设备的普及、新能源机动车市场占比逐渐提升等社会条件使得原电池知识学习的现实意义与日俱增。同时，能源技术作为人类当下前沿科学的重要研究对象，相关的研究成果几乎每日更新，这为普通高等学校招生考试中设计相关考题提供了资料基础。然而原电池确是必修阶段学习的一个难点，其相关考题的得分率相对较低。因此精心设计学生的原电池学习路径是十分有必要的。

传统的教学模式往往重视知识点的传授而忽略了学生能力的培养。究其原因，是因为在传统教学中，只把学生看作是需要完成某教学目标的客体，而没有把其当作能力不断进阶的学习主体。正如教育心理学家奥苏泊尔所言：“学生不是空着脑袋进入教室的”，我们的课堂必须关注到学生的生活经验和已有知识；学生亦不是一次性将所有能力发展完全的，我们的教学必须关注到学生学习过程的路径设计。本文将讨论如何在把学生看作能力不断发展的学习主体的前提下，完成原电池的学习路径设计。

一、课程内容分析

1.课标要求

本节的课程内容源自《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》必修部分的 “3.4化学反应与能量转化”。其中要求学生“知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原的进阿杜初步认识原电池的工作原理。体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新电池的重要性。”

2.教材分析

本节课程为2019年课标版鲁科版普通高中教科书化学必修第二册第二章第二节“化学反应与能量转化”的第二课时，是化学能转化为非热能的一个学习案例。

3.学习目标

2019年课标版鲁科版《普通高中教科书化学必修第二册教师用书》指出，本节学习目标包括“通过‘初识氢氧燃料电池’‘设计一个简单的原电池’等活动，认识到原电池能将化学能转化为电能，并建立关于原电池构成的认识模型，发展‘证据推理与模型认知’化学学科核心素养。”

4.学情分析

知识基础方面：学生已经在化学必修第一册中学习了氧化还原反应的基本原理和离子反应的基本原理、具有一定程度的分析陌生氧化还原反应的能力。同时，学生在初中学段的物理课程中学习过简单直流电路的知识，会使用电流表、灵敏电流计等电路元器件。生活经验方面：学生在生活中接触过碱性干电池等一次电池，锂电池等二次电池，对其使用方法有一定的了解，但对其结构和工作原理却了解较少。

二、学习路径设计

在高考中，原电池的相关考题主要涉及五个考点：

①判断电池能否工作

②判断电池电极

③判断电子和离子的运动方向

④书写电极反应式和电池总反应式

⑤进行氧化还原过程的定量计算。

其中学习难度最大的一项便是书写电极反应式，而一旦能够正确书写电极反应式，其他问题都能够从电极反应出发推理求解。由此可见，书写电极反应式的能力，是本节课的关键能力。而实现这一能力的进阶发展，需要精心设计学生的学习路径。在实践中，我将本节课划分为三个课时来完成书写陌生电池的电极反应式，分析其工作原理的学习目标:

第一课时：认识原电池——从总反应出发书写电极反应方程式

学生通过分组实验探究不同材料电极和电解质溶液组成原电池时的电流表偏转情况，认识原电池现象。随后在教师的引导下，认识原电池的基本原理，并采用理论推理和实验验证相结合的方式，总结构成原电池的条件，生成原电池结构的认识模型。最终设计一款能够工作的原电池装置，在实验室制作并运行。

本节课学生学习电极反应的书写时，先分析两款电极与电解质溶液接触时，发生什么氧化还原反应，书写该电池的总方程式。然后拆分出其中的氧化过程和还原过程，改写成电极反应方程式。这一学习过程，调动了学生关于氧化还原反应的知识储备，建立了原电池与氧化还原反应之间的联系，从学生的已有知识和已掌握能力出发，建构新的知识体系、生成新的能力。在这一学习过程中，发展了“科学探究与创新意识”、“证据推理与模型认知”两项核心素养。

第二课时：燃料电池——从电解质中物质的“存在形式”出发书写电极反应方程式

播放第一课时中，学生以铜铝作为电极，稀硫酸和氢氧化钠分别作为电解质溶液的原电池装置进行实验的视频，邀请学生书写两个原电池装置的总反应式和电极反应式。教师指引：从总反应的角度看，两个装置发生的氧化还原反应不同；从电解质溶液的角度看，氧化后的铝在稀硫酸中的存在形式是氯离子而在氢氧化钠中的存在形式是四羟基合铝酸根，引出可以从电解质溶液的角度分析电极反应式。接下来以燃料电池作为学习材料。实验演示氢氧燃料电池的工作过程，引领学生在燃料燃烧的方程式的指引下尝试结合电解质溶液种类书写氢氧燃料电池的电极反应式。

在本节课中，学生转换思维模式，开始从电解质中物质的“存在形式”出发书写电极反应方程式。以燃料电池作为学习材料，在总体氧化还原结果的基础上，结合电解质溶液环境书写电极反应式。实现了从第一课时能力到第二课时能力的进阶发展。在这一学习过程中，发展了“宏观辨识与微观探析”的核心素养。

第三课时：实际电池研究——从物质的氧化还原性质出发直接书写电极反应方程式

将锌锰干电池等一次电池、锂电池等二次电池作为学习材料，引导分析其结构和工作原理，学生尝试从物质的氧化还原性质出发直接书写电极反应方程式。学生应用了第一课时中学习的原电池认识模型，巩固了在第二课程中发展的从电解质中物质的“存在形式”出发书写电极反应方程式的能力

在本节课中，学生关注到具体真实的电池的结构和工作原理，开始真正使用学科知识认识真实世界并解决实际问题。至此，学生不再需要认识该电池的总反应，而是能够直接从电极的氧化还原性质和电解质的环境出发，直接书写陌生电池的电极反应方程式。书写电极反应方程式的能力获得了进一步的提升。在这一学习过程中发展了“科学态度与社会责任”的核心素养。

图 3.学生能力发展序列

三、总结

本学习路径设计从书写氧化还原方程式出发，逐渐走向通过分析反应物氧化还原性质、分析电池结构与功能、综合分析结合电解质溶液环境，直接书写电极反应式，实现学生能力的逐步提升，最终完成能够分析陌生电池的工作原理的学习目标。这一学习路径设计，从学生的已有能力出发逐渐发展出新的能力，重视实验和推理在化学学习中的有机结合，强调提升学生认知真实世界、解决实际问题的能力。

学生不是永远一无所知的孩子，也不是出厂后就拥有了所有能力的机器人。只有我们用发展的眼光看待学生和学生的能力水平，为学生设计逻辑严谨、步步提升的能力发展序列和学习路径，并搭配具有针对性的学习材料作为脚手架，学生才能真正从蹒跚学步的婴儿蜕变为在知识的原野上随心奔跑、尽情摘取知识之果的自由之人。