“化学反应与能量”这一大概念在整个高中化学的学习阶段中占有重要地位，然而在概念建构的过程中，教学往往依托于书本上的文字和图片，过程枯燥乏味，学生不能真实体会到化学反应与能量的关系，难以在脑海中完成对大概念的构建。随着科技的飞速发展，信息技术已经渗透到教育的各个角落，通过引入先进的信息技术，教学资源得以丰富和优化。以信息化技术为背景，基于“IT-双向驱动”的教学模式
［1-2］，利用信息化技术的优势，以大任务为导向，更好地培养学生的核心素养，完成对大概念的建构。
选取“化学反应与能量变化”这一节内容，以“简易电池的设计与制作”为探究主题，完成对大概念的构建。借助虚拟实验、AI语音助手、视频在线通话等智慧信息化手段，开展以实验探究为主的课堂活动，促进学生学习方式的转变。学生在实验设计和实施过程中完成对“化学反应与能量”这一大概念的建构，进一步理解、掌握原电池的构成要素和原电池的工作原理。
1 单元规划
1.1 单元学习主题分析
（1） 单元学习主题类型。
教学策略：大任务解决。
单元类型：教材章节单元。
（2） 单元学习主题名称及设计背景。
单元学习主题名称：我家的脐橙可以发电——探究“简易电池的设计与制作”。
设计背景：本教学设计选自人教版（2019年）高中化学必修二第六章“化学反应与能量”中的第一节“化学反应与能量变化”。天天小朋友在某短视频平台上看到水果电池这个实验引发好奇，家乡道县盛产的脐橙是否也能发电呢？以“天天小朋友对于脐橙能否发电的提问”这一真实情境贯穿整个课堂，激发学生学习兴趣，引导学生在已有知识的基础上完成原电池模型的建构，并自主设计实验探究影响脐橙发电的因素。基于新课程标准的要求，以本单元的大概念“化学反应与能量”为导向，采用“IT-双向驱动”的教学实践模式，融合智慧信息技术，构建一个全新且有思维深度的课堂。
1.2 大任务统领的单元教学结构
2 教学设计
2.1 设计理念
（1） 《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》强调“教学评”一体化，以“IT-双向驱动”为设计理念，依据教学目标设置与之匹配的具体评价目标，诊断学生的活动表现水平和认知发展水平。
（2） 借助“脐橙如何才能更有效地发电”这个实际问题，设计解决问题的方案，经过实验的探究及验证，最终得出解决问题的有效方法。
（3） 借助虚拟实验、AI语音助手、视频在线通话等智慧信息化手段，开展以实验探究为主的课堂活动，促进学生学习方式的转变。
（4） 实施“素养为本”的教学，以“IT-双向驱动”为设计理念，通过虚拟实验引导学生从宏微结合、变化守恒等视角，探究水果电池的工作原理，培养学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学精神与社会责任等化学学科核心素养。
2.2 教材与学情分析
本节内容在高中阶段化学学习中占有重要地位，是“化学反应与能量”这个大概念的具体化
［3］，具有丰富的化学学科核心素养价值
［4］。原电池工作原理的微观分析、原电池模型的构建等内容既是对氧化还原反应知识的深化理解，也能为选择性必修电化学中的双液电池、金属腐蚀与防护打下坚实基础。通过前一节的学习，学生已经对原电池的构成及基本工作原理有了初步认识，但缺少更深刻的理解，学生通过对水果电池的设计，可进一步理解并掌握原电池的构成要素以及原电池的工作原理。
2.3 教学与评价目标
（1） 学生模拟虚拟原电池、设计水果电池，进一步理解并掌握原电池的构成要素及其工作原理，借此诊断学生对原电池知识的理解水平和知识迁移的应变能力。
（2） 学生通过制作水果电池，探究水果电池能够产生最大电流的因素。根据学生对实验现象的观察和表述，诊断学生的动手和表达能力。
（3） 通过情境问题的提出、方案设计、实验探究、分析推理，认识并总结原电池的构成要素。进一步认识简单原电池的工作原理，培养学生的宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学精神与社会责任等化学学科核心素养。
2.4 教学过程
【创设情境】播放天天小朋友的委托视频。
视频展示：天天小朋友的家乡盛产脐橙，他在网络上看到了水果电池，心中便萌生了一个想法，脐橙能否用来发电？如何才能更有效地发电？他以视频通话的形式向我们寻求帮助。受天天小朋友的委托，请大家帮忙设计、验证脐橙电池能否发电，并探究如何才能更有效地发电。
师：如何设计有关脐橙的原电池实验呢？请同学们结合组成原电池的条件，完成对脐橙原电池模型的建构。老师在这里用NOBOOK提供了原电池的虚拟实验，请同学们运用已学的原电池知识，完成原电池的构建，并基于这一实验设计脐橙原电池的模型。
学生进行原电池的虚拟实验，并总结归纳原电池的形成条件及工作原理。条件：活性不同的两个电极、电解质溶液、闭合回路。工作原理：负极失去电子发生氧化反应，电子流向正极发生还原反应，电解质溶液中的阴阳离子定向移动平衡电荷，从而构成闭合回路。
布置大任务：基于虚拟原电池实验的操作，探究脐橙原电池的模型设计及如何更有效地发电。
【问题导入】脐橙可以发电吗？如果可以发电，要具备哪些条件？相比于传统简单原电池，在脐橙原电池中，脐橙充当着怎样的角色？请讨论并设计。
学生基于虚拟仿真实验得出的结论进行讨论，得出脐橙发电的条件：电极、导线、脐橙。在小组讨论后，设计出实验方案。
布置任务1：学生对照原电池模型认识脐橙在原电池的角色位置。
师：请看桌上的实验器材，分别有灵敏电流计、带有鳄鱼嘴夹的导线、铜片、锌片、脐橙。接下来请同学们根据所设计实验方案，验证水果是否可以发电，并帮助天天小朋友探究水果电池发电的最佳条件。
设计意图：创设情境，以水果能否发电激发学生探究欲望，并利用信息技术手段，帮助学生快速重现原电池实验，通过实验得出原电池的形成条件和工作原理，培养学生的实验设计与探究思维，达到知识迁移。
【实验探究，微观探析】组织学生进行实验一。
任务布置：小组完成各种水果原电池的模型设计；验证水果原电池是否能产电。
学生按实验小组集合，领取实验器材，按照小组设计的实验制作水果电池，观察电流表的情况。观察并记录现象，实验结束后进行汇报。
师：①电流表偏转了，说明了什么？②水果电池中水果的作用是什么？想知道电池中水果的作用，首先需要知道橙汁里含有的成分。在信息化的当今，想知道某个问题最快的方法之一就是人工智能，可以对其提问获取我们想要的知识。
布置任务3：记录实验现象，并回答上述问题。
学生对AI提问：“橙汁的主要成分是什么？”
AI（信息技术运用）：橙汁的主要成分包括维生素C、维生素A、维生素B、维生素E、膳食纤维、矿物质、果糖、柠檬酸和胡萝卜素。
学生从AI的回答中找到有效信息：柠檬酸、橙汁中含有氢离子，溶液呈酸性。电流表偏转说明有电流产生，脐橙的作用是充当电解质溶液。
【实验探究，微观探析】组织学生进行实验二。
师：脐橙原电池产生电流大小的影响因素有哪些？试着用控制变量法探究“水果成熟度”“电极片插入深度”“电极片之间距离”等条件对原电池电流强度的影响。实验记录表格可参考
表1。
布置任务4：绘制相关表格，并把实验用品、操作步骤、实验现象等相关信息填入表格，结合实验现象小组间相互交流探讨总结归纳得出的实验结论。
学生通过控制变量法，发现使用未成熟脐橙构建的水果电池的电流更大，推测是生脐橙中酸性电解质含量较多，氢离子的浓度大，反应速率快；电极片之间距离越小，电流越大，讨论分析推测是：电极片越近，水果内电解质溶液的阴阳离子的迁移更快；电极片插得越深，电流示数越大，原因是电极片插入越深，其与电解质溶液的接触面越大，反应速率越快，电流越大。
【回归情境，解答问题】通过这几组实验，各位学生是否在心中有了答案，能回答天天小朋友呢？请总结归纳出影响脐橙电池发电效率的条件，以及脐橙电池的最佳发电条件，并选出代表使用视频通话连线天天小朋友，告诉他通过实验得出的结论。
设计意图：组织学生开展实验探究，充分调动学习兴趣。从宏观的实验现象过渡到微观电子的转移，学生能够认识原电池的工作原理，加深对原电池本质的认识，进一步深化对原电池定义的理解。
3 教学反思
本节课的核心思想是以“IT-双向驱动”为设计理念，通过深化原电池这个大概念，融入小组实验设计及探究，运用各种智慧信息化技术手段辅助，从而形成一个有思维深度及内涵的素养课堂，充分体现了“学科教学”向“学科育人”的课堂转型。在教学过程中，通过“IT-双向驱动”，再融入智慧信息技术进行辅助教学，不但激发了学生的学习兴趣，还提升了学生的自主学习及思考能力，更培养了学生的实验创新能力，最终达到了提升学生的学科素养的目标。
本节课无论是对“IT-双向驱动”的课堂教学实践，还是对信息化技术融入课堂的方法研究，都将是一个有益的尝试。
湖南省首届基础教育教学改革研究项目“智慧信息技术与化学教学深度融合研究”(Y20230351)
湖南省首届基础教育教学改革研究项目“基于核心素养发展的中学化学‘IT-双向驱动’课堂教学实践研究”(Y20230711)
京公网安备11010202008535号
PDF
(459KB)
