摘要：本教學設計從生活新聞入手創(chuàng)設情境，引導學生應用實驗表征手段強化電解過程中的變化及分析其原理，在電解變化的理解中強化微粒觀建構。
關鍵詞：電解，化學教學，實驗表征，生活情境，微粒觀
1教學設計思路分析
本節(jié)內容選自人教版《選修四 化學反應原理》第四章第三節(jié)《電解池》。電解原理是中學化學重要基本理論之一，基于氧化還原反應規(guī)律和元素化合物的具體反應事實，且和原電池互為補充構建電化學體系，體現化學能與電能之間的轉化，是體現能量觀的重要載體。
電解對于已經學到選修模塊的高中學生并不陌生，因為早在九年級化學教材中，就已經出現了電解水實驗；而在必修模塊中，學生也接觸到了電解飽和食鹽水與相關無機反應。但是，在這些學習過程中，仍然限于學生對于正負極產生氣體的記憶，拘泥于化學方程式符號表征的運用。選修模塊的“電解”教學是對各種電解過程系統(tǒng)化的總結和升華，要從實驗現象出發(fā)，啟發(fā)學生探索背后奧秘；從微觀本質出發(fā)，引導學生明白電解規(guī)律。
傳統(tǒng)的電解引入多借鑒化學史素材或聯系化工生產，但是學生畢竟缺乏感性認識，所以從身邊事件入手創(chuàng)設情境，有利于學生激發(fā)對抽象的化學反應原理的學習興趣。新課以向學生推銷生活中的電解水機的模擬片段引入，將學習鑲嵌在真實的情境中，不僅淺層次地介紹電解，而是啟發(fā)學生應用知識解決生活中的實際問題，同時有意義的教學也就產生了。
人教和蘇教版教材都特別關注CuCl2溶液的電解，的確，選取CuCl2作為電解對象的確是一個巧妙、合理的設計。一方面因為Cu2+和Cl－在放電順序中分別在水電離的H+ 和OH－ 之前，使不了解放電順序的學生不會產生困惑，另一方面電解的產物（Cu和Cl2）特征明顯，便于檢驗。而魯科版教材先行關注熔融NaCl的電解，電極反應式簡單，便于學生理解，但是該案例在中學實驗室只能通過電腦模擬演示，缺乏足夠實驗支持。
筆者的設計做了些改進，試圖從另一個角度展開電解教學：①水的電解是中學生所學的第一個電解反應，大家對其普遍印象深刻，但是背后的細節(jié)卻不明了，所以從初中到高中都存在疑問，有待解決；②對于水的電解先行分析，便于和新聞情境遙相呼應，深入分析有助于學生思考生活問題背后的化學原理；③電解過程中的電極反應式涉及到放電順序一般以H+ 和OH－為參照標準，所以先談水的電解是為了其他溶液電解作為鋪墊；④在之前原電池的學習過程中，氫氧燃料電池電極反應式備受重視，其電極反應式與水的電解聯系緊密。
當然，這樣的設計也存在一些不足，畢竟水的電解反應式相比較CuCl2溶液、熔融NaCl的電解更為復雜，作為電解初始教學是否合適？一直為我們所困惑。
基于本課題組所涉及的微型化學實驗成果，筆者試圖在第一課時的教學中引入現象明顯、操作簡便的微型實驗強化宏觀表征，在實驗中的電解質溶液中滴加紫色的石蕊試劑將我們看不到的微觀粒子讓學生“看到”，體現微觀層次的表征，再引領學生自主探究并加以邏輯思考得出陰陽極的產物，寫出兩極反應式，完成符號表征。這個過程不是教師強加給學生的填鴨教學，三重表征[1]的融合對于學生的科學素養(yǎng)的提高無疑是有益的。電解過程中同樣的離子遷移也無法用肉眼觀察到，所以我們也通過類似方法讓學生感受到電解過程溶液中微粒的運動，在這里，溶有指示劑的果凍成為電解的載體，方便展示電解過程中離子的遷移方向，有助于學生深入理解電解本質。
對于放電順序的難點突破上，我們采用歸納法。將NaCl溶液，CuCl2溶液的電解與水的電解對比，從典型案例出發(fā)總結分析陰陽極不同離子的放電先后。
2教學目標
知識與技能目標：
（1）知道電解的意義，會判斷電極，掌握電極反應與氧化還原反應之間的對應關系；
（2）會判斷電解過程中微粒的流動方向，并簡單根據放電順序寫出電極反應，描述實驗現象；
（3）明確電解過程中的能量轉化，電解是完成非自發(fā)反應的一種手段。
過程與方法目標：
（1）通過微型電解實驗的操作，培養(yǎng)動手操作能力；通過對實驗現象的觀察、分析和推理，培養(yǎng)發(fā)現問題、分析問題和解決問題的科學探究能力；
（2）通過實驗表征手段體驗微觀世界的變化規(guī)律，初步形成微粒觀[2]。
情感態(tài)度與價值觀目標：
（1）通過生活中偽科學的辨識，培養(yǎng)科學求真精神，提升應用科學知識解決真實問題的意識；
（2）通過電解實驗的微型化和趣味化，體會綠色化學觀念。
3教學設計方案
3.1教學重難點
重點: （1）電解反應式的書寫。
（2）溶液中離子的遷移方向。
難點: 溶液中離子的放電順序。
3.2教學策略
教學方法：采用“情境教學”，激發(fā)學生的學習興趣；采用“實驗探究法”，增強學生生實驗操作能力；采用“問題解決法”，設計問題，環(huán)環(huán)相扣。
3.3教學流程
（1）情境引入
【課堂導入】以電視直銷廣告的形式向學生介紹“神奇”的電解水機及凈水裝置
【教師投影】電解水機
圖1 神奇的電解水機
【教師設問】如果你看到這段直銷廣告，你會購買這種產品嗎？
（設計意圖：聯系生產生活問題導入課題——電解，將學習置于真實的情境中，激發(fā)學生的好奇心，有利于激發(fā)學生的學習興趣，體現了“化學來源于生活”。）
（2）回憶舊知，認識電解
【教師講述】 我們日常生活中所喝的自來水真的有這么臟嗎？這種所謂的電解水機有那么神奇嗎？其實所謂的電解水機，顧名思義它的原理就是電解水，我們已經在初中學過電解水的原理，以下就是電解水的裝置圖
【教師投影】
圖2 霍夫曼電解器
【教師提問】你能根據這套裝置說說電解池構成的要素嗎？
（設計意圖：電解對于已經學到選修模塊的高中學生并不陌生，因為早在九年級化學教材中，就已經出現了電解水實驗，但在九年級的學習時不叫陰陽極，因此在讓學生回顧己有知識的同時，補充新的知識，有利于學生認知結構的構建。）
【教師提問】那么大家有沒有想過為什么在陰極產生H2，而在陽極產生O2？
（3）重溫電解水，建構微粒觀
【教師講述】電解水這個實驗我們并不陌生，今天我們在來回顧一下電解水的實驗，不過再原來的實驗基礎上稍有改動，所用的電源是一個9V的層疊電池[3]，兩個電極還是石墨電極，反應是在滴定板中進行的，實驗前往水中加入了少量的紫色石蕊，為了增強導電性，往其中加入了少量的Na2SO4溶液。
【學生】以小組形式進行實驗
【教師投影】
【教師提問】你看到了什么實驗現象？
【學生】回答
【組織討論】反應中消耗了何種微粒？是由何種微粒提供？電極附近的水的電離平衡是否破壞？又如何移動？[4]
【學生】交流、回答
【教師提問】陰極區(qū)顯藍色，說明陰極區(qū)顯堿性，陽極區(qū)顯紅色，說明陽極區(qū)顯酸性，那么你能寫出在陰陽極分別發(fā)生什么反應嗎？
【教師引導】兩極區(qū)的pH值及溶液的pH值變化，是由于H+、OH—參與電極反應過程，破壞了水的電離平衡，使兩極區(qū)的pH值發(fā)生變化。
【學生】根據教師提示，書寫電極反應式。
【教師引導】如果我們將上述兩極區(qū)溶液重新混合在一起，溶液是呈酸性、中性還是堿性呢？【學生】（根據電解的總方程式）回答。
【教師講述】溶液中存在H+和OH—，那么這些離子在溶液中運動是否有一定規(guī)律呢？接下來我給各位通過另外一種方式來演示電解水的實驗。我選擇了一個果凍條來進行實驗[5]，果凍中水分較多，凝膠對離子有擴散作用，果凍中含有酸( 酸度調節(jié)劑) 、鹽( 如山梨酸鉀、海藻酸鈉)可以增強水的導電性，在實驗前我們已經將果凍條浸入在紫色石蕊中“染色”。
【教師投影】
圖4 果凍條中的微型實驗
（教師實驗，學生觀察現象）
【教師提問】你看到了什么實驗現象？
【學生】回答
【教師提問】除了陰極區(qū)顯藍色，陽極區(qū)顯紅色，你還看到什么現象？
【學生】回答
【教師提問】為什么兩極的紅色與綠色會逐漸向中間擴散？說明了什么問題？如果電解足夠長的時間，擴散在相遇處會顯什么顏色？
【學生】思考討論，得出離子的遷移方向。
（設計意圖：我們的改進實驗利用常見的指示劑石蕊聯系了宏觀性質與微觀結構之間的奇妙過程，顯微見著，這是在中學可以接受的實驗條件下融入大學化學材料儀器表征的化學學科方法，這是用易得藥品的特征反應替代專業(yè)化檢測儀器表現微觀運動的實驗方法；這是將學生的感性思維反饋于抽象思維的教學引導，這是體現化學結構決定性質、性質反映結構這一抽象觀念的具體化、表征化，有利于學生在元素化合物的學習積累中逐步升華微粒觀與變化觀[6]。）
【教師提問】如果從氧化還原角度來看，陰陽極分別屬于什么反應？
【學生】練習電極反應式
（設計意圖：通過讓學生觀察已寫的陰陽極反應方程式，體會陰陽極的反應與氧化還原之間的關系。）
【教師提問】我們把在陰陽極上能發(fā)生的氧化還原反應又稱之為放電，那么你能用自己的語言總結一下什么是電解嗎？
【教師板書】電解：電流通過電解質在陰陽極引起氧化還原反應的過程。
（4）改變電極，揭露電解水機真相
【教師設問】為什么同樣是電解水，我們剛剛的電解水實驗不會看到變黃的實驗現象，而我向各位推銷的電解水機電解后，水卻變得很臟呢？是因為我們所用的自來水很臟，而實驗室的水很干凈？
【學生】思考、討論
【教師講述】首先我們來看一下推銷商們所用的裝置，將鐵棒作為陽極（與電源的正極相連），鋁棒作為陰極（與電源的負極相連），這和我們所用的電解水裝置有什么不同嗎？
【學生】所用電極不同
【教師講述】下面我們就通過實驗來模擬電解水機，從而來驗證我們所喝的水是否“干凈”。同樣的還采用與以上的裝置，陽極的電極是鐵棒，陰極的電極是C棒。在實驗之前我們依舊先思考如下問題：
【教師投影】1、溶液中存在哪些離子？
2、在陰極哪些粒子會得電子，在陽極哪些粒子會失電子？
3、預測陰陽極的產物，并說明如何檢驗？
【學生】討論、思考、回答、開始實驗（教師指導）
【組織討論】你看到什么現象？為什么會有黃色的沉淀產生？
【學生】回答
【教師提問】你能根據實驗現象及我們剛剛所講解的陰陽極的反應寫出電極反應嗎？
（設計意圖：在電解水的基礎上改變電極，向學生揭露電解水機的貓膩，將學習置于真實的情境中，這樣有意義的學習就發(fā)生了。學生在猜想、實驗、得出結論這樣的科學探究過程，自己去尋找答案，體現了新課程的“以生為本”，同時增強學生的實驗操作能力。通過引導學生回答為什么會有沉淀產生，其實也說明了電解過程中離子的遷移方向。）
【教師講述】看來自來水中出現的黃色“毒素”只不過是陽極電解——Fe在作怪，并不是因為我們的水有多臟，這只不過是這些推銷凈水器的商家們用了看似十分專業(yè)的“科學”原理演繹了一場誤導市民的戲法罷了，所以同學們一定要用科學的思維去看待問題，敢于揭示生活中的偽科學。
（設計意圖：通過向學生揭示電解水機的貓膩，培養(yǎng)學生用科學的眼光看待生活中的問題，要學會將所學的知識運用到生活中去，解決生活中的問題。）
（5）電解NaCl溶液
【教師設問】但是為什么把通電的儀器放進盛有純水機出來的水的杯子里，通電一段時間，水卻還是幾乎干凈透明呢？我們首先回顧一下，在初中如果電解的是純水，速度會非常慢，為什么？
【學生】思考、回答
【教師提問】我們剛剛在做電解水實驗時加入了什么物質？
【學生】回答
【組織討論】我們在日常生活中最常見的鹽就是NaCl，那么電解水試驗中能否加入NaCl呢？
（設計意圖：初中我們就已經學過在電解水的過程中加入Na2SO4，而Na2SO4屬于鹽，此時學生就會很容易產生疑問，是否任意一種鹽都可以。而NaCl是日常生活中最常見的鹽，因此由電解水過渡到電解NaCl溶液，符合學生的認知規(guī)律。）
【學生】思考、說出自己的想法。
【教師講述】 下面我們就通過實驗來進行探究，同樣的還采用與以上的裝置，陰陽極的電極我們均選擇石墨電極。在實驗之前我們依舊先思考如下問題
【教師投影】1、溶液中存在哪些離子？
2、在陰極哪些粒子會得電子，在陽極哪些粒子會失電子？
3、預測陰陽極的產物，并說明如何檢驗？
【學生】討論、思考、回答、開始實驗（教師指導）
【教師提問】你看到了什么現象， 這一現象與你的預測是否一致？
【學生】思考、回答
【教師提問】請根據反應現象寫出電極反應。
（6）電解CuCl2溶液
【組織討論】那么如果我們加入的電解質是CuCl2溶液呢？結果又會怎樣？
【學生】討論、回答
【教師講述】那么下面我么就通過實驗來驗證各位同學的猜想是否正確？我們同樣的還采用與電解水一樣的裝置，陰陽極的電極我們均選擇石墨電極。在實驗之前我們依舊先思考如下問題
【教師投影】1、溶液中存在哪些離子？
2、在陰極哪些粒子會得電子，在陽極哪些粒子會失電子？
3、預測陰陽極的產物，并說明如何檢驗？
【學生】討論、思考、回答、開始實驗（教師指導）
【教師提問】你看到了什么現象， 這一現象與你的預測是否一致？
【學生】陽極產生的氣體能使淀粉KI試紙變黃，陰極區(qū)有紅色固體生成。
【教師講述】 請根據反應現象寫出陰陽極的電極反應。
（7）課堂小結
【組織討論】通過比較以上的電極反應你能總結出不同離子的放電順序嗎？
【學生】思考、交流、回答
【教師投影】陰極放電順序：Cu2+>H+>Na+；陽極放電順序：Cl—>OH—>SO；
【教師小結】電解實驗中，存在諸多角度的變量，例如電極、電解質溶液的酸堿性環(huán)境、溶質離子的種類等。感興趣的同學可以選擇其他化學物質，利用本節(jié)課引進的微型電解實驗方法，在課外開展探究，看看用什么輔助實驗手段能拓展更完善的陰陽極放電順序？
（設計意圖：溶液中粒子的放電順序是本節(jié)課的一個難點，這個結果不是教師強加給學生的，而是讓學生從典型案例出發(fā)總結分析陰陽極不同離子的放電先后，這是學生對本節(jié)課知識的一個升華與總結，同時也將學習和思考還給了學生。）
（8）課后評價
我們在以上的電解水實驗中加入的電解質都是中性的，那如果加入的電解質是硫酸，或者NaOH溶液，反應現象會有變化嗎？電極反應如何書寫？如果加入的電解質是鹽酸呢，結果又如何？
（設計意圖：通過改變電解水過程中的電解質，促進學生在原有的學習基礎上思考，不僅可以復習舊知，還可以使學生的思維能力得到提升，有利于激發(fā)學生的學習興趣）
致謝：特別鳴謝南京市金陵中學江敏老師和南師附中保志明老師對本教學設計的指導。
參考文獻：
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本文發(fā)表于《化學教學》2013年第2期，為南京曉莊學院教師教育學院職前科學教師工作室化學師范生備課組成果之一，由江蘇省教育科學“十二五”規(guī)劃2011年度重點資助項目“基于培養(yǎng)學生學科觀念的理科教學研究”（B-a/2011/01/015），2011年江蘇省高等教育教改重點研究課題“師范生實踐性培養(yǎng)模式的研究與實踐” （2011JSJG052），2012年江蘇省高校哲學社會科學研究指導項目“基于學習共同體的科學教育專業(yè)師范生職前成長”（ 2012SJD880079），2011年江蘇省高等學校大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃立項項目“基于信息技術平臺的化學師范生備課組行動研究”等基金項目支持。
通訊聯系人簡介：陳凱，南京曉莊學院教師教育學院教師，負責職前科學教師工作室的日常運作和活動指導，主持全國十一五教育科學規(guī)劃教育部課題子課題、江蘇省高校哲學社會科學指導項目、南京曉莊學院教改課題各一項，以核心成員身份參加國家十一五教育科學規(guī)劃課題子課題一項、全國十一五教育科學規(guī)劃教育部課題一項、教育部人文社科項目項目一項江蘇省高等教育改革重點課題兩項、江蘇省十二五教育科學規(guī)劃重點課題一項、一般項目一項。研究領域涉足信息技術與化學課程整合、化學信息學、微型化學實驗設計、化學課程資源開發(fā)、兒童科學教育啟蒙、科學寫作、基于信息技術的教師教育、化學競賽命題、化學教學設計等方面；出版科普文學作品、大學或中學化學教材教輔十部，在SCI、CSSCI、核心期刊上發(fā)表論文五十多篇，省級以上期刊七十多篇，三篇論文被人大復印資料全文轉載。
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