6.1.2AI辅助下的原电池改进探究实验 说课文稿 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

AI辅助下的原电池改进探究实验说课文稿 一、使用教材：人民教育出版社《化学》高中必修第二册 二、实验器材：铜箔、锌箔、硫酸、数字化设备（电流传感器）、烧杯、滴管、滤纸、剪刀、透明胶、医用手套 三、实验设计思路：参考主流工业量产工艺、结合AI辅助，对教材铜锌原电池进行小型化、轻量化改进 四、实验原理：用铜箔锌箔替换铜片锌片，用吸了电解质的滤纸代替电解质溶液 五、实验教学目标： （一）结合AI助手提供的信息，进行分析讨论，提出可行的铜锌原电池轻量化解决方案，培养证据推理与模型认知的核心素养。 （二）参考主流工业工艺探索解决改进实验中遇到的各种困难的方法，培养科学探究与创新意识的核心素养。 （三）在实验室模型设计之初就考虑模仿主流工业工艺，有助于研究成果尽快进入生活，培养科学态度与社会责任的核心素养。 六、实验教学说课内容与过程： 1.课题背景： 中学原电池实验装置为了直观介绍原理过于简化，与生活中的常见电池在外形上差异较大。近年来，高考多出现一些真实电池装置的截面图，学生理解起来存在一些困难。我们可以尝试在实验中，模拟工业上的主流工艺，使学生更好理解电池原型与实际电池之间的关联。 同时，中学生实验过程中常遇到查阅文献的能力和渠道有限、不能总是获得教师1对1的指导，出现异常现象时没法及时得到解答等问题。而以ChatGPT为代表的AI工具对于解决这些问题提供了一种新的可能。 让我们先来看看AI工具是如何工作的。与微信聊天相似，我们可以直接输入文字提问，比如我这里用文字提问：锂离子电池中有锂单质吗？AI助手回复：正常工作的锂离子电池中没有锂单质，而是锂离子在正负极间移动来储存和释放电能。也可以通过语音提问，比如（播放视频语音）锂离子电池为什么不能用水做电解质的溶剂？AI助手回复：因为锂电池的平均工作电压高于水的分解电压，同时锂离子电池中的多种成分都能和水发生强烈的水解反应。我们可以看到，当前的AI工具在语言表达的自然、流畅和知识上的准确性都比较高了。 2.实验前期准备 借助这样的AI工具，学生提出了一些问题作为实验前的知识准备。 提问1：怎样使铜锌原电池轻量化? AI助手回复：可以减少电解质溶液的用量或者使用更轻更薄的电极材料。 提问2：怎样把铜锌原电池做成圆柱形? AI助手回复：可以把两个电极卷绕成圆柱形，装入容器，再添加电解质溶液。 提问3：怎样做成方块形? AI助手回复：可以把两个电极剪成方形，装入容器，再添加电解质溶液。 学生经过思考讨论后，回忆起教材上有些类似的图片可以作为参考，如图 1是必修第二册教材的图片，主要的启发是可以用吸收了电解质溶液的滤纸代替水槽或烧杯，以减少电解质溶液的用量；图 2是必修第二册教材课后练习题，主要的启发是可以用金属薄片代替金属板，使电池更轻薄且易弯曲折叠。确认另外一些细节后，开始准备实验材料。 图 1 图 2 铜箔、锌箔（图 3）；剪成长方形的用来卷绕，剪成正方形的用来叠片（图 4）；学生参考工业中电池的极耳设计，在电极上粘了一小片金属箔（图 5、6），方便电流采集器的夹持。 图 3 图 4 图 5 图 6 3.实验过程 （播放卷绕视频）完成卷绕后，如果加上外壳包装，就类似于我们常见5号电池。连上数字化设备测试电流，稳定运行时的电流强度在0.04~0.05A左右。 （图片展示叠片电池）如果加上外壳包装，就类似于常见方块形的手机电池。连上数字化设备测试电流，稳定运行时的电流强度在0.10~0.12A左右。作为对比，学生也在相同条件下将普通铜锌原电池接上了数字化设备测试电流，电流强度在0.10~0.12A左右。 实验过程中，学生提出有没有办法提高电池的电流强度。 提问：怎样提高叠片电池的电流？ AI助手回复：可以参考铅蓄电池的制造工艺，采用多层正负极叠片的方式来提高活性物质接触面积，用电池内部串并联的方法提高电流电压。 于是，我们也做了尝试，并测试了电流。发现稳定运行时，电流强度可以到0.4A左右。 实验结束后，学生也对某些现象提出了一些疑问，比如： 提问：为什么卷绕电池的电流比正常过情况要小很多？ AI助手回复：可能是由于电解质难以均匀渗透、或者电池内部短路引起的。 同时有学生向AI助手提出想看看工业上卷绕与叠片的视频，AI助手表示无法实现。据我了解，当前同类的AI助手并不是实时从网络上抓取信息回复，而是定期（比如3~6个月为周期）用相对可靠的数据库对知识储备进行训练，因此，功能上还是存在一定的局限性。所以学生就只能自己搜索了两段工业上卷绕与叠片的视频。 七、实验总结与评价 我们常常在新闻报道中看到某个科研团队发表文章宣称在电池技术的研究上获得突破性进展，比如超