高中化学“化学能与电能”的项目式教学—设计不同类型的化学电源

高中化学“化学能与电能”的项目式教
学
（1.石家庄市第十五中学石家庄 050000；2.石家庄市第十五中学石家庄050000）
摘要以“设计不同类型的化学电源”为项目主题，开展高中化学“化学能
与电能”的教学。

学生通过完成设计不同类型电池的任务，形成原电池认知模型，增强将化学科技成果应用于生产、生活的意识，培养创新精神和社会责任感。

将
生涯规划理念与课堂教学进行有机的融合渗透，激发学习立志科技报国的意识。

关键词化学能电能原电池认知模型创新意识生涯规划
1 项目主题分析
“化学能与电能”是高中化学的重点内容，“化学电源”的实践性和应用性
很强，锌锰电池、铅酸电池、锂离子电池、燃料电池等化学电源与人类日常生活
的联系日益密切。

根据“教育即生活”的教学理念[1], 我们利用“化学电源”课
堂教学与日常生活的结合点,引导学生设计不同类型的电池，关注研发与化学有
关的新型电池，以解决人类面临的能源要求的社会问题，增强学生将化学科技成
果应用于生产、生活的意识，培养学生的社会责任感[2]。

本项目教学在教材内容
的基础上拓展了生涯规划的内容[3]，介绍新型电池的前沿开发情况和与电池研发
相关的大学专业，课后撰写“电池的发展现状及发展愿景”的调查报告。

由此，
提升学生对祖国科技发展的自豪感和使命感，使学生树立研发新型化学电源的远
大志向。

2 项目教学目标
（1）通过设计一款电流计能检测到电流的简单电池，构建原电池认知模型。

（2）通过设计一款简单燃料电池，加强原电池工作原理的理解。

（3）通过设计一款理想电池，提高环保意识和创新意识。

（4）通过了解中国电池发展动态和化学电源相关的大学专业，提高民族自
豪感和社会责任意识，树立理想，为大学专业选择和将来职业选择做准备。

3 项目任务实施过程及学生学习成果
3.1任务1：设计一款电流计能检测到电流的简单电池，构建原电池认知模
型
学生阅读教师提供的“电池”学习材料：锌片、铜片、铝片、碳棒、两根带
夹子的导线、西红柿、苹果、盛有氢氧化钠溶液的烧杯、浸有氢氧化钠溶液的滤纸、灵敏电流计，分小组拆解双鹿干电池，利用教师提供的材料设计简单电池并
用电流计检验有电流产生。

3.2任务2：设计一款简单燃料电池，加强原电池工作原理的理解
学生分小组准备好器材，动手实验，用两节五号电池串联做电源，石墨棒做
电极，氢氧化钠溶液做电解液，连接好电解装置两个电极上分别产生氢气氧气，
然后将连接两个电极的导线从电池两端拿下来，接上灵敏电流计，发现电流计指
针发生了偏转；再将连接两个电极的导线接上音乐贺卡的音乐部件，能响起祝贺
生日的乐曲。

两者均能说明电解水产生的氢气和氧气，可以与两个石墨棒和电解
质溶液形成闭合回路产生电流，验证了氢氧燃料电池的工作原理。

接下来师生分
析电解水时两个电极的反应和氢氧燃料电池放电时的两个电极反应，知道原电池
中不一定是活泼金属作负极，加强原电池工作原理认知模型[4]的理解。

3.3任务3：设计一款理想电池，提高环保意识和创新意识
学生设计了两款电池，电池设计者介绍设计的电池所用材料和设计理念。

第
一款创意电池（图1）为铝制易拉罐里用铅笔刨花固定中间部位的一个石墨棒，
铅笔刨花上喷洒饱和食盐水，材料均为生活中的物品，设计理念是可以废物利用。

第二款创意电池（图2）只是电池设计构想，太阳光光催化分解水得到氢气和氧
气做氢氧燃料电池的燃料，设计理念是利用丰富的太阳能使水分解为无污染的绿
色能源氢气。

之后师生总结理想电池的特点为：体积小、质量轻、电量足，污染小，原料可再生等等。

图1 学生设计的第一款创意电
池图2 学生设计的第二款创
意电池
3.4任务4：展望电池前沿发展，了解相关专业
通过视频展示燃料电池的发展前景，学生被浙江大学高分子科学与工程学系
高超团队研制出的石墨烯-铝电池能通过短短的 1.1秒为手机充电完成深深震撼。

教师抓住学生被科技吸引的时机介绍一些有关高分子材料与工程学专业和环境工
程专业的情况，播放《专业密码——高分子材料与工程》，了解相关的大学和专
业就业以及研发情况。

教师借此鼓励学生以后可以研发新材料用于研制新型化学
电源解决人类日益增长的对能源的需求，激发学生高中学习的热情，在心中埋下
日后为科学技术发展贡献自己力量的种子。

学生完成生涯规划调查表，全部学生
表现出很喜欢课上结合生涯规划的内容，有近10%的学生表示对与化学电源相关
专业感兴趣，约4%的学生明确想报考此类专业并从事相关的职业。

3.5任务5：布置课后作业
以“电池的发展现状及发展愿景”为题写一篇调查报告。

设计的目的是注重
课堂知识的落实，能力提升的同时不忘家国情怀。

4 项目教学反思及改进建议
4.1教学反思
将核心素养落实在教育行动过程中，最终转化为学生的内在品质，课程教育
是培养学生的根本途径[5]。

本节课以化学学科核心素养为设计理念，在学习过程
中落实了以下几点。

通过设计几种不同类型的电池，构建原电池模型，充分调动学生参与探究电
化学理论的意识，锻炼学生实验探究和动手的能力。

通过设计简单燃料电池，用简单器材电解水产生少量氢气和氧气，再利用制
得的氢气和氧气验证燃料电池能产生电流，加强原电池工作原理的理解。

通过了解中国电池发展动态，感悟研制新型电池的重要性提高创新意识，增
强民族自信心和社会责任意识。

了解和化学电源相关的大学专业，树立理想，明
确学习方向，为大学专业选择和将来职业选择做准备。

4.2改进建议
课堂上多给学生准备一些材料，探究不同水果、电极插入不同深度，不同电极、不同浓度的电解液，对电流大小的影响，有条件的学校还可以利用手持传感
技术增加实验效果，进一步加强探究实验中控制变量的思想。

课前通过网络对废旧电池的处理方式进行调查，筛选后形成文字或视频资料，课上呈现给学生，这样更利于培养环保意识和提高社会责任感。

【参考文献】
[1]唐安平，周智华，徐国荣等.《化学电源》课堂教学与实践教学相结合教
学模式的探索[J].教育教学论坛,2018(36):141-142.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人
民教育出版社,2018.
[3]洪向阳.10天谋定好前途[M].上海:上海大学出版社,2014:2(2018.5重印)
[4]杨玉琴，倪娟.证据推理与模型认知：内涵解析及实践策略[J].化学教
育,2019,40(23):23-29.
[5]朱志江.基层视角:化学学科核心素养与课堂教学变革——基于区域骨干教师研训活动的认识和探讨[J].中学化学教学参考,2019(07):4-7.。