基于学科大概念的教学设计研究　　

　　一、教学主题内容分析

　　教学主题内容分析是进行教学研究的基础工作。首先，通过课标分析，整合、重构教材内容，构建知识层面的系统化结构。其次，通过主题的学科理解研究，明确认识视角和认识思路，抽提大概念。

　　（一）整合教学内容，形成结构化认知图示

　　“电化学主题”单元位于人民教育出版社《普通高中教科书·化学》“必修二”的第二章第二节，及“选择性必修1·化学反应原理”的第四章。

　　电化学主题主要包括电池原理、电池应用、电化学防护三方面内容。电池原理部分是以电化学装置为基础，探讨其化学原理；电池应用部分包括化学电源、电解等在促进社会发展中的作用；电化学防护是基于金属腐蚀原理探讨电化学防护法。教学内容结构化如图1所示。

　　从图1可以看出，本主题的教学内容主要包括电化学原理、电池的表征和电池的应用、电化学防护，教学内容凸显变化观念和社会责任素养。

　　

　　（二）学科理解视角下的大概念提取

　　教师应注重基于大概念来组织单元教学内容，发挥大概念的统摄作用。[1]42电化学知识主要通过向学生提出学科本原性问题，促进学生对知识的深入理解，达到知识本质。化学反应过程中为什么有能量变化？什么化学反应类型才能发生电子迁移？如何实现化学能向电能的转化？如何实现电能向化学能的转化？在化学能与电能相互转化过程中遵循哪些规律？这些问题有助于学生实现电化学知识的深度学习和理解。

　　化学变化的本质特征是有新物质生成，并伴有能量转化。[1]4因此，认识化学反应可以从物质和能量两个视角展开。物质视角主要包括物质性质和物质转化两个方面，物质性质方面是从物质得失电子能力看，即其能够自发进行氧化还原反应，物质转化方面主要从反应类型看，即通过电子得失有新物质生成。“做功”和“热传递”是能量交换的两种基本方式，能量驱动和引发化学反应，能量视角看主要指能量转化方向。

　　基于上述分析，物质和能量是学习电化学知识的两个重要视角，进一步抽提出学科大概念是“化学能与电能的相互转化”。从能量转化看，大概念下包括“能量转化原理”和“能量转化应用”两个次级概念。

　　二、教学目标确立

　　综合课程标准、教材内容编排及学科大概念，提出教学目标如下：

　　1.通过分析氯碱工业工艺中物料传输及转化关系，了解原电池和电解池的工作原理，掌握电极方程式的书写规则。

　　2.通过分析金属腐蚀案例，基于原电池工作原理认识电化学腐蚀类型和电化学防护措施，感受电化学知识的价值，进一步增强应用化学知识解决实际问题的能力。

　　3.通过分析钠、铜等金属冶炼原理，基于电解池工作原理认识电解在生产生活实际中的价值。

　　4.通过分析锌—空气电池工作流程，基于化学能与电能双向转化原理，感受化学在推动人类社会发展中发挥的巨大作用。

　　三、教学思路设计

　　教学思路是落实教学目标的基本路径，基于学科大概念的教学思路如表1所示。

　　四、教学过程设计

　　（一）分析氯碱工艺，掌握电化学工作原理

　　【学习资料1】氢氧化钠和氯气是重要的化工原料。习惯上把电解饱和食盐水的工业生产称为氯碱工业。氯碱工业是高耗能产业，是一种把电解池和燃料电池相结合的工业，节能可超过30%，其原理如图2所示。

　　

　　

　　驱动问题1：图2中哪一个是电解池？哪一个是燃料电池？判断的依据是什么？

　　学生活动：分析图2，从原材料视角分析、判断电池类型，并从能量转化角度验证判断是否正确。

　　追问：根据驱动问题1的回答，原电池和电解池装置有哪些异同呢？

　　学生活动：结合氯碱工业原理图，归纳原电池和电解池装置的异同点。

　　驱动问题2：X、Y分别是什么物质？请分别判断m、n及a、b的大小关系，分别写出燃料电池和电解池的电极反应方程式和总方程式。

　　学生活动：根据电池类型、原材料转化等判断未知物质，并写出电极反应方程式。

　　【设计意图】培养学生从原材料转化视角判断电池类型，并能根据电池类型判断物质名称和浓度的大小关系。通过书写电极反应方程式，掌握电极方程式的书写规则，培养学生从反应视角认识化学能与电能之间的转化关系，掌握原电池和电解池的基本原理。

　　（二）分析金属腐蚀案例，了解电化学腐蚀类型及防护措施

　　【学习资料2】在潮湿空气中，铁门、铁栅栏等容易生锈。海港、码头的铁制品和轮船等长时间浸泡在海水中也容易被腐蚀。

　　驱动问题3：铁制品在潮湿空气中和在海水中均易被腐蚀，你知道为什么吗？

　　学生活动：从内因和外因两方面分析，即铁制品的组成和外界环境两个角度。一方面铁制品主要由铁原子和碳原子构成，形成电极。另一方面外界环境的构成及溶液酸碱性等导致发生电化学腐蚀的类型存在差异。