【摘要】本文以电化学内容为例，探索在新课程标准理念下，要促进学生主动学习，深度学习，教师必须先进行深度学习，打通学科间关系，学习前沿知识，教学中方能运筹帷幄。本文以新能源小车竞速项目为例探索深度教学，最终达到构建知识、提升综合能力、培养核心素养、发展高阶思维的目的。

【关键词】PBL教学；电化学；深度学习；深度教学

现今的课堂教学中普遍存在的教学浅层化问题，使课堂符合新课程的理念，就要发展深度教学。知识爆炸的今天，教师要给学生一碗水，已经不是一桶旧水能够解决了，新时代的教师还要是源头活水，不断更新才能跟上时代的要求。

一、什么是深度学习，教师为什么要深度学习

深度学习的本质特征就是主动参与学习、深度建构核心概念，理解学科思想、达到应用分析综合评价的高阶思维。开展引导学生深度学习的策略研究，要基于真实情景和问题解决，让学生充分参与教学，引导学生深度建构核心概念与学科思想。而引导学生化学深度学习的关键是促进学生深度建构化学核心知识，深度理解化学学科思想与核心素养，教师要引导学生进行深度学习，首先要求自身要进行深度学习。

二、高中化学教师如何对电化学内容进行深度学习

（一）高中化学教师学科理解应建立在大学教科书的基础上

教师对学科知识和学科思维方式本原性、结构化的理解，必然要求其理解要超脱于高中化学教科书这个基础，从而站在大学化学专业教科书知识的立场上“高屋建瓴”。

大学教材其电化学内容编排是站在整体的立场，将原电池与电解池内容融合在一起，因此在研究和学习“原电池”内容时，要从整体的思维去看待它。

（二）打通学科间联系

“原电池”是电化学知识的一个有机组成部分，它与化学自身，以及物理、材料学、生物等学科密切相关。电化学体系是一个可变多相多组分带电粒子的复杂系统，与其他学科相比，其具有更强的交叉性。

（三）学习原电池的前沿应用

利用原电池原理处理污水；原电池反应过程中伴随着发热，通过原电池原理可以加快氧化还原反应的速率，因此可用于生产、生活中对放热和对反应速率有需求的场合，如设计具有原电池原理的供暖救生衣、暖宝宝和自热米饭、自嗨火锅等。它们的基本原理是利用Mg、Fe、Al等活泼金属与氧气反应形成原电池，进而放出热量，并通过一定手段控制反应速率。

学习前沿知识的一些途径，如大学化学《物理化学》中电化学部分；电化学方面的专业书籍，有关电池的科普书籍；来源途径还包括期刊论文；互联网资源（例如中科院网站有个专门的“科研进展”栏目）、科普公共号（如“科普中国”、“化学好教师”等）等。

（四）教师需要从化学平衡观念、本原性理解知识

教师在宏观与微观视角的学科理解，只有进行了本原性理解，才有利于对宏观现象、结论的理解。例如在铜－锌原电池中，锌棒和铜棒在电解质溶液中存在着微观的沉淀溶解平衡，不同离子平衡时的电势是不同的，相互之间的差值（电势差）形成了一种“推力”，从而推动外电路的电子移动和内电路的离子移动，这是微观角度理解一般原电池能够工作的根本原因。

三、项目式学习（PBL）

项目式学习（PBL）模式起源于杜威等教育家提出的做中学、体验式学习、发现式学习等教育思想，是基于建构主义的一种学习方式。PBL对学生来说是一种学习方式，对教师来说是一种以学生为中心的教学模式。其过程是给学生一个真实的情境与问题，以小组合作的方式进行周期较长的探究活动，在活动中要完成如设计、计划、调查、问题解决、作品创作、评价以及结果交流等任务，最终达到构建知识、提升综合能力、培养核心素养、发展高阶思维的目的。

（一）任务驱动——结合广州市“我与化学”自制电池驱动小车竞速活动

1.查找资料——电池种类，确定方向

对比一次电池，二次电池，对比原材料价格，难易程度，选择制作方向——小组分工合作。小组可以选择一次电池如铝空气电池，氢氧燃料电池，干电池。

2.以二次电池为例——挑战性项目

二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。

市场上主要充电电池有镍氢电池、镍镉电池、铅酸（或铅蓄）电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池等。

上网了解二次电池制作的工艺，价格，难易，如广州图书馆，淘宝了解有没有原材料供应，对比价格。

铅酸电池价格低，性能稳定且容量大，仍会在较长时间内发挥不可替代的作用。最终确定制备最常见的铅酸蓄电池。

铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。

电池放电时，由化学能转化为电能，电池反应式为：

3.查找资料如何自制铅蓄电池

通过B站（bilibili）了解到用电焊锡丝制作简易铅蓄电池。锡丝是锡和铅的合金，没有现成的PbO2，利用电解法使锡丝一极连接电源正极发生氧化反应促进生成PbO2。实践获得不错效果。

但是这种简易电池不稳定，衰减比较快。驱动小车时间太短，且简易电池太重，小车无法承受这种重量。

4.跨学科融合解决问题

关键时刻通用技术学科黄老师带来了技术指导。通过小车电压已经达到，测量一下驱动电流，无阻力情况需要达到二十多毫安，有阻力的情况需要达到一百多毫安，重点在于增大电流。串联增大电压，并联增大电流；计算小车的电机功率，驱动电压，电流。先增加单个电池容量，从增大接触面积，减小溶液重量角度考虑。

了解商用铅酸电池构造，拆解废旧的铅酸蓄电池直观了解，获得灵感。

盐水小车电机只需要1.5-2伏，适当负重情况下电流达到一百多毫安就可以驱动。由此计算我们只需要两个电池并联就可以达到驱动小车的目的。

最初我们模拟使用锡丝来制作电池，效果不佳。分析对比原因是铅含量低，换为铅含量高的保险丝，稳定性大大增强；使用无纺布作隔离膜两天就腐蚀了，两极接触短路，换成了耐腐蚀的塑料纤维网。

对比几款小车，采用（HYELEC）HY3005ET 直流稳压电源可调电源测量小车驱动的电压与电流。经过测试测得风力小车驱动电流需要一点多安，自制电池太难达到，淘汰了风力小车；盐水小车对比了几种款式，其中一款效果较好；太阳能小车也对比几款，其中以一款太阳能小车驱动电流电压速度均比较适合。

学生在教师的引导下，经过比对实践，设计组装改装小车，设计电池，最终获得较优方案，步骤如下：

（1）取合适大小的圆底小塑料盒（直径约5厘米），将铅含量较高的保险丝绕成4个直径约4.8厘米大小的铅线饼；

（2）把4个铅线饼放圆底盒子中，饼与饼间用塑料网隔离；

（3）将中间两铅线饼线头缠绕一起并伸出盒外（作正极用），底层和上层的两铅线饼线头绕一起并伸出盒外（作负极用）；

（4）盒盖打上小孔；

（5）盒子中加入适量50%左右硫酸溶液（能没过上层铅线饼即可），垫上塑胶网，盖上盒盖。铅蓄电池成型（如图1所示）；

（6）两极连接（标注正负极）（HYELEC）HY3005ET 直流稳压电源可调电源，将电压调至3V左右，给铅蓄电池进行恒定电流充电（约2个小时），放电几次激活两极；

（7）激活后换为25%左右硫酸溶液，后续充电时间几分钟即可，测得铅蓄电池电压2V左右，电流约四百毫安（如图2所示）；

（8）双面胶黏在小车放置电池的位置，将铅蓄电池调整粘牢在小车上，连接小车电机，小车快速跑动持续时间较长，最快可以达到2-3米每秒（如图3所示）。

学生们经过这个项目，获得了付出后收获的成就感，最终达到构建知识、提升综合能力、培养核心素养、发展高阶思维的目的。

（二）拓展与提升

1.可持续发展——铅蓄电池如何进一步发展

实验后废液的无害化处理，两极极板回收待下一阶段继续使用。了解废旧铅酸蓄电池的回收和再生研究，随着废旧电池数量的增加，环境污染和资源浪费问题日益突出，因此，铅酸蓄电池的回收和再生显得非常重要。渗透环境保护，社会责任感教育，实现可持续发展。

引导学生进一步了解发展的方向——如改进两极材料如碳包覆的铅粉负极材料

超级铅酸蓄电池的结构大致分两种，一种为内并式，即将超级电容电极与传统铅负极分区独立放置，二者并联共同组成超级铅酸蓄电池的负极；另一种为内混式，即将传统铅酸蓄电池的负极材料与炭材料混合，组成一个新型的铅炭电极。

超级电池的关键技术主要有两个，一是寻找能在高浓度硫酸溶液中保持稳定的电容炭材料，二是复合出由电容碳与铅相结合的负极极板。

2.开拓其它衍生项目

项目——自制氢氧燃料电池驱动小车；项目——自制其它一次电池驱动小车。引导学生对几种电池进行综合评价与展示。

自制暖宝宝，污水处理等等项目，形成特色课程。

每个学生都是一个完整的、发展中的、未完成的个体，深度教学的最终目标是使每个学生都能终身发展。深度教学的最终目标是为学生提供一种 “成长”的感觉，并通过化学学习促进个人全面发展。

参 考 文 献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]王伟.高中化学教师学科理解水平评价研究[D].上海：华中师范大学，2020：140-180.

[3]刘盛终，丁一等.废旧铅酸蓄电池的回收和再生研究进展[J].电源技术，2020，44（11）：1701-1704.

[4]郎俊山，宋红磊.超级铅酸蓄电池研究进展[J].广东化工，2016，43（323）：148-149.

[5]百度知道.二次电池[OB/OL].https：//baike.so.com/doc/6848098-7065524.html.

[6]百度知道.铅酸电池正确充电方法[OB/OL].https：//zhidao.baidu.com/question/652402467478186165.html.

[7]百度知道.铅酸电池正确充电方法？[OB/OL].https：//zhidao.baidu.com/question/758096690977900724.html.