1.2化学能转化位电能——电池教学设计2023-2024学年高二上学期鲁科版2019选择性必修1

选择性必修一第一章第二节
化学能转化为电能-- 电池
一、课标呈现
1．内容标准
进一步了解原电池原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2．学业要求
能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理；能列举说明化学在解决能源危机中的重要作用，能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。

二、教学内容分析
1 . 内容分析
本节课是基于原电池的工作原理和化学电源的知识应用课。

本节课的核心即从冬奥氢燃料汽车引出绿色电池，再进阶到设计氢氧燃料电池并实验，最后优化条件设计高效的氢氧燃料电池。

2 ．素养呈现
能基于原电池装置的认知模型分析陌生的化学电池，通过实验数据来引导学生进行优化, 最后再利用原理解释生活中的现象，从而发展学生“证据推理与模型”、“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养和关键能力。

三、学情分析
1.知识层面：已经掌握原电池工作原理，抓住氧化还原反应是原电池的本质，但仍处于理论的初步学习，尚未学会应用模型。

2.能力层面：能够初步提出问题，处理简单问题，但是思维的严谨性存在不足。

3.心理层面：探究欲望强烈，充满学习自信，但整合信息，多角度分析问题的能力存在不足。

四、教学目标
1. 能根据原电池原理设计氢氧燃料电池。

2. 能根据实验现象优化氢氧燃料电池。

3. 能分析不同介质中正负极方程式。

五、教学方法
实验法、讨论法、探究法等。

六、实验用品
铅笔芯、铅笔盒、直流电源、导线和电流表、0.1mol/L 硫酸钾溶液、0.1mol/L 氢氧化钾溶液、0.1mol/L 硫酸溶液、质子交换膜、铂电极、数字传感器等。

七、教学重点、难点
重点：优化氢氧燃料电池和工作原理。

难点：氢氧燃料电池电极方程式的书写。

八、教学流程
九、教学过程
环节一模型认知初探燃料电池
【情境】播放氢燃料电池汽车承载冬奥期间交通运行，为运动员、工作人员提供接送服务和其所具有的优越性能---- 引出氢氧燃料电池。

【过渡】请同学们利用前两节课所学的知识，能不能设计出氢氧燃料电池？
【活动1-1】学生小组讨论设计氢氧燃料电池。

【回答1- 1】负极反应物：H2 正极反应物：O2
【问题1-2】那如何选择离子导体？
【回答1-2】小组代表利用类比猜测离子导体是：KOH ,类比第二节课学习过一次电池。

【问题1-3】氢气与氧气反应需要反应场所，而且这个场所不能参与反应，电极材料应该选择稳定的、惰性的。

【回答1-3】石墨。

设计意图：以冬奥“绿色身影”引出氢氧燃料电池，激发学生学习兴趣，让学生感受化学知识来自于生活。

学生亲身参与设计氢氧燃料电池，加深学生对原电池知识的巩固和运用，培养学生运用原电池模型的能力。

环节二：实验探究优化燃料电池
【情境】设计出氢氧燃料电池，那能不能产生电流呢？下面我们通过实验进行验证。

【展示】自制氢氧燃料电池实验
【过渡】请同学们仔细观察电流曲线，有何问题呢？
【问题2-1】电流很小，不利于实际生产生活的使用，那从哪些方面进行优化呢？
【活动2-1】小组交流讨论（构成原电池的四要素）。

【归纳2-1】电极材料、离子导体、隔膜等方面。

【问题2-2】如何优化电极材料？
【活动2-2】小组讨论(增大吸附性与催化作用)。

【过渡】电极材料不一样，电流大小也不一样；那接下来对离子导体进行优化。

【问题2-3 】用什么方法优化离子导体？
【活动2-3 】根据学习过的二次电池，学生想到可以把KOH换成H2SO4或者K2SO4等，或者改变离子导体的浓度。

【过渡】第一节课学习过阳离子交换膜、阴离子交换膜，那氢氧燃料电池加入隔膜会影响电流吗？
【活动2-4】学生小组根据刚才的优化方案，能不能设计出最高效的氢氧燃料电池并进行实验？
设计意图：以优化氢氧燃料电池为探究问题的情境，通过实验和数字化仪器手段，使学生在实践中发现问题，分析问题，解决问题，达到行而后知，知且行之的学习效果，从而培养学生科学探究和创新意识、证据推理与模型认知的核心素养。

环节三：微观探析理解燃料电池
【情境】通过现象看本质，为什么氢气和氧气会产生电流呢？
【问题3-1】首在酸性介质中形成闭合回路的呢？
【活动3- 1】让学生从二维图的角度分析上述酸性介质中如何形成闭合回路的。

【问题3-2】那在碱性介质中形成闭合回路的呢？
【活动3-2】请小组代表上台分析并书写正、负极反应式。

设计意图：宏观结合微观，让学生理解原理，并诊断学生是否能从符号、二维图、曲线等角
度对氢氧燃料电池进行表征，引导学生深入体会模型认知的价值和联系，认识到模型是对物质原型的一种简化、近似描述。

环节四：回归生活其他燃料电池
【过度】同学们，探究氢氧燃料电池的原理后，那它有什么用途呢？不仅在交通运
输有着应用，在航天军事等方面也有着广泛的应用。

【总结】本节课，我们化身小小设计师，对氢氧燃料电池进行了优化并分析了它的工作原理。

那通过本节课学习，你有哪些收获呢？和大家一起分享一下。

【总结】同学们，一个小小的改变，就可以大大提高原电池的放电效率。

同样，在生活中，只要我们肯动脑筋，思维的火花就要碰撞，就可以将微弱的可能变为不可阻挡的突破。

设计意图：深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系，亲身参与绿色电池的优化
中将已有知识运用于实践，达到学以致用，活学活用，灵活运用的教学目的，培养学生科
学态度与社会责任的核心素养。

板书设计
十、教学反思
1 .本课时由四个环节4个问题引发，通过学生活动和过程性评价可以看出，达成了预设的教学目标。

2 .本课时特色：以冬奥氢氧燃料汽车为情境，让学生设计氢氧燃料电池，发现缺点并进行优化。

学生全程参与活动，既增强了学习兴趣，提升了解决问题的能力，也培养了学生绿色环保意识，体现化学使生活更美好环保的学科特色。

3 . 本课时采用“四重表征”教学策略：符号——正负极化学方程式；宏观——实验现象; 微观——不同介质中原理探析；曲线——电流曲线；以此增强学生对化学宏观表征的认知, 结合数字化实验,利用曲线表征让学生比较电池放电效率，从而有效培养发现问题，分析及解决能力的能力，同时也是培养学生四重表征间互相切换的能力，对学生核心素养的提升有着非常重要的实践意义。

十一、教学评价
1 . 创设真实情境，引发学生学习兴趣
创设真实且富有价值的问题情境，能促进学生化学学科核心素养形成和发展。

本节课教学中创设了自制氢氧燃料电池和优化氢氧燃料电池实验，数字化仪器测定电流等，并立足于这些真实数据，设置进阶性问题启迪学生全身心的投入学习，引发学生的认识冲突，引导学生深入思考、进行解释，促使学生进一步巩固所学原电池模型知识，并体验科学探究的快乐, 体现了在“做中学”，“学中用” 的教学思想。

2 . 重视探究，促进学生深度学习
探究性活动会让学生产生更明确的感知和体悟，并引发反思性思维活动。

优化氢氧燃料电池，测量电流大小等一系列小组活动需要学生利用所学相关化学知识迁移到实验操作，由此学生进入情绪高投入、思维高层次、认知多体验的深度学习中。

3. 基于问题，提升学生综合运用能力
合理选择和组织化学教学内容，整体规划教学的深广度也是发展学生的科学素养的途径之一，因此在指向核心素养的课堂教学不脱离核心知识基础上，适当建立学科间知识的联系也是帮助学生开阔思路，培养综合运用化学知识的能力。

4 ·注重反馈，有效开展学习评价
树立“素养为本”的化学学习评价，能促进学生化学学科核心素养全面发展。

本节课的教学是将素养导向的学习任务嵌入到课堂教学过程中，通过学生活动、教师的追问来外显学
生的思维过程，更利于教师基于证据判断学习目标的达成情况。

如环节一中的设置“自制氢氧燃料电池”的活动，该活动具有培养能力价值，诊断同学是否可以将所学原电池原理乙进行灵活迁移运用，再比如环节三中设置“分析氢氧燃料电池的工作原理”，可以诊断同学是否可以用符号、二维图、曲线等表征出氢氧燃料电池的原理等等，检测学生学习效果。