4.1.1原电池的工作原理 教学设计 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦原电池工作原理核心知识，以“盐水风扇”趣味实验导入，衔接学生已有氧化还原反应电子转移、电解质溶液导电性等基础，通过问题链引导从宏观现象（风扇转动、气泡产生）到微观本质（电子定向移动、离子迁移），搭建“宏微符”三重表征学习支架。 特色在于情境驱动与科学探究融合，体现科学思维与科学探究素养。学生自主选择材料探究构成要素，从单液电池电流衰减问题设计双液电池并改进离子交换膜，结合电流传感器监测电流变化，直观理解盐桥作用。提升学生证据推理与模型建构能力，为教师提供可操作的探究式教学方案，突破电化学微观过程抽象化难点。

教学设计 课程基本信息 课题 原电池的工作原理 课型 新授课 学科 化学 年级 高二 学段 高中 版本章节 第四章第一节第一课时 教学目标 1.通过化学实验认识化学能可以转化为电能；通过实验探究活动认识原电池构成的基本要素。 2.在学生活动中通过观察实验现象、分析实验数据，展开推论预测、设计评价的活动，掌握原电池的工作原理。 3.充分利用单液原电池、双液原电池的实验案例，以真实的实验现象展开理论推导，建构对电化学过程系统的分析思路。 4.通过设计原电池，进一步完善原电池的理论模型，提高对电化学本质的认识。 教学重难点 教学重点：原电池工作原理 教学难点：建构原电池理论模型，形成对电化学过程系统的分析思路  学情分析 1.化学学科基础 氧化还原反应：学生已在必修1中学习氧化还原反应的本质（电子转移）、特征（化合价升降）及基本规律，能判断氧化剂、还原剂及电子转移方向，这是理解原电池“两极反应分离”的核心基础。 化学反应与能量：必修2中“化学反应与能量”章节已初步接触化学能与热能的转化，对“能量守恒”“能量转化”有基本认知，但对“化学能直接转化为电能”的微观过程尚不明确。 电解质溶液与导电性：必修1中学习了电解质的电离、离子反应及溶液导电性，知道电解质溶液中存在自由移动的离子，能理解“离子定向移动”是形成闭合回路的条件之一。 2.认知发展水平和思维能力 高二学生具备一定的逻辑推理和抽象思维能力，能通过实验现象推测微观本质（如从“铜片上产生气泡”推测电子转移方向），但对“看不见的粒子运动”（如电子在导线中定向移动、离子在溶液中迁移）的具象化理解仍需借助模型、动画或实验辅助。 学生已在必修阶段经历过“提出假设→设计实验→分析现象→得出结论”的探究流程，能独立完成简单实验操作，但对“控制变量法”在复杂体系中的应用尚不熟练，需教师引导明确探究变量。学生能将“氧化还原反应电子转移”迁移到原电池原理分析中，但学困生可能难以将“宏观现象（电流计偏转）”与“微观本质（电子定向移动）”建立关联，需通过多重表征来搭建思维桥梁。 教学思路   教学过程 教师行为 学生行为 设计意图 创新设计（含AI应用） 【引入】趣味实验——“盐水风扇” 在容器内加入蒸馏水，风扇不转；滴入几滴硫酸，风扇开始转动。 提问1：为什么在蒸馏水中滴加硫酸后风扇就能转？ 提问2：哪里来的电呢？ 提问3：仔细观察溶液中金属片表面的现象。 学生观察实验，思考，回答问题1：蒸馏水不导电，加了硫酸之后，溶液中有了自由移动的阴阳离子，就能导电了。 学生思考、讨论，回答问题2：应该有电流通过风扇，让风扇转起来。导线里的电流是电子的定向移动产生的。那么，我们推测这里应该发生了电子的转移。 学生观察，回答问题3：锌片的表面有气泡产生，铜片的表面有气泡产生。 以趣味实验引入，调动学生积极性。 通过实验现象引导学生主动思考化学反应与电能转化之间的关系。 情境化引入：以“盐水风扇转动”实验切入，通过生活化现象快速关联“离子导电”与“电流产生”，激发学生对“化学能→电能”转化的好奇心。 【多媒体】铜锌稀硫酸原电池装置图 提问1：用化学符号表示出电极上的反应。 提问2：铜片表面的氢气是如何产生的？哪里来的电子？ 学生书写： 锌片：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 铜片：2H+ + 2e- = H2↑ 学生思考，回答问题2：锌片失去电子，变成锌离子，部分电子通过导向转移到铜片上，溶液中的氢离子在铜片表面得到电子，产生了气泡。 电子在导线里的定向移动形成了电流，风扇就可以转动了。 将实验装置模型化，转化为铜锌稀硫酸原电池的示意图。 阶梯式问题链：通过3个核心问题引导学生从宏观现象逐步深入微观本质，构建“现象→猜想→验证”的逻辑链条。 讲述：这里的化学变化不仅带来了物质的转变，同时发生了能量的变化。 通过这样的装置，化学能转化为电能。这就是原电池。 【多媒体】结合ppt将铜锌原电池模型完善，并准确表示正负极电极反应式。 学生听讲、书写学案： 通过实验、讨论和归纳整理，一步步构建铜锌稀硫酸原电池的模型。 结合宏观实验现象，准确书写电极反应式，初步形成对电化学模型的“宏微符”三重表征。   【学生活动1】——探究原电池构成要素 提问1：小实验中的电解质溶液究竟是什么作用呢？ 问题2：构成原电池需要哪些要素？ 【多媒体】 问题3：哪一组装置可以提供更大且更稳定的电流？ 学生回答问题1：不仅仅是导电。氢离子得电子，发生了还原反应。 【学生活动1】 请选择不同的金属片和溶液，搭建原电池装置，探究原电池构成的条件。 学生总结归纳：构成原电池的条件包括自发的氧化还原反应、不同活性的电极材料、电子导体、离子导体。 学生分析实验现象，回答问题3：几组装置都出现了电流逐渐变小的情况，相较来说，铜锌稀硫酸的原电池电流更大，衰减更慢一些。 学生通过实践活动，主动思考探究原电池构成的基本要素，并利用实验展开证实和证伪。 依据真实的实验现象认识单液原电池的缺陷，并尝试思考解决电流衰减的问题。 通过教师的引导和师生讨论，展开双液原电池的猜想。 自主建构原电池条件：提供多样化材料，让学生通过“试错实验”自主归纳原电池构成四要素，体现“探究式学习”。 【学生活动2】——认识双液原电池 问题1：观察实验现象后，同学们认为电流衰减的主要原因可能是什么？ 问题2：什么办法可以解决这个问题呢？小组讨论后尝试画出简易装置图。 【多媒体】展示学生绘制的装置图。 问题3：两个烧杯之间如何形成闭合回路？ 师生讨论、修改装置，逐渐形成双液原电池的雏形。 问题4：现在有一种材料——离子交换膜，可以选择性的让阴离子或阳离子穿过，同学们能尝试改进你的原电池装置吗？ 学生讨论思考回到问题1：氢离子或者铜离子在锌片表面直接得到部分电子，以气泡或者单质铜析出覆盖在电极表面，阻碍了锌被氧化，电流逐渐变小。 学生回答问题2： 生1：让铜离子不能直接接触锌电极，只能在铜电极表面得电子。 生2：那就只能分两个容器装不能电解质溶液了。 生3：如果能用一个离子导体连接起来就好了。 学生讨论中认识双液原电池工作原理，填写学案。 【演示实验】 将同浓度的硫酸铜-铜-锌单液原电池和双液原电池接入电流传感器中，观察电流的变化情况。 学生观察现象汇报：双液原电池可以产生稳定的电流，但是电流强度较小。 盐桥中离子的移动虽然可以导电，但是电阻比较大。 学生讨论回答问题4：选一个阴离子交换膜将硫酸锌和硫酸铜溶液隔离，避免铜离子接触锌片。 通过分析、讨论，学生绘制双液原电池的装置图，再通过实验验证。结合理论模型和实验现象掌握双液原电池的工作原理。 利用数字传感器，让学生更加直观地感受到双液原电池的优点和弊端，从而提出离子交换膜的应用。 分析溶液中离子的移动方向，进一步理解离子导体在电化学装置中的重要性。为后续理解复杂电化学装置打好基础。 问题解决导向的装置设计：从“单液原电池电流衰减”现象出发，引导学生提出“隔离两极溶液”的猜想，自主绘制双液原电池装置图，并通过师生讨论优化为“盐桥/离子交换膜”结构，培养“发现问题→设计方案→修正改进”的工程思维。 实验数据实时化：通过电流传感器对比单液与双液原电池的电流变化曲线，用实证数据支撑“双液电池电流更稳定但强度较小”的结论，培养学生“基于证据推理”的科学素养。 作业设计： 微生物脱盐电池既可以处理废水中的CH3COOH和NO2-，又可以实现海水淡化，原理如图所示。下列说法错误的是    A．生物电极b为电池的正极 B．生物电极a的电极反应式为CH3COOH-8e-+2H2O=2CO2↑+8H+ C．每生成标准状况下2.24LN2，电路中转移0.6mol电子 D．离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜 板书设计： 教学反思： 1.教学过程中的亮点 情境驱动与问题链设计： 以“盐水风扇转动”实验为切入点，通过连续提问（“为什么加硫酸后导电？”“电子从哪里来？”）引导学生从“宏观现象”（风扇转动、气泡产生）到“微观本质”（电子转移、离子移动）逐步深入，符合学生“感性→理性”的认知规律。 学生主体性与探究深度结合： “学生活动1”中，学生自主选择电极材料和电解质溶液搭建原电池，通过“成功/失败案例”（如用铜-铜电极无电流产生）反推构成条件，体现了“做中学”的理念；“学生活动2”中，从“电流衰减原因分析”到“双液原电池装置设计”，再到“离子交换膜改进”，层层递进，培养了学生的创新思维和工程实践能力。 技术融合与可视化教学： 利用电流传感器实时监测单液、双液原电池的电流变化曲线，学生能直观观察到“双液电池电流更稳定但强度较小”的现象，为理解盐桥/离子交换膜的作用提供了数据支撑；多媒体展示微观粒子运动动画（如电子导线移动、离子盐桥迁移），有效突破了“微观过程抽象化”的难点。 2. 需要改进的地方 本节课通过“实验探究+技术赋能+模型建构”的教学模式，有效激发了学生的学习兴趣，但在理论深度和差异化指导上仍需提升。未来教学中需进一步平衡“动手操作”与“思维进阶”，通过更精准的学情分析和工具创新，帮助学生实现从“现象观察”到“本质理解”的跨越。 学科网（北京）股份有限公司 $