【摘要】立足化学学科核心素养，基于智慧课堂理念设计原电池，充分发挥学生自主性、能动性，提高课堂效益。
【关键字】智慧课堂，核心素养，原电池，模型
1、教学设计理念
王磊教授对化学学科核心素养强调问题驱动、认识角度、实验观察和启迪思维的教学策略，通过推理过程和认识路径，引导学生预测性质、设计方案、解释概括等，让学生形成自觉、主动、合理的知识建构。[1]
智慧课堂是利用多媒体、互联网技术实现教学资源、信息资源和智力资源的共享和传播，形成一种开放、高效的教学模式，借助视频、平板电脑、PPT等信息技术手段，支持和帮助学生完成自主学习和合作学习，通过信息技术手段最大限度地提高教学效果。
知识反映的主体思维方法的价值是以恰当的策略表现出来，与学生现有思维有效地联系，使学生能够建构自己对知识背后思维方法的理解，形成自己的理解观念。[2]原电池的教学设计体现以学生为主体，立足化学学科核心素养，借助“信息技术”等有效教学策略和教学方法将高中化学这个核心内容落实到位。
2、教材分析
原电池是高中化学教学的重要内容之一，是培养学生运用化学知识解决实际问题的良好素材，是高考必考的重点和难点，是能量相互转化的延伸，是氧化还原反应的拓展应用，是金属的腐蚀和防护的基础，是复杂电源的原理简化模型，为电解池的研究作铺垫。
3、学情分析
学生在必修1中已经学习了氧化还原反应，明确氧化反应和还原反应是同时发生的，同时初步认识化学能与热能是可以相互转化，并懂得电解质在溶液或熔融状态下可以导电等基础知识，从能量转化、物质反应、微粒运动等角度为学习原电池奠定了基础。
4、学习目标及重难点
（1）从宏观现象到微观分析，理解原电池反应的本质是氧化还原反应。
（2）通过单液原电池，从装置要素和原理要素角度建构“原电池思维模型”，利用模型进一步掌握双液原电池的工作原理，并能设计简单的原电池。
（3）通过课前推送论文的学习，培养学生用发展的眼光看问题和分析问题的能力，树立正确的社会价值观。
（4）教学重点：原电池反应的本质和建构“原电池思维模型”。
（5）教学难点：书写电极反应式。
5、教学过程
5.1课前推送：通过平板电脑推送下列材料
（1）论文《基于化学史实组织教学促进学生科学素养发展—以学生深度学习原电池原理为例》。[3]
（2）同学代表参加化学实验100秒——制作《小小原电池》视频。
（3）单液电池（Zn—Cu—CuSO4）视频和双液电池（Zn—ZnSO4—Cu—CuSO4）视频。
【设计意图】论文阐述了从伏打电堆、干电池、燃料电池、锂电池的发展历程，了解盐桥的作用，深刻领会学习化学的意义，培养运用学习的化学知识和方法解决生活问题，启发学生思维，拓展学生视野，增强学生阅读自学能力。《小小原电池》是同班同学参加广州化学实验100秒的作品，选择它作为本节课的素材可以给学生亲切感，激发学生的自豪感。通过课前推送，大大节约上课时间，学生可以用自己的平板安静地观看视频，仔细地观察现象，认真地思考问题，提高学习效率。
5.2课堂实录
环节一：图片对比，有效导入新课
【教师】通过阅读论文《基于化学史实组织教学促进学生科学素养发展——以学生深度学习原电池原理为例》你收获到什么？请列举两点谈谈你的想法。
【学生】原来H2和O2可以不点燃也能反应，太神奇了；天天拿在手里的神秘锂电池工作原理居然这么简单；可以了解化学电源的发展过程；运用所学的化学知识解决化学问题；学习到科学家刻苦专研的精神品质等。
【教师】产生电流的原因是什么？请同学们观察图片，从电流表指针偏转分析这两种装置有什么共同点？
【学生】带点粒子的定向移动产生了电流。即带负电的电子和溶液中带电荷的阴阳离子。电流表指针发生了偏转，说明产生了电流。
【设计意图】通过PPT将三张图片并列对比，直观地找到三者共性的地方，对课前阅读论文关于H2和O2可以不点燃也能反应有了进一步的认识，从而归纳出原电池是化学能转化为电能的装置。
环节二：立体动画，建立原电池原理模型
【教师】通过平板“实物展台”同屏【演示实验】：Zn—Cu—CuSO4溶液原电池，播放flash理解和分析原电池的工作原理。
【学生】认真观看同学【演示实验】，记录现象。
现象：电流表指针： 偏转 ；负极： 溶解 ；正极： 有红棕色固体析出 。
原理： 有电流产生 ； Zn—2e—=Zn2+ ； Cu2++2e—=Cu 。
【设计意图】学生动手演示实验可以很好地锻炼学生的动手操作能力，平板“实物展台”比传统的展台更立体，让学生近距离地更直观、更清晰观察到实验现象。老师通过平板翻看学生填写的实验现象，利用提交数据对做得快、做得好的学生口头表扬，对做得慢、不怎么好的学生口头提醒，将代表性答案“加入点评”，特别是对锌片溶解有比较大的困惑，老师利用平板乘机播放提前剪切好的关于Zn—Cu—CuSO4溶液装置初始及两天变化的视频，同学们清晰看到锌片变短了，不跟溶液接触，电流表指针为零，而且溶液变为无色，让同学们对锌片溶解有了高位认识。flash又让学生真切实意地看到外电路电子在导线上移动，而溶液中是阴阳离子在定向移动，从而深刻掌握原电池的工作原理。最后从装置要素和原理要素建构“原电池思维模型”。
环节三：交流碰撞，巩固原电池原理模型
【教师】从原电池装置的构成要素上思考，预测提供的装置能形成电流吗？缺少了装置要素中的哪一个？若要产生电流，你有什么方法。平板讨论交流。
【学生】不能产生电流，因为两个溶液没有连起来，离子导体之间没有构成闭合回路。可以用浸泡过氯化钠溶液的棉条连起来；用浸泡硝酸钾溶液的滤纸连起来；架一个盐桥等。
【设计意图】有些同学借助“原电池思维模型”可以很快得出结论，但有些同学因为受两个烧杯的影响而无法准确地思考。通过平板讨论，可以大范围地在全班同学之间互动交流，碰撞思维。
环节四：数据分析，应用原电池原理模型
【教师】限时完成检测题，同学们通过平板输入答案。
1、下列反应不能设计成原电池的是（ D ）
A.Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ B.2O2+CH4=CO2+2H2O
C.Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O D.HCl+NaOH=NaCl+H2O
2、反应Cu+2Ag+= Cu2++2Ag能否设计为原电池？如果能，请在“原电池思维模型”相应位置上填空，并画出实验装置图。
【设计意图】检测同学们对原电池原理的掌握情况。通过平板分析报告可知，在限定的时间范围内全班47人题1有45人答对，题2在限时5分钟内全部同学都能通过拍照将答案上传，最快的学生3分钟就能完成，在“原电池思维模型”中填写的答案全班47人都正确，画出的装置图中有一半同学画单液，一半同学画双液，但盐桥的选择却有三分之一是KCl。利用平板提高的大数据，可以方便快速了解学生答题情况，为老师准确定位教学提供很大帮助，同时为辅导后进生提供了依据。
6、教学反思与启示
（1）智慧课堂冲击了传统的学科教学模式，在空间和时间上拓展了学科教学，凸显了资源、共享、合作和主体性。
（2）课前推送的论文由于篇幅较大，字数较多，在课堂中完成阅读并提取有效信息难度较大，在课前通过平板推送可以节省课堂时间，让学生课余像读故事那样细细品读，了解化学电源发展的来龙去脉，领悟科学研究的发展历程，学习科学家们拼搏专研的敬业精神，体会“学知识”到“用知识”的化学学科素养的能力转变。
（3）将看不见摸不着的电子、离子通过flash形象生动地呈现，将易错易混淆的电子离子移动方向牢牢记住，通过观看准确掌握电子在导线上移动，离子在溶液中移动。
（4）借助视频播放准确把握实验现象。锌片的溶解在短期内是很难观察清楚，但通过视频的剪切和拼凑可以将短期和一段时间进行迅速过渡，从而及时了解其变化过程。如果是Zn—Cu—H2SO4溶液装置，因为实验室提供的锌片不纯，学生动手实验会出现不管锌片是用导线连接还是不连接都会有气泡的情况，会干扰学生对锌片现象的准确描述，但通过精练后的视频避会免此种现象造成的误会。
（5）通过平板的质量分析报告，进行大数据优化分析，准确了解学生对知识点的掌握情况，快速聚焦学生的经典问题，教师准确定位教学内容，及时性、针对性强。学生也可通过平板了解到其他同学的做题情况，借鉴他人，碰撞思维，增强竞争。
（6）本节课通过概括关联原电池的构成要素、论证原电池的工作原理、分析解释产生电流的原因、预测双液电池是否能形成原电池、设计简单原电池等任务驱动，从课堂检测情况可以反映出本节课取得了较好的教学效果，紧密联系生产生活实际，帮助学生体会物质性质及其变化在促进社会可持续发展方面的应用，发展学生的辩证思维，培养 “科学精神与社会责任”的素养。
【参考文献】
[1]王磊等.学科能力构成及其表现研究[J],教育研究,2016,(9),83-92.
[2]何森彪,吴文中.基于化学史实组织教学促进学生科学素养发展—以学生深度学习原电池原理为例[J],化学教与学,2017,(4):36-39.
[3]阎芬,于少华,王磊.中学化学教学中促进学生认识发展的问题设置有效性研究——以“基于代表物学习铁及其化合物的性质”为例[J].化学教育,2015,36,(13),32-35.
基金项目：本文系广州市教育科学规划2016年度立项课题““一核四驱”模式下非中心城区高中学校品牌建设的研究”（课题编号：1201545066）阶段性研究成果，系增城区教育科学“十三五”规划2020年度立项课题“基于“素养为本”的智慧课堂教学模式的构建与实践研究”（课题编号：zc2020072）阶段性研究成果。