《基于“证据推理与模型认知”的项目式教学设计》-教育论文，小学教育论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于“证据推理与模型认知”的项目式教学设计

范文

张雪清

摘要：在核心素养导向的教学过程中，项目式学习方式即教师提出驱动性问题，布置任务，学生开展实验探究、查阅文献等活动，经过实验、分析、论证，教师引导，概括总结，提炼出结论，在研究过程中使核心素养得到落实。

关键词：项目式学习;核心素养;化学电源

高中化学核心素养分为宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、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五个维度。项目式学习设计是核心素养落实的有效途径之一。在教学中我们把不同的教学内容设计成一个个项目，让学生在完成项目的过程中学会知识、理解知识，并能应用知识解决实际问题。我以《新型化学电源》复习课为例，谈谈在项目式学习中落实“证据推理与模型认知”这一核心素养的教学设计。

一、项目设计背景

电化学是中学化学的学习难点之一，《普通高中化学课程标准（2017版）》针对电化学的内容指出：“认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。了解原电池及常见化学电源的工作原理。”在以往的教学中，原电池的构成要素为：活泼性不同的金属与金属（或非金属）;电解质溶液;形成闭合回路这三要素。在这三要素模型中活泼性不同的电极未能反映原电池的氧化还原本质，且在实际电池中（如氢氧燃料电池）中是不需要的;电解质溶液也有局限性，例如，实用的氢氧燃料电池不需要电解质溶液，用质子交换膜作为离子的通道。因此，将三要素模型修正为电极反应、电极材料、离子导体、电子导体四要素模型，更加能反映原电池工作原理的本质。该模型也适用于电解工作原理，更具有通用性。因此，将原电池原理的复习课设计成一个项目，在完成项目过程中使学生形成“识别模型→优化模型→理解模型→构建模

型→运用模型”的思维进阶，让学生了解化学模型的提出和更新过程，从中更深刻地理解科学的本质，形成实事求是的科学态度，促进学生想象力和逻辑思维能力的发展。

二、项目设计流程

第一阶段激活旧知，识别模型：原电池构成要素分析

以人教版《必修二》第二章实验2-4的铜—锌—硫酸铜溶液原电池实验为切入点，根据实验结论，初步建立原电池形成条件的模型：①活泼金属做负极，不活泼金属（或石墨）做正极;②电解质溶液;③构成闭合回路。教师引导，提出思考：活泼金属一定做负极吗？用实验验证。修正形成条件①。接着提出思考：依据实验过程中的异常现象，怎么优化实验装置？重新设计实验装置。

實验一：初步识别模型

【确定项目】

观看视频（新能源汽车——特斯拉），视频中电池的工作原理是什么？设计基本的原电池装置。

【设计方案】

实验用品：（微型实验）

液体：CuSO4溶液1mol/L

其他：铜棒、锌棒、碳棒、音乐芯片、点滴板、2p头、电压表

【完成项目】

步骤：向点滴板①孔中滴加10滴CuSO4溶液，并将铜棒与锌棒插入点滴板的CuSO4溶液中且铜棒和锌棒不能相互接触，连接音乐芯片和电压表。

现象：可听到美妙的音乐声。（注：如果音乐芯片的正负极接反，则无法发声，由此可用于判断正负极）

【交流展示】

1.化学能转化为电能;2构成原电池的条件：活泼金属做负极，不活泼金属做正极;电解质溶液;形成闭合回路。

【评价改进】

思考1：该电池工作的原理是什么？

思考2：“活泼性不同的金属做电极时，较活泼的金属一定做负极吗”？设计实验加以证明。

实验二：反思结论，修正模型

【确定项目】

解决思考2：活泼金属一定做负极吗？

【设计方案】

实验用品：（微型实验）

液体：NaOH溶液1mol/L、H2SO4溶液1mol/L

其他：镁棒、铝棒、音乐芯片、点滴板、电压表

【完成项目】

步骤一：向点滴板①孔中滴加10滴H2SO4溶液，并将镁棒与铝棒插入点滴板的H2SO4溶液中且镁棒与铝棒不能相互接触，连接音乐芯片和电压表。

现象：铝棒表面有气泡，可听到美妙的音乐声。

步骤二：将H2SO4溶液换成NaOH溶液，重复上述实验。

现象：镁棒表面有气泡，没有音乐声，调两极接线，可听到美妙的音乐声。（注：如果音乐芯片的正负极接反，则无法发声，由此可用于判断正负极）

【交流展示】

化学能转化为电能。由自发进行的氧化还原反应确定该装置电极。

【评价改进】

思考3：铜—锌—硫酸铜溶液构成的原电池，长时间会发现锌的表面有红色物质析出，怎么避免该现象的发生？

实验三：依据模型，改进装置

【确定项目】

解决思考3：铜—锌—硫酸铜溶液构成的原电池，长时间会发现锌的表面有红色物质析出，怎么避免该现象的发生？

【设计方案】

实验用品：

液体：CuSO4溶液1mol/L、ZnSO4溶液1mol/L

其他：铜棒、锌棒、盐桥、音乐芯片、电流表、导线、小烧杯2个

【完成项目】

步骤：向两个小烧杯中分别加入CuSO4溶液、ZnSO4溶液，将铜棒放入CuSO4溶液中，锌棒放入ZnSO4溶液，用导线将音乐芯片连接。将盐桥插入两个烧杯中，形成闭合回路。

实验现象：可听到美妙的音乐声，锌棒表面没有明显变化。

【交流展示】

化学能转化为电能。总结双液电池的优点。

【评价改进】

思考4：构成原电池的电极一定参加反应吗？

第二阶段活动探究，优化模型：从电子导体的角度深度分析模型——燃料电池

从电子导体的角度深度分析原电池的形成条件②，思考4：原电池的电极一定参加反应吗？查阅文献资料（中英文）并总结汇报。在查阅文献资料时，学生要把中文资料和英文资料整理好后讲给大家。在查阅文献中锻炼学生的文件检索能力和学术翻译能力。

【确定项目】

解决思考4：构成原电池的电极一定参加反应吗？查阅文献资料（中英文）并总结汇报。

【设计方案】

实验用品：

液体：Na2SO4溶液1mol/L

其他：小型水电解器、小风扇、变压器、转换接头

【完成项目】

步骤：电解1mol/L硫酸钠溶液，2分钟可获得约10mL氢气和5mL氧气。待气体生成一定量后，连接小风扇。

现象：小风扇可转动约20秒。

【交流展示】

氢气氧气构成氢氧燃料电池，将化学能转化成电能。

【评价改进】

思考5：构成电池的电解质一定是溶液吗？观看视频，查阅文献，了解前沿科技。

整理文献资料并填表：

第三阶段从离子导体的角度深度分析模型——浓差电池

在查阅资料时，对于电池的使用有这样一段描述：电池在无使用情况下，电量自减少或消失现象称自放电，铅酸电池充足电1个月内每昼夜容量降低超3%，称故障性自放电，产生自放电的原因：1.铅酸电池长期存放，硫酸下沉，使极板上、下部产生电位差，引起自放电;2.铅酸电池溢出电解液堆积在电池盖表面，使正、負极形成通路。……如何理解“硫酸下沉，使极板上、下部产生电位差，引起自放电”？实验验证。

【确定项目】

解决思考6：查阅文献（中英文），如何理解浓差电池？

【设计方案】

实验用品：

液体：几种不同浓度的氯化钠溶液

其他：海水淡化—浓差电池联合装置、电压表、电极板两个

【完成项目】

步骤：1.取两种不同浓度的氯化钠溶液，将溶液交替放入联合装置的储液室中;2.联合装置两侧放入相同电极片，连接电压表，测量并记录电压;3.改变电极片在储液室的位置，测量并记录不同位置时的电压;4.保持低浓度氯化钠溶液，将另一浓度调高，重复2、3步骤记录电压。

实验现象：记录电压表数据

【交流展示】

浓度差越大电压越高，测量储液室的间隔越多电压越大，同一储液室时没有电压。

【评价改进】

查阅文献：浓差电池的工作原理及其应用，了解前沿科技。

第四阶段构建原电池的分析模型

根据上面的分析，由学生构建原电池的分析模型：原电池构成的四要素：①电极反应;②电极材料;③离子导体;④电子导体。

第五阶段模型的应用——新型化学电源的未来

思考7：查阅中英文资料，关注新型化学电源的未来发展，整理文献资料，汇报。

在查阅资料过程中，学生会发现，原电池原理在其他学科也有广泛的应用，有的学生写出了在生物方面的应用研究;有的学生写出电化学技术与环境保护方面应用的研究;还有的学生写出了电化学在物理方面应用的研究。

在本项目实施阶段，学生通过大量的实验和查阅相关文献资料，会发现原电池的模型构建同样适合于电解池，在后面的电解池的学习中学生会从模型认知的角度去分析问题，发现新问题并解决新问题。

“以有目的的方式对待儿童，以便激发儿童身上最好的东西，然后尽可能放手让他们自己管理自己”。1918年9月美国教育家威廉·赫德·克伯屈首次明确了项目式学习的思想是让学生通过实际活动去学习，并认为知识只有通过行动才能获得。学生在完成一个个“项目”中，通过不断地提出问题、分析问题、解决问题、反思问题使各种能力得到锻炼，最终形成自己的科学素养。

参考文献：

房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.

编辑杜元元

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