谈条件基于学习条件原电池教学对策

摘要 将原电池相关知识分为3部分：反应原理、原电池装置和工作原理，并根据加涅的学习结果分类理论和学习条件的理论，探讨了这3部分知识学习的内部条件和外部条件，在总结原电池学习过程中出现的常见问题的基础上，提出了基于学习条件的原电池教学策略。
关键词 学习条件 原电池 教学策略 工作原理 学习结果
学习条件是指某种学习得以发生的前提条件。任何学习的发生都需要一定的条件，包括内部条件和外部条件。内部条件来自学习者自身，包括先前所习得并能加以应用的智慧技能、认知策略、言语信息等。在学校教学中外部条件一般指教师在引导学生学习时提供的条件。学生要习得不同的学习结果所需要的内部条件和外部条件有所不同，因此教师应该根据不同的学习结果安排合适的外部教学事件，以提供能够支持和促进学习过程的外部条件。本文根据加涅的学习结果分类理论和学习条件的理论，探讨了原电池学习的内部条件和外部条件，设计教学过程，并实施教学，观察教学过程中学生出现的学习问题，并对这些问题进行分析，提出了解决问题的有效教学策略。
1 原电池学习条件分析
原电池是人教版高中《化学2（必修）》第二章第二节化学能与电能的内容，关于原电池的学习内容可以分为3个部分：第一部分是氧化还原反应原理及应用。这是属于智慧技能学习范畴。这部分内容要求学生对氧化还原反应有较为深刻的认识，知道氧化还原反应的特点是有电子的转移。但是如何根据氧化还原反应过程中电子移动原理，将氧化反应与还原反应在不同的地点发生，使电子定向流过外电路形成能利用的电流的问题，一般学生很难产生这种想法，需要教师引导，所以应属于学习的外部条件。提出问题十分重要，因为原则上来说，所有的氧化还原反应都可以用来制成原电池，但学习中原电池的设计却是学生最为困难的问题，而只有了解原电池是将氧化反应和还原反应分开进行的原理，才能为学生寻找其他电池组成提供基本思路。
第二部分是原电池装置。要使氧化还原反应产生电流，必须将氧化反应失去的电子通过外电路到达另一处进行还原反应，这就必须有一套基本的仪器装置。对这套装置学生不会有经验，因此这套装置的原型必须由教师首先提供。当然可以让学生设计一个这样的装置，但一般的学生不可能达到这种水平，因此提供一套原电池的原型就是必备的外部条件。学生要具备一定的电池使用经验，才能了解电池基本部件名称。这套仪器装置的认识需要物理学中电路基础知识、需要了解电池的部件名称、电流知识等，这些知识应由学生自主掌握，是属于学习的内部条件。由于电子流动方向与电流方向不一样，所以分清原电池的正、负极需要教师指导。
第三部分是原电池工作原理认识。学生应该能在教师的提示下了解电池工作时电子的失去（或是说自由电子的产生）原理，理解电子沿导线转移到另一电极上进行还原反应的过程。在教师的提示下表示出电池的正负极上的电极反应。同时，电池内部的电荷运动需要学生具备电解质溶液知识，了解电解质在溶液中存在状态。由于学生的经验是以电子定向移动形成电流，而不是以负电荷的定向移动形成电流，这样对学生自主地理解电池内部带电荷的阴、阳离子定向移动形成电流造成阻碍。因此，将金属导体中电子定向流动形成电流转化成“带负电荷微粒”作定向移动形成电流，进而理解电池内部的带电荷的离子定向移动形成电流的思维是需要教师进行引导的外部条件。
2 原电池教学中学生常见问题的学习条件分析及教学策略

2.1 原电池反应原理学生常见问题的学习条件分析及教学策略

学习原电池反应原理时，如何利用氧化还原反应组成原电池是学生中常见的主要问题。产生这种问题的主要原因：氧化还原反应中电子的转移不能有效地运用到外电路中去，对氧化还原反应认识还停留在对化学反应本身的认识阶段，而将氧化还原反应进行运用的思维还没有建立起来。化学反应的直接应用是学生较为常见的知识，因为“结构一性质一用途”是化学反应学习的基本模式，但利用氧化还原反应构成原电池并不是反应原理的直接应用，特别是将氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分开，分别在2个电极上进行，从而实现电子定向移动，形成电流，这样的思维对于高一学生来说，在没有任何提示和引导下是很难自动生成的，因此需要教师进行有效引导。
教学策略：根据实际情况，确认学生已有知识水平，适时补充和复习氧化还原反应的相关知识，使学生具备必要的内部学习条件。如课前指导学生复习氧化还原反应中电子的得失情况，分清氧化还原反应中的氧化反应和还原反应。另外复习基本物理常识——电流及电流产生的原理：电子带负电荷，自由电子的定向移动形成电流。教师提供的外部条件主要是引导学生形成“反应产生了自由电子，让这些电子也作定向移动”的思维，可以提出如下问题：既然氧化还原反应中存在电子的转移，有没有办法使氧化还原反应中电子的转移形成电流呢？引导学生自主思考，激发学生的求知欲，使学生表现出一种在新学内容与已有知识之间建立联系的倾向。这一过程是原电池学习的开始，也是原电池学习的思维基础。在这个过程中，应该让学生进行讨论，充分发挥学生的智慧，让学生理解原电池的基本原理。这一过程的缺失，将导致学生思维得不到应有的发展，也将导致学生不能主动地构建其他的原电池。接着，教师应进一步引导，把氧化反应和还原反应分开，电子就有可能定向移动形成电流，接着再讨论由此引出的原电池装置。

2.2 原电池装置学生常见问题的学习条件分析及教学策略

将氧化反应和还原反应分开进行的装置也是学生的经验中所缺乏的知识。教材是以铜片、锌片、稀硫酸、导线组成的原电池作为原型进行讲解。在原电池装置学习中，学生出现的主要问题有：（1）在认识原电池的构成时出现偏差，学生往往忽略导线或稀硫酸。主要原因：①学生对持续电流的产生需形成闭合回路这一物理常识缺乏深刻理解；②没有领悟稀硫酸在原电池中的作用。（2）在通过观察对比实验让学生总结原电池形成的条件时，最容易被学生忽略的2个条件是：“电极插入电解质溶液中”，“有自发进行的氧化还原反应”。产生问题的原因是：教材以锌片和铜片作为电极，用硫酸作电解质溶液构成原电池的学习原型。此电池一般被称作为Zn—Cu电池，而铜片作为惰性电极并不参与氧化还原反应，而实际上学生会将注意力放在铜的反应上，而忽视氢离子的还原反应。另外，这种电池的反应从视角上并没有真正将氧化反应和还原反应分开进行，因此要真正让学生达到“氧源于：大学毕业论文格式www.618jyw.com
化还原反应分开进行”还需要教师在电池工作原理中深入清晰地讲解。教学策略：（1）改变原电池学习的原型是一个不错的策略。将电池原型改成“zn—Cu原电池”。“Zn—Cu原电池”是用锌/硫酸锌组成负极、铜/硫酸铜组成正极、多孔隔膜、外电路连接电流计组成的原电池，这种电池是将氧化反应与还原反应在装置上真正分开了的电池，这种电池使学生能直观地看到将锌的氧化反应与铜离子还原反应分开，更适合于构建原电池的原理，使学生能更清楚、更直观地理解反应原理。（2）教学中针对氧化还原反应分开进行，并在外电路中形成电流等条件，充分引导学生进行讨论，让学生找到电池的构成条件：反应的2个电极（产生和接受电子）、导线（电子定向转移）、电解质（电池内部导电形成回路）。（3）进行实验教学。有条件的学校可组装双液“ZnCu原电池”，在对双液“Zn—Cu原电池”理解的基础上再让学生进行单液Zn—Cu原电池的实验，教师须进行有效引导：Zn与稀硫酸发生氧化还原反应，既然原电池是氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分开进行，那么就要选择2个电极，Zn要参与反应，因此选择Zn做一个电极，选择Cu做另外一个电极（Cu电极也可用其他电极代替）。要形成电流，就要形成闭合回路，因此要用导线连接。又因为Zn要与稀硫酸反应，因此把连有导线的Zn电极与Cu电极插入稀硫酸中。这样学生对原电池中每个部件的作用就会印象深刻，并且可以很容易地找出形成原电池的条件。

2.3 原电池工作原理学生常见问题的学习条件分析及教学策略

原电池工作原理的理解是原电池中概念学习最多的内容，包括电极反应原理（电极反应方程式、电池反应方程式）、电子在外电路的流动、电池内部离子运动及电极名称等概念和理论的学习，是表征学生有关电池知识获取的主要内容。学生理解电池工作原理时最容易出现的问题有：（1）对原电池工作时电子的移动方向存在认识偏差。这是由于学生对于“电势”概念不熟，不知道电子只能从电势低的电极流向电势高的电极。“电极电势”是相对较难理解的概念，而化学学习中只有金属性的强弱比较，由此只能说明失电子难易，而要转化到电极电势却是相当困难的，因此学生的内部学习条件并不充分。（2）对原电池工作时溶液中离子的运动方向认识不正确。这是因为学生在初中学习的电流知识是电子作定向流动，而不会考虑到电荷作定向移动，电子是一种微粒，学生对其微粒性质较为理解，而对其所带电荷不是主要注意的因素，所以难以理解溶液中带电荷的离子定向移动也能形成电流的理论。（3）电池的电极判断与电流方向判断也有些困难。这是因为人为规定的电流方向与电子流动的方向相反，且在此处电子流动方向与电极反应要结合起来进行思考，关于这一点的思考较为复杂。
教学策略：深化旧知识，实验、多媒体和讲解相结合学习新知识。由于原电池知识属于电化学内容，不仅需要一定化学知识和化学思维能力，更重要的是需要一定的物理知识。因此课前教师需根据教学实际情况，适当复习如上所述的相关知识，尤其是产生电流时带电荷粒子如何运动的知识。因为这些物理知识是初中物理所学，时隔已久，学生容易淡忘，教师应先进行复习，使学生将这些知识提取到工作记忆，摘自：毕业论文结论怎么写www.618jyw.com
以便后面学习所用。另外，在初中只讨论了电流形成时外电路中电子的运动状况，而原电池原理中不仅涉及外电路电子运动状况，而且涉及到电池内部离子的运动状况。因此，教师应将“电子的定向移动形成电流”的理论上升到“电荷定向移动产生电流”，即带电荷的阳离子和阴离子作定向运动也可以形成电流的溶液导电理论。这样，学生就很容易理解形成单液Zn—Cu原电池时，电解质溶液中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。对于微观粒子运动状况，多媒体对微粒的模拟展示使学生接受到直观信息，能帮助学生理解微粒运动，更准确地将化学现象抽象为物质化学运动实质，减轻了学生思维负担。但化学实验教学情景更能培养学生的思维能力。因此为帮助学生认识原电池工作时微观粒子（主要是电子和溶液中的离子）的运动状况，教师可采取先做实验，从实验现象出发，引导学生思考，例如，在单液Zn—Cu原电池中为什么Cu电极上产生了气泡而Zn电极反而很少产生气泡或者不产生？通过提问引导学生思考。在学生形形色色的回答后，已加深了学生对信息的深层次加工，再展示多媒体课件。在多媒体课件中学生可以清晰地看到电子和离子的传递过程，再配合教师的讲解，学生便可在原有知识的基础上建构新知识。在这个过程中，既让学生观察到原电池反应的实验现象，引发兴趣，又通过提问培养了学生的思维能力，还借助多媒体培养学生对微观粒子运动的想象能力，可谓一举多得。对电极与电流方向判定，应向学生强调2点：一是回顾电流方向与电子流动方向相反的规定；二是将金属活动性顺序转化为得失电子强弱，进而转化为谁强谁失电子，谁弱电子向谁流的电子流动方向，加上电极和电流方向的规定，引领学生理解一些具体的判断正负极的基本知识。
另外，原电池工作原理中还涉及到电极方程式的书写。电极方程式的书写是规则学习，规则学习的重要条件是教师通过言语指导和例题演示提供完整的步骤，前2个部分如果学生都学好了，这些内容就简单了。规则教给学生后，只有通过适当的练习才能加以巩固，并且练习完后，教师应给予适时反馈，使学生获得即时强化。
参考文献
皮连生等.教学设计原理，上海：华东师范大学出版社，1999：35
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