论文电化学认识模型及其在高三原电池复习教学中的应用.pdf

化学教育( h t t p ： ww w h x j y o r g ) 2 0 1 4 年第 l 期 电化学认识模型及 其在高三原电池复 习教学 中的应用 王维臻 王 磊 支 瑶 葛继宁。 李振玲。 于少华 ( 1 北京师范大学化学教育研究所北京 1 0 0 8 7 5 ；2 北京市海淀区教 师进修学校 1 0 0 1 9 5 3 北京市 昌平区第二中学1 0 2 2 0 0 ；4 北京市昌平区教师研修学校1 0 2 2 0 0 ) 摘要 综述 了关于高中原 电池教 -9学 的已有研 究，分析 了电化学知识要求和 学生电化学认识 特点，从电化学的本体维度、认识维度和问题维度，构建并提出了高中电化学认识模型，并在高 三原电池复习教学中进行了应用，针对分析型任务和设计型任务进行对比性教学实验。通过对学 生电化学认识发展 的前后测及其对 比统计分析 ，并结合学生访谈对教学效果进行 了检验 ，在此基 础之上进 一步分析和概括 了基于 电化学认识模型建构的原电池复 习教学有效策略。 关键词 电化学认识模型 原 电池 复 习教学 认识发展 设计型任务分析 型任务 1 问题 的提 出 1 1 学生原电池学习的问题和困难 电化学是高中化学的核心知识之一 ，原电池作 为电化学知识的重要组成部分，其特点是概念原理 抽象而集 中。学生在电化学的学习中总是存在一些 困难 。这些困难从学生接触到电化学开始 ，一直到 高三复习，伴随整个电化学的学习过程 。 在电化学的学习中，学生会形成许多错误概念 和错误认识。李淑荣l 1 结合课程标准、教科书和高 考评价对原电池相关内容的要求 ，在错误概念调查 中选取了电极判断、阴阳离子移动方向、电子电流 流向、离子浓度变化、电极反应式书写 、金属腐蚀 的防护措施等几个方面内容 ，发现多数学生在原电 池的学习 中存在不 同程度的困难。付超群 在 2 0 0 5年探查学生有关 电化学错误概念 的现状 ，结 果显示学生对 电解质溶液导 电、溶液电中性 、电极 电性的理解 等都存在错误 。在学 习了电解 的概念 后 ，学生会对原 电池和电解这对概念产生混淆 ，并 持续较长时间。 随着年级的升高 ，学生面临的电化学分析任务 越来越复杂 ，在面对电极反应的分析 ，电解质溶液 里面的微粒变化 的分析等问题任务时会遇到很多困 难 。无论对于原 电池的分析任务还是设计任务 ，学 生更多 的时候表现为基于经验或简单模型 ，缺少思 考 的依据和思路 ，不知道应该分析 和设计 什么才 好 。蒋涛等 3 对高一至高三学生的电化学认识进行 测查发现 ，学生对电极反应、电子导体等概念的认 识从高一到高三逐渐深入 ，但是对电解质的认识仍 存在较大的发展空问。王磊 、支瑶等基于 “ 高端备 课”项 目对学生进行教学观察和访谈研究发现 ，学 生即使进入高三复习阶段 ，也依然存在将电极材料 和电极反应物混 淆、电解质溶液 和电极反应物不 分、面对非典型铜锌原电池的分析性和设计性任务 时缺少合理的原 电池认识角度和认识思路 。很多学 生没有发展起与原电池相匹配的基于多角度的系统 微观动态认识能力。面对电池的设计任务时这些 问 题更加突出。 1 2已有的原 电池教学研究 李阿琴 4 根据对错误概念的研究 ，提出了转变 错误概念的教学策略，包括如何展示学生的错误概 念 ，怎样有效揭示概念的内涵和外延 ，绘制概念图 等。教学实践 中老师们也采取 了一些方法和措施来 帮助学生解决困难 。例如 ，李淑荣针对学生电极方 程式书写方面的困难 ，提出在教学 中使用 “ 四步分 析法”十分有效。廖小燕 5 等提出要结合学生复习 和教师引导的教学策略解决学生在利用氧化还原反 应组成原 电池方面的困难 。许红梅l 6 在教学训练形 式上进行研究 ，提出在电化学教学 中组织有效的变 式训练 ，如改变 电极材料 、电解质溶 液、已知 条 件 、探究角度等 ，培养学生的应变能力等。在课堂 形式上 ，从学生需要出发、注重师生的对话等都是 帮助学生解决 困难的有效策略l 7 。丁云l 9 “ 等教 师在电化学的教学方面进行 了积极 的探索和尝试 ， 例如 ：王冬松设计有效的问题序列来帮助学生建立 思考一类问题 的思维模型 ；为了突出电化学装置在 能量转化方面的意义 ，魏樟庆尝试帮助学生建立 电 * 北京师范大学化 学 教育 研究 所 “ 高端 备课 ”项 目和 国家社 会科 学 基 金教 育科 学 规划 重 点课 题 “ 中小 学 生 学科 能 力 表现 研 究” ( ahal 1 0 0 0 5 )研究成果 * * 通讯联 系人 ，e - ma i l ：wa n g l e i b n u 1 2 6 c o m 2 0 1 4年第 l 期 化 学 教 育( h t t p ： ， 、 v w h x j y o r g ) 化学装置是实现电子转移从无序到有序的观念。 1 3 本研究的目的和任务 综上所述 ，我们认为，学生在原电池学习中遇 到 的困难主要反映在 2 个方面：一是存在关于电化 学 的偏差或错误认识 ；二是分析和解决 电化学问题 时缺少认识角度与合理思路 ，系统性差 。所 以，原 电池教学需要帮助学生构建更加体现电化学学科本 质 、利于知识结构化 、助于问题解决思路化的系统 认识模型 。基 于此 ，我们确 定 了本研究 的主要任 务 ：( 1 )建构 电化学认识模型 ；( 2 )设计并实施基 于建构电化学认识模 型的原电池复习教学 ，并评价 教学效果；( 3 )提炼基于电化学模型建构教学的有 效教学策略。 2电化学认识模型 通过对大学和高中电化学部分的核心概念原理 知识 的归纳及其功能价值的分析，电化学主要是研 究电能和化学能之间的互相转化以及转化过程 中相 关规律的科学。能量的转变需要一定 的条件 ，即要 提供一定的装置和介质_ 1 引。无论电池还是电解池 ， 都需要知道电极和相应 的电解质溶液中所发生的变 化及其原理。从学科本体来看，原电池包括电动势 和闭合回路 2大核心要素 。其 中，贡献 电势差有 3 个核心要素 ：电极反应 、电解质和接触电势 ，在中 学阶段主要是电极反应。闭合回路由离子导体和电 子导体构成。 通过分析高中化学课程标准 ( 以下简称课标) ， 可以了解 电化学相关 的 内容标准 ，从知识 内容 来 看 ，课标选择的知识和原理有 ：原电池和电解池 工作 的基本 原理 ； 化学 电源 的种类及其工作 原 理 ；金属 电化学腐蚀 的原理 、危 害和 防护措 施 等。此外，课标重视化学能与电能之间转化等能量 意义，探究转化过程的原理和实现 。从教学要求来 看 ，课标对原电池和电解池 的基本原理要求较高 ， 认为应该达到领会和理解含义并进行相关解释说明 的标准 ；对金属的腐蚀与防腐 、精炼镀铜等知识要 求有所了解 ，记住知识 的要点并进行识别 ；而对化 工生产和化学电源等技术应用的要求比较低 ，只要 了解其内容即可。总的来说，要求学生能够了解原 理并分析问题。 通过整理已有 的学生研究和分析大量的课堂证 据发现 ，学生在电化学的学习中存在一些关键性认 识缺失 。第一，认识角度不 明确。学生知道要研究 装置，但不知道在装置中应该看什么，而总是凭借 经验东拼西凑。如果课 堂练 习多是 已知 电池 总反 应 ，那么学生就习惯于去找总反应 ；如果练习中多 是 已知装置 ，那么学生就重点关注装置。第二 ，思 维 的系统性不够 。一方面，学生对电化学要素的认 识不全面 ，例如对装置 的分析 ，因为习题 的导 向， 学生更多关注正、负极 ，但对完整的系统要素，如 电极反应与电解质溶液 ，电路 内外微粒的定向移动 等等缺乏关注 。另一方面，装置要素与原理要素之 间是缺少联 系的。例如学生 知道要关注 电极反应 物，但不清楚 电极反应物可能会在装置 中的什么位 置提供 ，电解质溶液都有什么样的功能 ，在实现化 学能到电能的转化 中起了什么作用等。这些要素之 间如果缺少联系会使得学生在电化学问题的分析 中，不能总是做到完整 、系统和正确。所以，在电 化学 的学习中，需要给学生建立认识系统 ，要让学 生基于整体、联系思考，把电化学问题打通。 据此 ，我们从 电化学的本体维度 、认识维度和 问题维度 ，构建并提出适用于高 中阶段 的电化学认 识模型 。电化学认识模型针对的认识对象可以包括 原电池和电解池 ，其共性在于 2大核心要素：电势 差和闭合 回路 ；其差异在 于能量的转化方 向不同。 由此构成 电化学认识模型的 2大认识维度 ，原理维 度和装置维度。原理是 电能与化学能相互转化得 以 实现的基础 ，自发 的氧化还原反应为化学能向电能 的转化提供了电势差，外加电场则为电能向化学能 的转化提供电势差 。原电池或电解池装置是能量转 化的充分条件， 其核心是由电子导体和离子导体共 同构成闭合回路 。 电化学认识模型构成如图 1所示 。原理维度 以 氧化还原 反应为基础 ，包括 电极反应物 、电极产 物 、过程，同时包含可观测量 ，即反应现象 ；装置 维度包括原电池或电解池里面的所有装置要素 ，即 失电子场 所 ( 负极 材料 或 阳极材 料) 、电子导 体 ( 导线) 、离子导体 ( 电解质溶液或盐桥、膜) 、得 电子场所 ( 正极材料或阴极材料) 。 认识对 象 一 一 阴基 向 一 阴 向 一 氧化产物 还愿产物 l 失 电 子 l 得 电 子 图 1电化学认识模型 化学教育( h t t p ： w ww h x i y o r g ) 2 0 1 4年第 1 期 以铜锌 ( 稀硫酸)单液原电池为例 ，从装置维 度分析 ，z n棒作为负极 电极材料 ，提供失 电子场 所 ，电子导体是导线 ，稀硫酸作为电解质溶液充当 了离子导体的作用，c u 棒是正极材料作为得电子 场所 。从原理维度分析 ，负极反应物是锌 ，负极反 应是 z n失去电子生成 z +，电解质溶液中的 h+ 得电子生成 h ，由此完成 了电极反应物到电极产 物的分 析。同时，因为 z n极板 失去 电子呈 正 电 性 ，溶液 中的阴离子游向 z n极板表面，阳离子 向 c u极板移动，此乃过程分析。整个反应过程所观 察到的现象是 z n 极板溶解 ，c u极板有气泡产生 。 不论在新授课 、复习课 和习题考试中，学生会 遇到各种各样 的问题任务，所 以我们在认识模型中 加入 了问题任务维度。对于电化学任务来说 ，最主 要的问题任务类型有分析型任务和设计型任务 。分 析型任务包括 已知装置分析反应 ，已知反应分析现 象等等。设计 型任务主要是设计 电解 池、原 电池 装 置 。 3 基 于电化 学认识 模 型建 构 的原 电池教 学 设计 与实施 本研究根据 “ 促进学生电化学 系统认识发展” 的基本教学理念 ，从 电化学主要 的任务类 型出发 ， 分别 以分析 型活动、设计型 活动为主，进行 2节 “ 同课异构”的高三 “ 原电池”复习第一课时教学 设计 ，并在北京市某示范校高三年级的 2个班级进 行了教学实施 。 3 1 基于学生电化学认识发展空间确定教学目标 3 1 1 学生 已有基础及学习障碍点分析 高三学 生已在高二学 习了原 电池的有关知识 ， 但是知识 尚未达到系统化 ，同时对原电池装置和原 理存在迷思概念 。典型的迷思概念如 ：把电极反应 物和电极材料混为一谈 ，认为电极材料一定参与电 极反应 ，电解质溶液不会参与电极反应，认为电解 质溶液和导线都传导电子和离子，原电池离不开电 解质溶液等等。同时 ，学生对电池的实际应用及前 景等也了解不足 。另外，在面对问题任务时，学生 首先看 问题提示 ( 如写 出电极反应式) ，再类 比原 型解答 ，如果与原型相近，则顺利解决 ，与原型相 比稍有变式 ，如电极材料均不参加反应等条件 ，则 无法正确解答 。一些学生 由于 电极材料与反应物不 区分 ，因此对 “ 电极反应 物” 和 “ 得 、失 电子场 所”的关系认识不清 ；在装置维度上 ，学生尽管能 够说 出导线 、电解质溶液这些具体要素 ，但因为不 清楚它们在原 电池中起到的作用是 电子导体、离子 导体 ，所以难 以在设计型任务中做 出变式和创新 ； 在原理维度上，因为高一和高二过度的题 目训练导 致学生只重视 电极反应 ，而对反应的全过程和可能 出现的现象置之不理，最终导致不仅不能完成系统 分析型任务 ，同时对有溶液酸碱性干扰的电极反应 也无法正确写出。 基于此 ，高三阶段原 电池一轮复习教学的主要 教学 目标应该定位于 ：学生通过本课 的学习 ，要建 立 电化学系统认识模型 ，澄清和纠正以往的错误认 识 ，落实从原理维度和装置维度出发的核心认识角 度 ，系统理解原电池工作原理和构成条件 ，明确原 理和装置的关系 ，提高对 于陌生原电池 的分析能 力 ，建立比较清晰的依据已知的氧化还原反应设计 电池装置的主要思路和方法 。 3 2 教学内容和学习任务的选取与组织 从应试角度讲 ，学生面临的电化学问题解决任 务多是分析型任务 ，所以复习课教学可以以分析型 任务为主 ，通过对各种类 型的原电池模型进行分 析，带领学生建立电化学认识模型，明确对这类问 题任务的认识角度和认识思路。但 以分析型任务进 行训练的思维空问有限，对学生的已有问题和错误 认识的挑战功能略显不足，在这些方面，设计型任 务则有优势。这类任务 的功能在于通过设计原 电 池，展示 、改变、发展 、梳理学 生对原 电池 的认 识。为此 ，本研究安排 了 2节异构课 ：2节课在引 导学生建立认识模型时分别采用分析型任务和设计 型任务，而应用模型阶段都采用分析型任务 。基于 教学 目标的要求 ，本课需要根据模 型要素选取和组 织教学素材。具体包括 2 个方面： 3 2 1 选取不 同功能的任务素材 ，建立认识模型 同时破除错误认识 2节课选取的第一个任务素材都是与铜锌原 电 池的设计 或分析任务 ，一方面是考虑 为学生提供 “ 最近发展 区” ，用单液 电池唤醒学生 的原 电池知 识 ，并建立模型中的基本要素如电极反应物、电极 产物 、得失电子场所 、电子导体等 ；另一方面留下 变式空间，例如从单液电池到双液电池的变式，贡 献 “ 离子导体”的认识角度，还可引导学生关注电 解质溶液的多重作用。第一个任务素材可以引领学 生体验模型指导下的原电池系统分析 ，初步建立利 用模型分析或设计原电池的思路，并在建模的同时 体会原理与装置的关系。第二，针对学生容易混淆 负极反应物及负极材料的错误 ，补充使用适 当的任 务素材如燃料电池素材等 ，一方面用以外化学生的 2 0 1 4 年第 1 期 化学教育( h t t p ： w ww h x j y o r g ) 分析或设计电池的固有思路，另一方面借由任务素 材帮助学生克服错误 概念 ，促使 学生 自我反思 与 转变。 3 2 2 设置联 系实际的分析型任务 ，应用认识模 型的同时体现模型的功能价值 高三复习仍然不能忽略学生对情感态度价值观 的培养 。所 以要选择最贴近他们生活的、最体现 电 池新近发展的应用素材 ，以强化学生对知识价值和 化学价值的认识 。此外 ，基于电化学认识模型的原 电池复习教学的最终的 目的是为了帮助学生在面对 氧氧燃辩电池分析 此朦电池工乍时闭岔固路是如何舞 哦的穹 一_i 圆 ， 补充试题选璜 如曝你 是出致人 ，j至能提 出唪些 i锄 请 巴题目补 充竞整 并说明像 墨攘 据什么播出 来的 图 2分 析 组教 学 设计 3 4 教学效果测查与结果分析 为了调查教学效果 ，分别在 “ 原电池”复习课 前 、后对学生进行侧重电化学认识发展的问卷测查 和访谈。调查问卷为自编测试题，问卷总体信度系 数 0 8 3 3 。测查问题围绕着 电化学认识模型的建立 对促进高中生原电池学习的效果展开 ，测查 问题主 要包括 3 类分析型任务 ：根据装置分析反应 ，根据 原理分析现象 ，分析装置与原理之间的关系。 测查及访谈设计具体如表 1所示 。 表 1 测查及访谈设计 测查方法 测查时 间 测查有效 样本 设计组学生 ( 2 3人) 前测 问卷 “ 原 电池”授课前 分析组学生 ( 2 1 人 ) 设计组学生 ( 2 3 人 ) 后测 问卷 “ 原电池”授课后 分析组学生 ( 2 1 人 ) 学生访谈 “ 原电池”授课后 2组学生代 表 ( 各 6人) 3 4 1 基于认识模型建构 的复习教学对 于学生 电 化学认识发展的影响 我们利用学生电化学认识在复习课前后测 比较 来反映基于认识模型建构的复习教学对于学生 电化 习题和考题中的复杂和陌生的电池分析型任务时更 有能力 ，所以不论用什么类型的任务引导学生实现 模型建构 ，最后都要 回归到应用电化学认识模型解 决分析型任务 。促使学生对 比体会到电化学认识模 型在习题性问题解决中的功能价值 。 3 3 基于电化学认识模型建构的教学过程 在教学过程 中，以分析型任务为主 ( 分析组) 和以设计型任务为主 ( 设计组)的授课教师根据上 述学生情况分析和教学内容分析进行具体教学设计 ( 见 图 2 、3 )与实施。 一 卫 鱼 ，上 一、 = 一 l 1 1 i i 环 节 三 l l 任 秀 2， 依 据 反 应 21一+2fe =2fe i 设 计 装 置 ， 抒 发 l l l 产1 雾 素 至 胂 醐j u 三 二 l 寡 【 ； 溯 】 学认识发展的影响。2个班全体学生的前后测查结 果及其差异显著性检验结果如表 2所示 。 测查结果表明，不论分析组和设计组 ，在复习 课教学实施前后 ，学生后测成绩均高于前测成绩 。 其 中根据装置分析反应 ，装置与原理之间的关系方 面进步显著。通过建构认识模型促进学生电化学认 识发展的 目标基本实现 。在课程实施前后，根据原 理分析现象这部分得分有所提高 ，但不存在显著差 表 2 2个班总体前后测统计数 据 测查样本 2班共 4 4人 平均分 差 异显著性检验 授课前 1 5 o 根据装 置分析反应 s i g 一0 0 0 0 授课后 2 4 8 授课前 1 6 8 根据原理分析 现象 s i g 一0 2 2 5 授课后 1 9 5 分 析装置 与原理 授课前 1 o 1 s i g 一 o 0 0 0 之间的关 系 授课后 2 4 8 异。进一步对学生得分分布情况 ( 图 4 )进行分析 发现 ，在教学 前，有 2 5 的学生 不能根据电极 反 应正确分析现象，教学后降至 l 5 9 ；得到 1 分 匝 一 澈 建 一 一 应 发 3 8 化学教育( h t t p ： ww w h x j y o r g ) 2 0 1 4年第 1期 和 2分的学生比例都有所上升 ，说 明教学使学生开 始熟悉这类问题的分析角度和思路 ，尽管还存在考 虑问题可能不够全面。根据原理分析现象是分析型 任务中常见 的题 目类型，以铜锌原电池为例 ，解释 电解质溶液中的 s o 一如何移动就是这种类型的题 目。该题型要求学生对装置和反应体系都有 比较清 楚的认识 ，对 内外电路变化的全过程有所把握 。这 也进一步说明对原电池系统的整体认识和分析是电 化学学习中的难点 。 图 4 根据原理分析现象的得分情况分布 为了进一步研究模型的建构对发展 电化学认识 要素和认识思路的贡献 ，教学前后分别在问卷中设 置了 “ 你对原电池有哪些认识?尽可能多地 、有序 地写出你的认识” ，及分析盐桥 中的离子移动，闭 合回路的形成分析等问题考察学生对原电池问题的 认识要素的数量 的发展和认识思路的提高 ，结果显 示 ( 表 3 )授课前后 ，2个班的学 生在原 电池 系统 分析的思路 和认识要素方面都有显著的提高。 表 3 原 电池 自主认识教学前 后测统计数据 测查样本 平均分 差异显著性检验 2 班共 4 4人 对原电池问题系统 授课前 1 8 9 s i g 一 0 0 0 0 分析的思路 授课后 2 6 1 对原电池的认识 授课 前 0 4 4 s i g 一 0 0 0 0 要素的数量 授课 后 1 7 8 在前测 中，学生对电池模型的解释多关注原理 维度 ，对装置维度较少提及 ；后测中，对 电池模 型 的分析开始出现 “ 电子导体” 、“ 离子导体” 、“ 电极 材料”等装置维度的分析。在对原 电池工作原理过 程的分析方面 ，前测 中，学生大多只考虑电子 的得 失和移动方向，对溶液 中的离子及移动过程缺乏思 考 ；但在后测 中，学生 开始使用模型思考 ，4 4位 测查对象中，有 2 5 名直接画模型对问题进行分析 。 3 4 2 设计型任务和分析型任务对于建构 电化学 认识模型的作用 比较 尽管分析组和设计组 2个班在授课前后 的测查 效果均有显著 的发展 ( 图 5 、图 6 ) ，但为了说明 2 种类型教学设计的特点和各 自的优势 ，提炼电化学 认识模型建构的有效教学策略，本研究特别对分析 组和设计组 2 个班的得分情况进行了对 比研究。 1 8 图 5 分析组得分情 况分布 产前 测 0 图 6设 计 组 得分 情 况分 布 2 个班的前测 与后 测成绩之 问都存在 显著差 异，设计组学生 ( 样本来 自实验班)成绩始终高于 分析组 ( 样本来 自普通班)学生成绩 ，通过测试结 果差异显著性的进一步拆分 比较 ，可以发现在装置 与原理的关系方面 ，教学前 2个班没有显著差 异 ( s i g 一0 1 2 4 ) ，而教学后设计组得分显著高于分 析组得分 ( s i g 一o 0 0 o ) 。在从装置分析反应 的任 务上，尽 管前 测 中设 计 组 得分 显 著 高于 分析 组 ( s i g 一0 0 0 o ) ，但在教学后 ，2 个班的得分没有显 著差异 ( 0 3 4 4 ) 。 在模型建构对发展 电化学认识要素和认识思路 的贡献方面 ，设计组高于分析组 ，差异显著。在系 统分析思路 的发展方面 ，教学前 ，2班学生得分没 有显著差异 ( s i g 一0 6 3 7 ) ；教学后设计组得分显 著高于分析组 ( s i g 一0 0 0 3 ) 。 4 电化学认 识模 型对 于学 生学 习和教 师教 学 的价值 基于上述教学实证研究及其对学生的访谈 ，可 以得到电化学认识模型对学生的意义有 4点 ：( 1 ) 使学生建立对原 电池进行 系统 分析的合理认识 角 度 。不论面对什么样的任务和题 目，是 已知装置还 2 0 1 4年第 1 期 化学教育( h t t p ： ww w h x j y o r g ) 3 9 是已知反应 ，学生可以依照模型找到 2个维度 ，原 理和装置 ，同时明确 2个维度下的认识角度 。面对 装置的时候不仅要关 注得 失 电子 的场所( 电极材 料) ，而且要关注电子导体，离子导体是什么；在 分析原理时，要关注谁是 电极反应物 ，电子和离子 经历怎样 的过程 ，电极产物会是什么 ，表现出何种 现象等。学生 可以依照模 型的提示 ，将 电极反应 物 、得失电子的场所 、电极反应 、电子导体、离子 导体 、电极产物、现象等作为完整分析闭合回路形 成过程及原电池产生电流原理的思维框架 。( 2 )将 电极区分为电极材料、电极反应物 ，可以消除或减 少学生的认识偏差 。在常规教学中我们通常笼统地 说 “ 电极”“ 正极”和 “ 负极” ，加上在必修阶段教 学中过度使用 由金属作 为正负极材料的 电池模 型 ， 结果会导致学生普遍形成偏差认识 ，将 电极反应物 和电极材料混为一谈 。在铜锌原 电池 中，说 z n是 负极还可 以，因为 z n既是负极 电极反应物又 同时 充当电极材料 ，但说 cu是正极 ，就容易使一部分 学生产生错误 的直觉思维 。这种迷思概念更导致学 生在解决像气体燃料电池等问题时遇到 困难 。为 了 厘清 电极概念，本模型从原理角度和装置角度区分 了电极反应物与 电极材料这对 概念。 ( 3 )在用词 上 ，用 “ 离子导体”代替 “ 电解质溶液” 。一方面 ， 电解质溶液 在装置维度 中无 疑起到离子导体 的作 用 ，但离子导体不一定只是电解质溶液 ，还有可能 是盐桥 、离子膜等。另一方面，电解质溶液不仅起 传导离子的作用 ，在很多时候 ，其 中的离子作为电 极反应物参与反应 ，充当电极反应物 。铜锌原电池 中的电解质溶 液 h。 s 中的 h+即是如此 ，所 以 区分使用 电极反应物 、电解质溶液和离子导体的用 语具有积极意义 。( 4 )统一了原电池与电解池 。模 型在装置维度的用词使得这种统一成为可能。失 电 子场所在原电池中指负极 ，在电解池 中则是 阳极 。 除了能量转化方 向上 的不 同，在其他分析方面 ，原 电池与电解池的思路和角度都是一致的。这个模 型 将原电池、电解池、电镀 、电解等散点知识统一在 一 起 ，起到 了知识框架的作用 ，给学生提供了对电 化学的整体性认识。 模型对教师教学 的意义一方面体现在为教学提 供思路和丰富的变式 。模型的动态化特点使得课 堂 活动任务不论是要进行电极反应现象分析，或是基 于装置分析反应 ，教师都可 以进一步将模型细化 ， 将模型要素主次化 ，归纳思维路径 ，例如要体现微 粒观 ，则突出分析 “ 过程”要 素中电子和离子的移 动；要突出分析电极反应则从反应发生的场所人手 找反应物 ，分析得失电子等。另一方面也为教学评 价提供了评价角度和框架。模型的动态化使得其可 以体现电化学问题的结构 ，能够概括所有电化学问 题 ，无非是将模型中的某些要素已知 ，某些要素未 知。所以，教师可以依据模型出题 ，也可以依据模 型分析试题 ，分析测评结果 ，掌握学生的困难点和 思维障碍所在 。 5 基于 电化 学认 识模型建构 的有效教 学 策略 上述研究结果表明，电化学认识模型对于促进 高三学生的原电池认识发展发挥 了积极的作用 ，基 于 电化学认识模型建构是高三复习教学的有效教学 模式。反思高三原电池复习第 1 课时的 2 种教学设 计与实施过程 ，可以提炼出以下有助于电化学认识 模型建构的有效教学策略 ： ( 1 )以分析型任务 为主训练 “ 从装置 分析反 应”的问题解决能力 。从本研究 中的分析组与设计 组教学效果比较来看，在从装置分析反应的任务 上 ，基于电池分析任务的教学策略相对基于电池设 计任务 的教学策略来说效果更好 。分析组主要采用 从装置分析反应 ，不断变化装置让学生反复分析闭 合 回路 的形成过程 ；在素材选择上 ，从熟悉的铜锌 原 电池人手到用双液 电池装置分析陌生反应 ，循序 渐进地深化分析思路 。 ( 2 )设计型任务更挑战学生对电化学 的系统认 识 。通过本研究 的前后测结果和访谈发现，设计组 的学生在装置与原理之问的关系方面，在原电池问 题 的系统分析思路上 的发展更快。分析组课堂围绕 闭合 回路是怎样形成 的这一核心问题 ，从铜锌原电 池到氢氧燃料电池分析 ，通过装置分析反应 ，同时 让学生反思装置中的电极材料 、电解质溶液等分别 起到什么作用 。设计组课堂则让学生依据反应设计 装置再解释电路的形成 。在素材上有意避开铜锌原 电池 ，选取其 他反应为任务载 体，训练学生 的思 维。学生熟悉分析型任务，从分析转换成设计任务 时 ，学生更多的是基 于经验 ，如果不借助模型，学 生多是按照头脑中铜锌原电池 的样子画装置 ，至于 说具体的里面的电极材料、电解质溶液选什么就缺 少了思考的依据。用设计型任务建立模型 ，对促进 学生的反思，帮助学生认识模型的价值方面是事半 功倍的。 ( 3 )相对陌生的素材有利于揭示学生的错误认 识。课堂观察和课后访谈 中发现 ，学生在面对类似 化学教育( h t t p ： www h x j y o r g ) 2 0 1 4年第 1 期 铜锌原电池这样的熟悉任务时，不论是分析 回路的 形成 ，还是设计装置都没有障碍。但在面对 比较陌 生的装置时 ，学生又会纠结于电极反应物是谁 、哪 边是正极这类 问题上来 而不着眼整个系统进行 分 析 。另外 ，很多学生存在电极反应物与电极材料不 区分的问题 ，但铜锌原电池作为学生最熟悉的电化 学 “ 原型” ，学生过于熟悉 ，完全可以凭记忆作答 ， 不能暴露学生的问题 。所以在分析型课堂补充了氢 氧燃料电池的例子 ，在设 计组课堂 中采用 f e 什与 i 一 反应的设计任务有效挑战学生的错误认识 。 ( 4 )关注教学的整体性和层次性 ，注重认识要 素的建立更要注重思路的形成 。模型的建构过程 由 教师带领学生完成 ，且是分步进行的，同时之后 的 模型应用是需要反复训练的 ，所以教师在教学中要 注重教学设计 的整体性和层次性。一方面，在模 型 的建构过程中展示整体性和层次性 。围绕模型，不 同的环节承担不 同的要素建构 ，随着任务的进行不 断完善解决问题的思路 。环节设置上有诊查学生原 有认识的环节，有破