高中化學與通用技術課程整合互促的研究

　　摘 要： 本文從課程整合的角度出發，分析化學與通用技術兩個學科融合教學實現互促的可能性，并提出個人見解。

　　關鍵詞： 高中化學 通用技術 程整合

　　一、發現問題，提出疑問

　　高中化學是一門以實驗為基礎、知識點多的學科。然而，很多學生接觸實驗的機會少，且不善于串聯知識點。相對于初中，高中化學的難度增大，廣度拓展，更強調課本知識與生活生產緊密聯系，對師生的要求更高。所以，部分基礎薄弱的學生對化學敬而遠之。

　　而另一邊，許多學校正在推進通用技術課程。通用技術課程趣味性強，強調科學實踐，能開闊視野，受廣大學生喜愛。于是我們大膽提出：化學課本的知識，能否整合到通用技術課程中，這樣既能提升學生學習化學的興趣，又能推進通用技術課程開展?帶著這樣的疑問，我們嘗試將這兩門課程整合，開發出一系列整合課程，利用通用技術課的課時，進行試驗。

　　二、思考對策，解決問題

　　我們認為，要做好課程整合，一要保證學生的學習興趣，二要找到化學與通用技術課程整合的切入點。通用技術課程的一大特點，就是探究式的“玩”。學生在“玩”中學，“玩”中完成知識的“內化與提升”。所以，我們設計的整合課程，也必須保證在好玩的基礎上，讓學生不知不覺完成對化學知識的“內化、提升”。

　　以下是我們針對高一學生開發的課程整合案例。案例將部分電化學知識融入到通用技術《控制與設計》單元中進行教學，內容包括原電池的形成條件，正負極材料的差異對電池性能的影響。如下：

　　《鹽水電池小車的設計與制作》案例

　　1.基本原理：鹽水電池小車(如圖1)，是指用鹽水電池驅動的小車，分兩部分。一部分是車體，另一部分為鹽水電池，提供電能。

　　接線如圖1所示：鹽水電池的負極為活潑金屬，正極為較不活潑金屬或炭片。兩電極一端分別經導線連接到馬達的兩個接線柱，另一端浸泡在食鹽水中。

　　電池電子流向：負極失電子——電子流經馬達——再經導線流向正極。水中的NaCl電離充當導體。

　　2.實驗用品 ：車輪、車身零件、微型馬達、鎂片、鋁片、鋅片、不銹鋼片、多孔活性炭片，小塑料杯、NaCl晶體、蒸餾水、導線、萬用表。

　　3.設計目標

　　探究目標1：學生用車輪、車身零件、微型馬達，完成車體安裝。

　　學生通過討論，提出關鍵問題：安裝小車零件順序如何?馬達接線方法如何?

　　學生總結的解決方法有：①先將零件粗略拼湊一次，把小車的外型大致擺玩一下，然后組裝。②裝鹽水的杯子大致放在車后面，則小車前輕后重，建議用后驅動小車會更有力。很明顯，學生“擺玩一下”的過程，也是設計與控制的過程。

　　探究目標2：學生完成車體安裝后，探究不同電極材料對鹽水電池電壓的影響，最終選出最優的正負電極材料，驅車前進。

　　學生分組討論，提出思考方向：在保持正負極材料之間距離不變的情況下，利用控制變量法，探究電極材料對鹽水電池電壓的影響。

　　關鍵問題：原電池工作的四個必備條件為：①兩個活潑性不同的電極;②電極插入電解質溶液中;③構成閉合回路;④自發發生氧化還原反應。在電極材料的選擇上，要考究條件①和④。那如何選擇正、負極材料呢?

　　學生經過分析，提出以下解決方案：

　　一般負極材料選用活潑金屬，所以選用鎂片、鋁片、鋅片、不銹鋼片作負極材料，而多孔活性炭片作正極材料，NaCl 溶液作為電解質溶液。用導線連接正負極和小車馬達，測量用不同的電極材料，所產生的電壓。學生所測數據大致如表1。

　　學生分析表1 可得出結論：

　　① 不同電極的鹽水電池所產生的電壓不盡相同，最理想的負極材料為鎂片，正極材料為活性炭片。

　　② 按金屬活動性順序，Al 的活性比Zn高，Al做負極時，鹽水電池的電壓應高一些，但實際是Zn高點。原因：Al的表面極易形成氧化膜，不利于失電子。所以Al在使用前，應用砂紙摩擦，除去氧化膜，排除干擾。

　　探究目標3：在完成探究目標2后，嘗試寫出鹽水電池的電極反應式及總反應式。

　　學生可根椐實驗現象推導答案。觀察到的現象大致如下：

　　①隨著鹽水電池工作時間加長，鹽水由無色透明變渾濁。

　　②鹽水中產生氣泡。

　　③鎂片溶解，碳片無明顯變化。

　　根據上述兩個現象，學生寫出的答案大致分兩個流派，如下：

　　第一流派的學生認為：Mg可與水反應生成沉淀并產生氣體，根據氧化還原反應的知識，可知沉淀是Mg(OH)2，氣體是H2。Mg作為負極失電子，H2O中的H+得電子產生H2。

　　第二流派的學生認為：Mg跟吸附在炭片上的O2反應，Mg作負極失電子變成Mg2+，正極炭片上O2得電子并與水反應生成OH-，OH-再與Mg2+反應生成沉淀。至于鹽水中產生的氣泡，待考究。

　　對于以上兩種答案，老師并沒有馬上給出答案，而是讓學生再觀察實驗現象，查資料，下一次課再作探討。

　　一周后，第二流派的學生給出進一步說明：氣泡是在Mg片(負極)上產生的，可以斷定，產生的氣體不是因為原電池反應產生的，而是Mg片與水直接反應(副反應)產生，且該氣體是H2。而第一流派的學生也大方承認自己觀察實驗不夠細致，有錯。

　　第二流派是正確的。兩大流派的學生通過觀察、辯論、查閱資料，最終得出正確答案，獲得能力與知識的提升。這不正是我們想要的結果嗎?

　　三、效果反思，經驗推廣

　　化學老師開發的這個化學與通用技術學科融合教學案例，目的明晰：首先讓學生“玩”起來，然后通過探究獲得更豐富的學科知識，達成化學與通用技術兩個學科的素養雙提升的目的。類似的案例還有很多，如《手工皂的設計與制作》等。化學組所做的這些學科融合例子，可以證明，只要找到合適的切入點，完全可以實現“化學與通用技術課程整合并相互促進”的目的。

　　參考文獻：

　　[1]李華倫.鎂燃料電池[N] 中國金屬通報，2012年第35期

　　[2]錢鴻頡.“鹽水電池”點亮 LED 燈的幾種方法[N] 中國金屬通報，2018年8月31日

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