从“解题程序”的教学顺序看高中电化学教材的编写顺序_原电池论文

高中电化学教材编写顺序探析——基于“解题程序”教学顺序的视角，本文主要内容关键词为：顺序论文,电化学论文,探析论文,视角论文,教材论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      化学教学过程是一个循序渐进的过程，因此，在化学教材编写中，教学内容也应按照一定的科学顺序呈现出来。在考虑化学教学内容的教材编写顺序时，现有教材主要从学科知识的逻辑顺序、学生的认知顺序、学生对未知内容的探究过程等方面着手[1]。然而，有时从方法、“解题程序”等的教学顺序来考虑教材编写的顺序，也将有利于教材的优化，毕竟方法、“解题程序”等内容的学习也存在顺序先后的问题。

      为此，从“书写复杂的电极反应式”这类习题的“解题程序”的教学顺序，来考察高中电化学的教材编写顺序。之所以选择这一视角，是因为在高中电化学的学习中，“书写电极反应式”这类解题技能是电化学学习的关键与核心，也是解决电化学问题的基础与核心，而掌握这类解题技能的核心又在于学会其“解题程序”。该类解题程序的学习并非一蹴而就，而是需要一个由易到难的渐进过程，因此，从该类解题程序的教学顺序来考虑高中电化学的整体教材编写顺序，具有较大的理论与实践价值。

      一、“书写复杂的电极反应式”的解题程序

      （一）“书写复杂的电极反应式”的解题程序

      电化学主要可以分为“原电池”与“电解池”两大部分（注：为了叙述方便，将电池视为复杂原电池，归为原电池的范畴来讨论），因此，“书写复杂的电极反应式”的解题程序也可分为“书写复杂的原电池电极反应式”的解题程序和“书写复杂的电解池电极反应式”的解题程序。其中，“复杂的电极反应式”主要指“需要学生自己添加

或

、“需要进行电荷守恒配平”的电极反应式，例如碱性锌锰干电池的电极反应式。

      通过对几名化学教师的访谈以及结合自身的解题经验，归纳出如表1所示的“书写复杂的原电池电极反应式”的解题程序（后文简称“复杂的原电池解题程序”），和如下页表2所示的“书写复杂的电解池电极反应式”的解题程序[2]（后文简称“复杂的电解池解题程序”）。

      

      

      表1中的“5令电荷守恒”较难理解，结合例题1进行具体说明。

      例题1：某碱性锌锰干电池工作时的总方程式为：

。请写出负极所发生的电极反应式。

      在进行“5令电荷守恒”这一步前，已完成的式子为：Zn-2

=ZnO。

      令电荷守恒：

      （1）标出反应式两边各自的电荷总数：

      

      （2）计算两边电荷总数差值的绝对值n:n=2

      

      差值绝对值：2

      （3）电解液若为酸性，则在反应式单边加上n

，若为碱性，则在反应式单边加上n

，若为中性（含因水解而显弱酸或弱碱性），则在反应式单边加上n

或n

。因为该干电池的电解液为碱性，所以在反应式的左边加上2

：

      

      差值绝对值：2

      碱性：+2

      整理得式子：

      （二）“解题程序表”的几点说明

      “书写复杂的电解池电极反应式”的解题程序主要可分为2种情况讨论：一种是已知总方程式的情况（常见于可充电电池的充电过程），另一种是未知且难写出总方程式的情况。表2所示的是后者的解题程序。因为前者的解题程序与表1相似，因此不将其列出。

      此外，当学生掌握好上述解题程序后，还可将这些解题程序组合成一个更为完整的“书写复杂的电极反应式”的解题程序图表，组合后的程序，第一步是要判断问题情境为原电池还是电解池[3]。因为该组合后的解题程序对教材编写顺序影响不大，此处不做讨论。

      最后，想要说明的是，上述解题程序是用于初学者的学习，这样才能更好地用于解题程序的教学顺序的确定。因此，表中解题程序尽可能细化，使一些被跳过或被合并的认知操作尽量还原成完整的、单独的认知操作。相关研究表明，细化的操作程序非常有利于初学者模仿和掌握，而粗疏的操作程序并不利于初学者掌握，甚至使其无法掌握[4]。当然，当学生将这些解题程序操作足够多次时，自会将表中细化的步骤合并、重组，形成一个相对粗略简约的解题程序。

      二、“书写复杂的电极反应式”解题程序的教学顺序

      对于简单的认知操作程序，其教学顺序一般是从头到尾一步一步地按顺序进行。但是，对于复杂的认知操作程序，这种教学顺序就不是最好的选择[5]。对于“书写复杂的电极反应式”的解题程序，最好先从较容易的部分进行教学，然后再教更难的部分。这符合学生由易到难的认知规律。依照这一原则，对“书写复杂的电极反应式”解题程序的教学顺序进行分析。

      （一）“复杂的原电池解题程序”的教学顺序

      表1所示的“复杂的原电池解题程序”里，子程序“5令电荷守恒”对于学生来说相对陌生，且又要分成“酸性”、“碱性”和“中性”3种情况讨论，难度相对大，因此，可以先学习不含该子程序的“书写简单的原电池电极反应式”的解题程序（后文简称“简单的原电池解题程序”），见表3。

      

      在学生熟练掌握“简单的原电池解题程序”后，就可学习含子程序“5令电荷守恒”的解题程序了。那么在这部分的学习中，应该先学习一次电池、二次电池与燃料电池中的哪一类解题程序呢？经过对这3类“复杂的原电池解题程序”的分析，认为其教学顺序应顺次而下。下面将做具体的解释。

      书写一次电池的电极反应式的解题程序一般都像表1所示的那样，而且都是已知总方程式的情况。但是教材中的二次电池，主要是铅蓄电池，其电极反应式的书写则要对表1进行一定调整：在进行“5令电荷守恒”这一步时，要先在之前所得的式子左边添上

。因此铅蓄电池要延后学。至于燃料电池，一般都属于未知总方程式的情况，需要学生自己写出总方程式，其难度更大。而且，甲烷燃料电池总方程式的书写，还要考虑到连续反应的情况，即

与

反应所得的产物

还可以继续与电解液中的KOH反应。因此燃料电池最好要比铅蓄电池更延后学。

      此外，还要再考虑一种特殊的“复杂原电池的解题程序”，这一解题程序出现在金属吸氧腐蚀的正极反应式的书写中。其特殊性与复杂性在于，总方程式未知且难写出，因此，要根据常见氧化剂的知识，得出氧气在正极发生反应的结论。同时，在进行“3确定氧化或还原产物”这一步时，不能直观地从总反应式中得出产物，而是要学生自己依据氧化还原反应的理论去推理得出，所涉及的子程序与表2所示的“3确定氧化或还原产物”相同。因此，书写吸氧腐蚀的正极反应式的解题程序应置于3类电池之后。

      （二）“复杂的电解池解题程序”的教学顺序

      在表2所示的“复杂的电解池解题程序”里，存在3个难点：“2确定阴阳极参与反应的主要物质”子程序、“3确定氧化或还原产物”子程序以及“5令电荷守恒”子程序。而后2者主要是同时出现于阳极为

离子参与反应的情况。因此，可以先学习不含后2个子程序的“书写简单的电解池电极反应式”的解题程序（后文简称“简单的电解池解题程序”），见表4。

      

      而在“复杂的电解池解题程序”中，“已知总方程式的情况”（常见于可充电电池的充电过程）与“未知且难写出总方程式的情况”这2者又该谁先谁后呢？若前者为先，则符合由易到难的顺序，但不利于后者学习的连贯性；若后者为先，则反过来。可见这2种顺序各有利弊，应结合其他视角再做定夺。

      此外，高中教材常出现电解池原理应用的一些实例，主要有氯碱工业、电解精炼铜、电镀和电冶金。通过对这几个例子的电极反应式书写的解题程序的分析，发现它们都属于表4所示的“简单电解池的解题程序”，彼此间的难度差异不大，因此，从这一角度来看，这些内容的教学顺序无所谓先后。

      （三）原电池与电解池的先后顺序

      对于“简单的电极反应式”，应先学表3所示的“简单的原电池解题程序”。比较表3与表4可知，在确定电极反应的反应物上，表4要难于表3，因为表4中的步骤涉及离子放电顺序的问题，学生在之前的学习中并没有接触过，且较为复杂，是一个全新的教学难点。

      对于“复杂的电极反应式”，则应先对表1所示的“复杂的原电池解题程序”进行教学。主要原因如下：

      （1）从表2所示的“未知且难写出总方程式”的情况下“复杂的电解池解题程序”来看，其难度会大于表1所示的“复杂的原电池解题程序”。从确定电极反应的产物来看，表2所示的解题程序是要学生自己依据氧化还原反应的理论去推理得出，其所包含的子程序“3确定氧化或还原产物”明显难于表1所示的“3确定氧化或还原产物”。而且，对于“依据氧化还原反应的理论去推理产物”这一方法，一般在必修1不要求学生掌握，因此对于高二的学生来说，难度还是存在的。

      另一方面，表1与表2所示的解题程序，都是在学完“书写简单的电极反应式”的解题程序后才要求掌握的。表2所示的解题程序与其对应的“简单的电解池解题程序”相比，多了2个复杂的子程序“3确定氧化或还原产物”与子程序“5令电荷守恒”，其难度提高的程度很大。而表1所示的解题程序与其对应的“简单的原电池解题程序”相比，只多了1个复杂的子程序“5令电荷守恒”，其难度提高程度相对小，若其先学，则更利于学生掌握。

      此外，表2所示的解题程序可应用的范围远小于表1的。表2所示的解题程序，通常在教学中只应用于这样的一种情况，即阳极为

离子参与反应的时候。而表1所示的解题程序则可广泛地应用于教材中的一次电池、二次电池以及燃料电池中。这进一步导致表2所示的解题程序被迁移与巩固的机会远小于表1。因此，若先学表1所示的解题程序，表1中的“5令电荷守恒”这一子程序就可以更好地被练习与巩固，进而更好地迁移到表2所示的解题程序中去。

      （2）另一方面，“已知总方程式”的情况下“书写复杂的电解池电极反应式”的解题程序与表1所示的“书写复杂的原电池电极反应式”的解题程序很相似，从理论上看，这2个程序谁先学谁后学关系不大，因为2种情况都会出现解题程序的正迁移和负迁移。例如，掌握了前者中的“5令电荷守恒”这一子程序，必然会促进后者的子程序“5令电荷守恒”的学习，反之亦然。但在教学实际中，前者的解题程序常见于可充电电池的充电过程，因此要先学习可充电电池的相关知识，也就是说，原电池应先于电解池进行教学。

      综上所述，“书写复杂的电极反应式”的解题程序的教学顺序为：（1）必修阶段：“简单原电池的解题程序”；（2）选修阶段：先“复杂的原电池解题程序”（一次电池、二次电池、燃料电池与吸氧腐蚀，依次而教），后“复杂的电解池解题程序”。而“简单的电解池解题程序”，应置于“简单的原电池解题程序”之后，“复杂的电解池解题程序”之前。至于它要放在必修阶段还是选修阶段，则各有利弊。若放在必修阶段，可使“书写电解池的电极反应式”的解题程序的学习有个梯度，有利于分散学习的难点。但是，因为“简单的电解池解题程序”与“简单的原电池解题程序”对于初学者而言，很容易相互混淆，若在必修阶段学完后者之后就立即学习前者，则会使混淆的可能性与程度加大，不利于学生学习。若放在选修阶段则相反。因此还应结合其他视角再做最终的定夺。

      三、高中教材电化学部分编写顺序的分析与建议

      对现行的3套高中化学教材电化学部分进行了编写顺序的分析，分析结果见下页表5。

      

      从原电池的教材编写顺序来看，3个版本的教材基本上都将“简单的原电池解题程序”与“复杂的原电池解题程序”分别置于必修阶段与选修阶段进行编排。这与“复杂的原电池解题程序”的教学顺序相一致。然而，苏教版的教材却在必修阶段安排了一个最难的“复杂的原电池解题程序”——“吸氧腐蚀”的电极反应式，这不符合“复杂的原电池解题程序”的教学顺序，不利于学生的学习。在选修阶段，3个版本的教材基本上都遵循“一次电池、二次电池、燃料电池、吸氧腐蚀”的顺序，与本文提倡的相一致。当然，也存在一些值得商榷的地方。比如苏教版的教材就将“燃料电池”置于“二次电池”之前，又如，苏教版与鲁科版的教材都将较难的“吸氧腐蚀”置于较易的“析氢腐蚀”之前。

      从电解池的教材编写顺序来看，人教版教材将“已知总方程式”的情况下的“复杂的电解池解题程序”（表现为二次电池充电时的电极反应）置于“简单的电解池解题程序”之前，这种编排是不合理的，因为在学前者之前，学生对电解原理的知识一无所知。苏教版教材在这一点上的处理，还是合理的。鲁科版则没有出现“二次电池充电时的电极反应”，显得有所缺陷。至于“未知且难写出总方程式”情况下的“复杂的电解池解题程序”，3个版本的教材均未呈现出来（即在教材中，没有明确出现“4

-4

=

↑+2

O”）。这一处理有些欠妥，因为“4

-4

=

↑+2

O”这一电极反应在电解池的学习中还是很重要的，且较难，仅靠学生自己去摸索，显然是很难掌握的。

      在“简单的电解池解题程序”的学习阶段安排上，各版本教材存在较大差异：苏教版将不完整的“简单的电解池解题程序”置于必修阶段进行学习，而其他2个版本则将“简单的电解池解题程序”置于选修部分，而在必修2中则没有出现电解池的学习内容。关于这2种处理方式的利弊，本文已讨论过，此处不再重述。此外，苏教版在必修阶段与选修阶段都只学习不完整的“简单的电解池解题程序”，并没呈现“阴阳离子放电顺序”的知识，这会导致学生在确定电极反应的反应物时，产生困难。而这一知识，仅靠学生自己去摸索，显然是相当难掌握且耗时的。总之，这样的处理不利于学生对这一解题程序的全面掌握，进而影响到电解池内容的学习质量。人教版的教材也同样存在这样的缺陷。

      而从原电池与电解池的先后顺序来看，3个版本的教材都是先安排简单原电池的教学内容，后安排简单电解池的学习内容，这与本文所提倡的“书写复杂的电极反应式的解题程序”的教学顺序相一致。

      上述的分析与建议仅是基于“书写复杂的电极反应式”解题程序的视角，难免有些不当之处。在教材编写时，还应与其他视角相互融合，实现教材编写顺序的最优化。最后还想强调的是，本文所说的“解题程序”，换一个视角，便可称为“解题方法”。事实上，许多化学解题方法、化学科学研究方法等方法类知识，与文中的“解题程序”一样，也都有其自身内在的教学顺序，在确定化学教材编写顺序时，适当考虑这些知识的教学顺序，将有利于提升化学教材与化学教学的质量。

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