摘要：尝试在高三“化学电源”的复习中，构建复习的问题框架，通过学生自主学习、自主探究，解决各个层次的问题，提升解决实际问题的内在品质，提高学生科学素养，同时为高三的复习寻求更好的教学策略。
关键词：高三复习课；科学素养；化学电源
文章编号：1008-0546（2017）05-0045-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.014
新《高中化学课程标准》提出“高中化学课程是科学教育的重要组成部分， 它对提高学生的科学素养、促进学生全面发展有着不可替代的作用”的理念，明确把培养和发展学生的科学素养作为核心目标，突出对科学探究、科学过程、科学方法的教育要求。而对于高三的学生来讲，由于高中教材的内容已经讲授完，在复习的策略上，更侧重于高考考点的分析与解题技巧的讲解，大量的题目训练使得学生感觉高三的复习非常的枯燥，机械的应付全国各地的真题和模拟卷，让学生觉得高三就是在煎熬。学生只是盲目地在不断刷题，而轻视了化学解题过程，没有形成严谨的思维习惯。这与现行高考化学对学生的要求也是不符的，现行高考不仅是考查化学知识，更重要的是检测考生的化学科学素养。
从科学素养的内涵出发，结合化学学科的特点，人们普遍认为化学科学素养是指具有一定结构层次的知识和能力以及解决实际问题的内在品质。问题解决是通过“问题”来激发学生持续的学习，让学生不断经历解决老问题、解决新问题、解决疑难问题和发现新问题的学习循环，既可提高学生的复习兴趣、建构合理的知识体系，又能在体验问题解决的过程中让学生形成良好的科学思维品质。通过问题解决体验科学探究的方法与技能以及科学思维尤其是学生批判性思维的形成，能够做到在活动中敢于提出质疑，勇于发表自己的见解。
高三一轮复习的功能除了唤醒学生对相应知识的回忆外，更重要的是对有关知识进行重组的基础上提升综合应用能力[1]。以下是笔者以“化学电源”高三一轮复习课为例，通过完成“转化任务”、构建“问题框架”、运用“思维导图”的教学策略复习化学电源知识的实践研究。
一、 教学目标
1. 构建以化学电源为中心的问题框架，让学生在不断解决问题过程中，增强实际分析、解决问题的能力，提升学生的学习力。
2. 归纳、整理常见化学电源的种类及电极反应式的书写方法，构建合理的知识体系。
3. 体验以问题系统的高度优化为策略，形成严谨的思维方式，提高学生化学学科素养。
二、 教学过程
1. 环节一：教师给出问题框架，唤醒学生对相应知识的回忆。
课堂上，教师通过手绘问题框架，勾起学生对化学电源的主体知识的回忆，为后续学生自主学习完善问题框架、优化系统问题奠定基础。
2. 环节二：完成转化任务，自主构建完善问题导图。
学生自主学习教师给出的问题框架，通过小组讨论，课堂交流，针对某一化学问题进行细化、设置和拓展，丰富问题导图，把在这一段学习中可能出现的问题都尽可能地涵盖进框图内，形成更加全面的知识体系便于更好的复。
3. 环节三：进一步优化问题导图，教师梳理有效问题，教师引导探究问题解决。
教师协助学生解决问题导图中设置的各项问题，从认识突破、方法突破、思维突破、能力突破四个方面指导学生的学习策略，归纳整理化学电源的知识体系。
（1）基本概念及构成问题方面：学生对充电和放电的区别还是分得比较清楚，但是当复习到常见电极材料时学生往往不能归纳全面，笔者指导学生从电极材料本质的功能，常见的化学电源的电极材料去归纳此问题，比如只要是导体都应该有作为电极材料的可能性，如：常见的有金属包括惰性的如：铂和金，活性的如：铜、铁等，还有一些过渡元素的金属化合物如：碱式氧化锰、氢氧化镍等，金属氧化物如铅蓄电池，其他如：石墨、钛网等。对于电解液的类型分类上，大部分学生对碱性、酸性和中性的电解液比较熟悉，而对固体电解质如熔融氧化物和熔融碳酸盐相对比较陌生。涉及电解液的存储方式，学生容易遗忘燃料电池的特殊性。对于隔离物的问题，主要是借鉴氯碱工业的离子交换膜，学生搞不清楚什么时候用阳离子交换膜，而什么时候用阴离子交换膜，教师指导学生从溶液电中性以及离子移动的方向上解决此类问题。
（2）在组成和工作原理问题方面：电极名称问题比较简单，判断时学生一般不易犯错，最近考试发现学生的错误居然出现在“阳”和“阴”的书写上，两字混淆不清。放电的和充电的两极反应类型的判断上，学生问题也不是很大，电荷流向方面学生记得也比较牢固，但是具体在综合题中，不会灵活应用。总反应书写问题上，学生不太会根据氧化还原的原理去确定总反应，从而导致不能成功书写两极的反应，教师指导学生从常见元素变价情况上去解决此类问题如铁、钴、镍常见的变价都是+2价到+3价的转换，再结合题中给出的信息，找出氧化剂和还原产物，还原剂和氧化产物，尝试自己书写并从质量守恒和电荷守恒的角度检查是否正确。
（3）化学电源种类问题方面：学生基本能正确描述对一次电池如普通锌锰干电池和碱性锌锰干电池基本原理，但是书写容易忽视电解质溶液的环境对电极反应的影响，如：碱性锌锰干电池的负极的电极反应式，学生易误写为：Zn-2e-Zn2+，而正确的应该为Zn -2e-+2OH-Zn（OH）2；二次电池的难度要大些，教师引导学生以铅蓄电池为例，分析其充放电的原理，运用氧化还原得失电子的规律，由学生独立完成电极反应式的书写并分析两极质量的变化情况，解决负极质量并非只会减轻反而增重的问题。教师进一步拓展问题，协助从电子流向的角度让学生思考放电后充电如何接线的问题，学生通过讨论，尝试能从电子怎么流出再怎么流入的分析解决此问题，最终得出，放电时的正极连接电源的“+”，负极连接电源的“-”，简称“正接正”、“负接负”的结论。再分析到燃料电池的问题，学生的主要问题反应在记忆性方面的问题上，容易遗忘如它是反应物需要不断地从外界补充而不是存储在电池内部，效率转化更高等问题。其他的新型电池是近几年高考的热点，如2014年新课标全国卷（Ⅱ）锂离子电池，由于负极材料比较复杂，容易干扰学生做出正确的判断，因此，笔者把常见的锂离子电池的正极材料给学生进行了归纳，缓解了学生紧张的情绪，协助学生梳理了锂电池的反应原理，使学生能正确地解决问题。再如2014浙江高考题镍氢电池中的储氢金属或合金的问题，笔者指导学生理清题目的目的，协助学生根据题目的信息完成对此类电池含义的理解，帮助学生克服遇到新型电池就害怕的心理障碍，分析常见元素化合价的变化，运用氧化还原的知识，解决此类问题。最后，由学生自行归纳电极方程式的书写及要注意的问题。 （4）综合性问题方面：笔者结合近几年高考的热点，协助学生解决一些综合较强的问题，如2013年全国卷中关于“能量密度”问题，把物理与化学相结合，笔者指导学生理清思路，分析题中隐含的信息，找准解题的突破口，从题中所给出的能量密度的单位出发，找到求解相应的各个量，再把其综合起来，得出相应答案。再如解决一些实际应用问题，如电池为何回收的问题，同时分析有可能产生的污染；电池放电时间的长短，并分析可能的影响因素，以及如何选择购买各种电池的问题；碱性电解液的电池的优势问题，结合物理W科学生已有的知识解决此类问题；阐述“比能量”、“比功率”的含义，分析二者的区别，应用于比较电池的优劣，比较不同种电池的能量效率的差异问题。
三、 实施效果与分析
经过近一年的“问题解决与提高学生科学素养”的高三化学教学，学生在2015年南昌高三第二次联考第27题的问题作答中取得了较好的成绩。测试题如下：
锂是制造化学电源的重要原料，近年来磷酸铁锂（LiFePO4）材料被视为最有前途的锂离子电池材料之一，磷酸铁锂动力电池（简称LFP）是一种高效、长寿命的二次电池，其工作原理为C6Li + FePO4
x LiFePO4 + C6Li（1-x） + （1-x）FePO4，已知电池在充电时，阳极中的Li+通过聚合物隔膜向阴极迁移；在放电时，负极中的Li+通过隔膜向正极迁移。回答下列问题：
（1）下列可作为此锂电池的电解液的是
A. LiCl溶液 B. NaOH溶液
C. 锂盐的有机溶液 D. 熔融盐（LiAlCl4）电解质
（2）已知上述电池在充电时，阳极中的Li+通过聚合物隔膜向阴极迁移；在放电时，负极中的Li+通过隔膜向正极迁移。
①放电时正极上反应的物质是 ，充电时的阴极反应式 ；
②若用该电池电解精炼铜，阴极质量增重12.8g时，则电池中经过聚合物隔膜的Li+数目为 。
（3）以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解一定浓度的（NH4）2HPO4和LiCl的混合溶液，溶液中析出LiFePO4沉淀，则阳极的电极反应式为 。
（4）金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度，如果理论上从电池输出的电压为3.60V，能量密度E=KW.h.kg-1
（列式计算，能量密度=电池输出电能/燃料质量，1kW・h=3.6×106J）
（5）锂离子电池与普通锌锰电池相比，其优点是：
。
检测卷的答题情况见表1分析，对学生答卷中的错误进行了统计，本题是围绕锂电池工作原理综合应用题，得分率为82.6%，说明学生对化学电源的充电放电的过程掌握得比较好，
少数学生不能通过分析化合价的变化来确定反应的反应物和产物，而导致电极反应式的书写困难；计算隔膜的Li+数目时也有少数学生不能从保证溶液电中性的角度解决此问题；计算能量密度时，多数学生已掌握了计算的技巧，主要存在的问题是部分学生不能准确算出其数值，运算能力亟待提高。
从测试结果来看，问题解决提高学生科学素养的化学电源的复习，学生分析问题、解决问题的能力都有了非常显著的提高。
四、 反思与启示
通过实践，笔者认为将“问题解决提高科学素养”应用于高三化学教学复习的指导思想，可行且有效，通过让学生不断经历问题的解决，激发了学生的学习兴趣，避免了复习课一味做题的枯燥无味，提高了复习的效率。但在实际教学过程中，还必须依据认知发展，设计有层次的问题，根据不同的认知层次，可以有不同类型的问题，可以尝试设计有梯度的问题框架，极大地调动学生学习和研究化学的积极性。设计如记忆性的、理解性的、运用性的、分析性的、评价性的和创造性的问题；按照问题的解决的难易，又可分为老问题、新问题、疑难问题、新问题发现等[2]。
最后，将高三的复习过程转化成学生对零散的问题的整合和拓展，通过学生的自主学习、自主探究，变“被动学习”为“主动学习”，通过尝试解决一个一个的问题，让学生体验成功的喜悦，极大地激发了学生的学习兴趣，把学生从枯燥的题海战术中解放出来，既能提高复习的效率，建立具有一定结构层次的知识和能力，又能提升解决实际问题的内在品质，进而提高学生的化学学科素养。
参考文献
[1] 曾国琼，董军.促进学生自主建构与发展化学观念的高三化学教学――以“铝及其化合物：高三复习课”为例[J].中学化学教学参考，2013（10）：22-26
[2] 王滋F.基于思维导图开展“问题化学习”实践探索――以高中化学复习课为例 [J].中学化学教学参考，2016（10）：38-42