用玩具车玩转原电池，让课堂实验更加灵动—— 以“揭秘原电池”为例

◎ 姚 澄

在新一轮的高考改革背景下，基础教育学科教学的终极目标是立德树人，促进学生学科核心素养的形成。以学科核心素养培养为主旨的学科教学方式，应该从单一向多样化发展，从以“教”为主向以“学”为主发展；从只重视文本知识的传授、灌输转向重视学生学习活动的设计组织和指导。[1]如何推进教学的转型，从哪里作为推进的起点呢？可以说，实验是化学最大的魅力和突破口。高中阶段是学生对化学实验好奇感最强的阶段。怎样使学生对实验感到既“好（hˇo）”玩，又“好（hào）”玩？笔者选取沪科版化学高一第一学期第四章第二节“化学变化中的能量变化”的最后一部分“铜锌原电池及其原理”作为教学内容，以玩具车为载体，引导学生通过实验对原电池的工作原理进行自主探索和揭秘。

一、让实验变“好玩”的设计思路

“原电池”是高中化学学科体系的核心知识之一，它的教学是氧化还原反应理论的延伸与应用，也是后续电化学知识的基础；既涉及学科交叉，又与生活实际联系密切，是渗透学科观念、提升关键能力和培养科学精神的好素材。如何把这个素材变得更生动，让学生从被动“学会”转变为主动的“会学”？朱熹在品论《中庸》时说：“善读者玩索而有得焉，则终身受用之，有不能尽者矣。”他认为，善于学习的人就是在边玩边探索的过程中“有所得”的，并且这样的学习过程使人受益终生。笔者由此想到能否借用玩具车“玩”转原电池？通过“一滴管神秘液体让玩具车跑动起来”激起学生“玩”的兴致和欲望，引发学生自主提问；再根据这些问题有针对性地开展各种实验探究活动，引导学生在实验中细致观察，准确描述，分析归纳。通过学生的自主探索发现铜锌原电池的工作原理，形成原电池的概念，最终能够自行设计新的原电池让玩具车再次跑动起来。从疑问重重→抽丝剥茧→拨云见日→创新设计，围绕玩具车跑动的实验设计不仅贴近生活，让学生感受到化学变化中能量转化的独特魅力和应用价值，更借助实验促使学生经历了一次自主探索发现的学习之旅。

二、“好玩”实验的设计意图

实验一：让玩具车跑起来。

【引入】玩具车是很多同学小时候的最爱。今天这节课我们就从一辆玩具小车开始。每个小组都有一辆玩具车，怎么让它自己跑动起来呢？请对准小车尾部蓝色盒子的孔洞，加1滴管神秘液体。

【学生实验1】实验、观察现象并记录。

【提问】玩具车跑动，说明有能量产生。能量来自玩具车的哪个部分？提供的是哪种能量？

【学生猜测】蓝色盒子。可能是电能。

【教师演示实验】用电流计和导线连接蓝色盒子。

【学生观察】电流计指针偏转。

【讲解】这样一个能够形成电流的蓝色盒子，可以作为提供电能的电源。今天我们就一起来揭秘这一类最原始的电源——原电池。

【设计意图】用跑动的玩具车和电流计指针的偏转激起学生“玩”的兴致与欲望，促使他们自觉主动地融入学习情境中，同时引出了本节课的课题。

实验二：拆一拆，电池里面有什么？

【学生实验2】拆开电池，观察内部结构，记录后再将电池复原。

【学生讨论后回答】描述电池的内部结构，并提出自己的猜想和疑问。

【讲解】接下来我们就这些问题来进行一一揭秘。滴加的神秘液体是稀硫酸。银白色金属是锌片。电池由铜片、锌片和浸有硫酸的无纺布组成。

【设计意图】拆开电池，顺应了学生的好奇心；对电池内部结构的描述和将电池复原的要求，旨在引导学生学习从不同角度观察研究物质；鼓励学生提出自己的观点和疑问，则是培养学生探究和质疑的精神。学生发表的观点是基于自身的经验和已有的知识，提出的疑问是本节课需要探索的问题，如此设计是引导学生在“玩”中透过现象求索本质。

实验三：找一找，电流是从哪里来？

【讲解】这个电池比较小，不便于实验室研究，我给大家提供实验室里已有的大号铜片、锌片和方形的小水槽，请同学们把这个小电池变得更大一些。

【学生讨论】画出装置图。

【设计意图】装置的转换不仅是考察学生在前一实验中对玩具车电池中各物件位置关系观察的细致程度，也暗含了学生对原电池装置的初步理解，同时在学生“玩”到“山穷水尽疑无路”时，通过点拨，发现“柳暗花明又一村”。为接下来运用该模型解释、推测锌片、铜片上的现象和电流的产生埋下伏笔。

【提问】这个装置中会出现什么现象？为什么？

【学生回答】锌片上有气泡，铜片上没有。Zn + H2SO4→ ZnSO4+ H2↑。铜不活泼，不能与稀硫酸反应产生气泡。

【提问】反应中有电子转移吗？标出电子转移的方向和数目。有电流吗？为什么？

【学生回答】有，电子由锌转移到硫酸中的H+。H+在锌上得到电子，有电子的转移，但在同一地点，所以电子没有流动，没有形成电流。

【学生讨论后并进行实验3】对照玩具车中电池的连接，请同学们在原先设计的装置图上补充连接导线和电流计，完成装置图后再进行实验。记录现象。

【学生解释实验现象】铜片上有气泡，说明电子通过导线流动到铜片上，H+在铜片上得电子生成H2。电流计指针偏转说明导线中有电流产生。

【追问】（1）电子从哪里来？（2）如果没有铜能否产生电流？（3）铜片有什么作用？

【学生回答】（1）锌和硫酸反应是一个氧化还原反应，锌失去电子，作还原剂，H+得到电子生成H2，作氧化剂。锌、铜通过导线相连接后，电子从导线中流过，电子定向移动形成电流。

（2）不能，H+在锌上得到电子，得失电子在同一地点，电子有转移，但没有流动。

（3）铜片没有发生反应，仅作为导体传递电子。

【追问】铜片是不是也可以用其他能导电的物质比如铁片、石墨代替？

【学生回答】可以。

【提问】要使电子定向移动形成电流，需要满足什么条件？

【学生小结】必须发生氧化还原反应，还需要将失电子和得电子分开在两个不同的区域（铜、锌电极）进行。

【讲解】有了这个自发发生的氧化还原反应，借助原电池这样的装置，就可以把反应产生的能量转化为电能。

【设计意图】学生对于锌片放在稀硫酸中会产生气泡，而铜片不与稀硫酸反应的原理是明确的。然而当用导线将锌片和铜片连接后，铜片上却有气泡产生。气泡产生位置的变换引发了学生的认知冲突，引发学生的深层思考，促使学生依据宏观现象对微观变化进行逻辑推理和验证。在“玩”中拓展了思路，提升了从不同维度认识物质变化的能力。

实验四：想一想，电池中的正负极在哪里？

【设问】电子是从锌片流到铜片上的。物理课上我们知道，电流的方向是从电源正极经导线流向电源的负极，电子流动的方向正好相反，所以锌作负极、铜为正极。从刚才的实验中我们发现电流计指针也是偏向铜（正极）的，说明电流计指针偏转的方向和导线中电子流动的方向是一致的。

【小结】判断Cu-Zn原电池的正负极我们可以从以下几个角度：负极——电子流出的电极（由电流计指针偏转的方向可知）、失电子，所以发生氧化反应，在氧化还原反应中应该是更活泼的金属（还原剂）；正极的情况和负极正好相反。

【设计意图】引导学生选择干电池作参照，在已有经验的基础上，结合实验中电流计指针的偏转方向进行实证推理，并且结合氧化还原反应归纳判断原电池正负极的方法。让学生在“玩”中悟出了方法。

实验五：做一做，让玩具车再次跑起来。

【学生实验4】模拟Cu-Zn原电池，自选材料，设计一个新的原电池，再次让玩具车向前跑动起来，并分析产生电流的原因。

实验用品：电流计（导线）、镁片、石墨片、铜片、NaCl溶液、稀硫酸。

【介绍】形形色色的电池和中国首创的氢燃料电车。

【设计意图】玩具车的第一次跑动是教师提供安装好的铜锌原电池，在课堂的结尾处的创新设计，则是学生本节课对原电池的工作原理“玩索”后“有所得”的体现。当自己设计的原电池让玩具车再次跑动起来后，那种成功的喜悦不言而喻。紧接着介绍生活中形形色色的电池和中国首创的氢燃料电车，不仅让学生再次感受化学变化中能量转化的独特魅力，同时也开拓了视野，了解随着科技的不断发展，原电池的应用价值和广阔前景。

三、“玩”好实验的教学反思

化学是以实验为基础的学科，学生对化学的喜爱也往往源自实验。要让学生不仅想“玩”，而且爱“玩”，就要从学生已有知识和经验出发，想学生所想，想学生所需，充分发挥好化学实验在教学中的功能。以下是笔者的几点思考。

（一）“玩”得有新意

这里的新意可以理解为：熟悉又陌生的实验对象与富有挑战的探索过程。前者能够抓住学生心理，吸引学生去“玩”，后者让“玩”的过程兴奋又刺激。本节课笔者选择的玩具车对学生来说是熟悉的，但是用“一滴管神秘液体”就让它跑动起来的原理却是陌生的，这足以引发学生“玩”下去的欲望。而在接下来的探索过程中教师放手让学生动手实验，动脑思考，动嘴交流，随着思路的打开、思维的碰撞，原电池的层层面纱被揭开。在师生互动、生生互动的过程中学生们始终处于一种积极主动的思维状态，在“玩”中学，在学中悟。

（二）“玩”中有深意

实验中注重化学思想方法的渗透，可使学生解决问题的手段变得更多样、更灵活。因此“玩”的过程中，不应只满足于对教材实验的探究分析，而是可以根据学情对课本实验进行必要的改进、补充和重组。比如对学生已知的实验可以化繁为简，对能够产生认知冲突的实验则化简为繁。本节课的重难点是铜锌原电池的工作原理。教材中提供的有关实验只有两个：一是把锌片和铜片平行地插入盛有稀硫酸溶液的烧杯中，观察现象；二是再用导线把锌片和铜片连接起来，在导线中间接入灵敏电流计，观察锌片、铜片和灵敏电流计发生的变化。本节课中，笔者简化了教材中的实验一，因为学生已经知晓该实验现象，并能给出科学的解释。实验二是引发学生认知冲突的点。围绕这一问题的解决，笔者增加了三个实验：铜锌原电池让玩具车跑动、拆装重组玩具车中的原电池和设计新的原电池让玩具车再次跑动。这看似大费周折的设计，却在不经意间突破难点，让学生在“玩”中观察、思考、推理、模仿、获取知识，更可以潜移默化地受到科学方法、科学态度和科学思想的教育，培养看问题、解决问题的良好的思维习惯，提升学科素养。

（三）让“玩”从课内延伸到课外

课堂上教师引导学生通过“玩”解决学科问题，提升学科素养，但是“玩”的终点不应以一节课的结束而终止。教师适时的拓展可以为学生打开更加广阔的化学世界，将“玩”由课堂延伸到课外。在玩具车跑动的两次实验中，有的同学发现玩具车跑动的速度比较慢，距离或时间比较短，车中的电池携带不方便、使用不安全等……在此基础上笔者简要介绍电池的发展、种类以及我国最新研究的成果——氢燃料电池车。感兴趣的同学还可以根据本节课所学的原电池的原理，研究各种电池的放电原理，或者选择其他的材料或设计各种原电池来测试产生电流大小等。通过“玩”将课堂知识与生活实践紧密结合，激发学生自主去发现、去探索，体验学习的快乐和化学的魅力，笔者认为这才是“发挥实验功能，推进教学转型”的终极目标。