《电动势教学的高端备课》一文继承了“高端备课”的一贯行文风格,先批判现行教材的不足,然后提出自己的解决方案,最后来一番高大上的教学理论总结(此即所谓“高端”)。先且承认其对现行教材不足之处的论断——教材中“非静电力”叙述不清不楚、教材仍然没有解决电动势是什么的问题,我们就来看看作者提出的解决方案及其存在的问题。
其一、作者对“伏打电池”中“非静电力”及其作用机制的分析存在的明显科学性错误
作者认为,锌活泼,锌板与稀硫酸作用的结果是锌板中正离子融入溶液,因而锌板带负电,受负电吸引,在锌板附近聚集锌离子形成“锌离子薄膜”;铜因为没有锌活泼,所以,铜板与稀硫酸作用的结果是其上电子进入溶液,导致铜板带正电,最终溶液中的电子排列在铜板附近形成“电子薄膜”。
(然后外电路接通,电子从带负电的锌板经外电路流到带正电的铜板,于是锌板中电子减少,铜板得到电子。)
最后,在带正电的“锌离子薄膜”和带负电的“电子薄膜”之间形成了一个电场,这个电场将使溶液中的正负离子移动——这个电场对正负离子的作用就是所谓“非静电力”——因而,作者总结道,此处的“非静电力”其实还是电场力而非“化学力”。
评价:作者犯了三个明显的科学性错误:
其一,不经外电路导线连接,铜即能与稀硫酸发生反应!这是不可能的,铜其实根本就没有参与化学反应,其之所以有多余电子,是因为外电路接通后锌板上的电子从外电路转移过来的,若没有导线和铜板,则因为锌板带负电,就会阻碍锌离子溶进稀硫酸溶液,铜板能得电子纯粹是因为锌板带负电同种电荷相互排斥的结果(或者说锌板电荷在导线中电场的作用结果);
其二,溶液中的电子能排成所谓“电子薄膜”,奇也怪哉,电子何以独立存在,还能形成薄膜!其实,铜板带正电的原因是氢离子在化学力作用下“扑向”铜板并附着在铜板上而导致的,而带正电的铜板吸引附近的带负电荷的硫酸根离子,从而形成“负离子薄膜”。
其三,两膜之间的电场力是电源内将正电荷从负极搬到正极的“非静电力”!!!显然,作者根本就不明白,非静电力只作用在锌板和“锌离子薄膜”之间、铜板和所谓“电子薄膜”(正确的说法应该是“负离子薄膜”)之间,非静电力就是使锌离子溶解进入溶液的“化学力(溶解作用)”、使溶液中的氢离子“扑向”铜板获得电子的“化学力(沉积作用)”,而在这个范围内,静电力与化学力方向相反,化学力推动溶解(或沉积),而静电力阻碍溶解(或沉积);而两膜之间的电场力,恰恰是电源内的静电力——虽然这个静电力推动了离子运动,将正离子从锌板移动到了铜板附近,但这个过程并没有发生化学反应,没有非静电力做功将化学能转化为电能,这个静电力做正功,恰恰和外电路中静电力做正功一样的作用——消耗电能。
其实,作者因对非静电力缺乏本质性理解,就只好“望图起意”——课本第二节电动势原理图上,非静电力承担的任务是将正电荷从电源负极搬至正极,而两膜之间的电场力恰恰也就起了这个作用,于是作者就不假思索的认为这个电场力就是所谓的“非静电力”。如此说来,是课本那图把作者给“坑”了。
其二、作者企图“以化学电池为例讲清非静电力的本质”进而解决她所提出的“教材的不足”的适得其反
化学电池的原理,如前所述,实际上是较为复杂的,作者以研究生之学历企图搞清尚且搞不清,更不用说大多数中学物理教师了,而就算搞清楚了化学电池的原理,给学生讲解将是吃力不讨好的事,笔者就曾经尝试过这个讲法,发现徒增教学的难度和复杂性而已,对于电源电动势和非静电力的本质问题的教学基本上没起多少正面作用。作者的努力适得其反!
为什么会这样呢?因为学生在化学课上学习原电池的原理时,化学老师虽然能说清两个极板附近的化学反应,却说不清电势高低、导线中电荷的转移以及溶液中电荷的转移的机制,化学老师的说法是,“物理老师会讲的!”那么,物理老师大多并不懂得两个极板附近发生的化学反应,更为严重的是,大多数老师甚至不明白极板附近双电层(又叫做“电偶极层”)形成的机制和其间“化学力”与静电力的对抗与平衡,更无从给学生讲清楚了。而就算物理老师也清楚化学反应、电偶极层形成机制以及“化学力”与静电力的对抗与平衡,,要给学生讲清楚那么复杂的过程,学生又能较好的理解和接受,这实际上是困难的——笔者实践表明,绝大多数学生因其复杂性、综合性而感觉云里雾里,最后只留下电动势学习起来实在太难了,无法理解啊!
作者对人教版教材的批判,其实质是缺乏实际教学经验、没能够深入理解教材从知识体系的清晰完整性角度讲“有所欠缺”的必须。实际教学,必须尊重学生的实际,讲究循序渐进的原则,一味的企图一步到位讲清楚讲到位,对于教学来说不是一件好事!
那么,作者提出的问题有补救措施吗?有!那就是按课本将基本内容讲完之后,对快班、竞赛班学生进行补充拓展讲解,或者在高三一轮复习时再深入讲解。上新课时,即便在第七节《闭合电路欧姆定律》中,也不宜在普通班深入分析课本那幅电势升降图,一深讲就必然牵涉到化学电池原理的讲解。
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