基于三重表征的高三电化学原理复习

陈瑶

摘要：基于高三学生电化学原理分析应用的困难，特别是电极反应式书写的困难，高三复习课用可视化图形概括知识网络、用动态视觉手段模拟实验原理和用新情境习题设置难点梯度来帮助学生把三重表征有机地联结起来，完成知识与技能的再次内化，进行化学知识的意义建构。

关键词：三重表征；电化学原理；电极反应

文章编号：1008-0546（2017）08-0046-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.08.017

在复习高三电化学原理的进程中，发现学生存在以下困难：不能熟练判断、分析新型燃料电池装置模型图中的电极、产物、微粒移动方向，不能正确书写电极反应式和总方程式。

分析原因，主要是三方面造成的：（1）原电池、电解池中离子的移动，电子的流动抽象且不可视，学生往往死记硬背，难以理解微观表征；（2）新型燃料电池或二次电池的装置分析，需要有较高的获取、分析和处理新信息的能力，将概念深化，学生在综合分析过程中调用电化学原理所需知识较为艰涩；（3）学生书写电极反应式的能力弱，难以将已学的表征转化为新的表征。

化学学科的内容特点决定了化学学习中存在着三重表征：宏观表征、微观表征和符号表征。[1]从宏观—微观—符号水平进行教学，即化学三重表征教学，促使学生形成化学学科特有的思维方式，引导学生进行化学知识的意义建构。在高三电化学原理的复习课教学中，联系三重表征，引导学生巩固内部联系的探究，进行不同表征间转换的训练，有利于促进概念深化和新情景中的问题解决。

一、用可视化图形概括知识网络，加强概念间联系

首先辨析化学2、化学反应原理课本中几种装置图，从装置特点、反应类型、能量关系、电极等角度对原电池和电解池原理进行对比。

接着，例举几种工业生产中常见的电化学应用原理的装置图，宏观现象与微观分析结合，加强应用性探究，多变的角度拓展了思维的宽度、深度与活度。

随后，请学生自己绘制双液电池、燃料电池、二次电池等的示意图并连接构成闭合回路，概括总结原电池、电解池的基本原理。例如学生在教师指导下绘制如下图示。

通过三个步骤的回顾总结，从可视化的图示的角度对知识网络进行概括，简化概念间联系，辨析相似知识的干扰点，学生实现知识的加深理解和系统化整理，起到方法指导的作用。学生进行自我反思、总结，实现由原有的错误或零碎的知识观念向完整科学观念转变的过程，构建知识间多层次、多角度的联系，有效地帮助学生完成三重表征之间的转化。

二、用动态视觉手段模拟实验原理，化解微观理解难题

原电池电解池中电子流动方向、微粒在电极上得失电子的变化是肉眼看不见的，如果学生不具备微观构想能力， 不能把电化学原理结合新情景灵活应用，就很难将宏观现象与微观本质联系起来[2]，新型电池的分析就成为困难。鉴于此，我们需要设计一系列动态教学手段，吸引学生感官，让学生体验，从而解决微观分析的难题。

例如利用仿真实验室，动态模拟电化学原理，表示出电极上电子的得失，电子在导线中的流动情况，来增强微观世界的可视化和宏观描述的标准化。学生借助微观世界的“眼睛”观察到了抽象的过程，把宏观现象跟微粒运动联系起来，此时，教师引导学生用电化学的符号语言把电极反应规范化地表示出来，深化学生对原理的认识。同时，搜集新型电池的视频素材，特别是与时代步伐紧密结合的新型电池，例如丰田未来的燃料电池汽车氢能技术如何工作的视频，特别能引发学生的兴趣，探究真实情境中的电化学原理的分析和应用。

高三复习课时间紧张，为增强课堂的趣味性和激发学生学習的持久性，可以选择操作简单、效果明显，与生活联系紧密的原电池或电解池小实验，来加强观察体验。例如可乐易拉罐用砂纸把内壁的镀膜打掉，内层是铁，做负极，多芯的细铜丝做正极，可乐做电解液，可以看到连接的电流表指针明显偏转；为增强视觉效果，可以串联几个这样的电池，连接的发光二极管可以长时间保持明亮。铜片、锌片和土豆做的电池，单个电压可以达到0.89伏， 用4节土豆电池串联，可以让一个音乐卡的语音芯片唱“生日快乐”歌。 此外，双液电池中琼脂可以用棉线、餐巾纸代替做实验，效果也非常好。

三、用新情境习题设置难点梯度，促进三重表征相互转化

作为高三复习课，提高信息素养，破解实际解题瓶颈成为电化学原理复习成败的关键。因此，在可视化图形概括知识网络、动态视觉手段模拟实验原理基础上，需要汇集整理相似相异典型例题，梯度推进难点。

首先以2015年江苏高考第10题的B、C、D三个选项入手，通过观察熔融碳酸盐燃料电池装置图定性判断离子移动方向、正负电极反应及反应式的书写。

1. （2015·江苏10）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是

随后，以2016年江苏高考第20题（1）铁炭混合物在水溶液中形成的原电池电极反应式书写、2011年江苏高考第20题（4）电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢的电解池电极反应式书写作对比，提高电化学原理的符号表征能力。

2.（2016·江苏20）铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72-的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72-转化为Cr3+，其电极反应式为 。

3.（2011·江苏20）（4）电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢的装置示意图见下图（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。电解时，阳极的电极反应式为 。

最后，以与Cu2O有关的电解池中物质变化的反应链圈图为例，锻炼学生图示信息提取能力，活用电化学反应原理知识，书写电极反应式。

4. 氧化亚铜可用作杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂、红色玻璃染色剂等。（1）用铜作阳极，钛片作阴极，电解一定浓度的NaCl和NaOH的混合溶液可得到Cu2O，阳极及其溶液中有关转化如图所示，阴极的电极反应式为 。

通过上述典型习题的训练，提高学生对宏观现象、微观本质以及化学符号三者之间联系、分析以及进行转化的意识和能力；在每道例题的分析解答过程中，注意教师示范、学生示范、师生、生生之间的交流，使思维过程显性化、可视化，即加强电化学原理中三重表征应用学习的范式化。经过相似相异例题辨析、预设难点的突破，新情境中信息提取、综合分析的训练，帮助学生把三重表征有机地联结起来，完成知识与技能的再次内化，进行化学知识的意义建构。

参考文献

[1] 张丙香，毕华林.中学生化学反应三重表征的困难及原因分析[J].课程与教学，2013：67-71

[2] 刘琳琳，杨天林.化学三重表征在复习课上的应用[J].教育教学论坛，2016（8）：35