1、 从一道习题谈电动势教学暨高考改革文章摘要：教学应如何教，高考应如何改，这是摆在广大教育工作者前的一道课题。当前的教学形成了，一是为了减负，高考试行必考选考制，于是高中教学“顺应”这个趋势，形成了必教与选教（实是删除）。另一方面在有限的课程课时内，随意增加了知识的深度，使学生负担不见减轻，反而加重的怪圈。高中教育定位偏差，高中成了高考预科班的现象急待纠正。关键词：电动势 电动势教学 高考改革 一。问题的提出.图1有一道习题：如图1是电解硫酸铜溶液的装置示意图，图中电压表示数为U，电流表的示数为I，通电时间为t，下面的说法正确的有（ ）AIt是这段时间内流到铜板上的阳离子所带的总电量BUIt是这
2、段时间内所产生的总焦耳热CUIt是这段过程中该电路消耗的总电能DUI是电能转化成化学能的功率本题答案选A、C。选项C是显见的，就是A选项让人纠结，在电解质溶液中，形成电流的是正负离子，形成电流的电量是正负离子所带电量绝对值之和。本题流到铜板阳离子为什么不是呢？要回答该问题还要从电解液导电机理谈起，它也牵涉到化学电池电动势形成的问题。RBACD图2铜 锌+-+-如图2在电解液中插入两根化学性质活泼不同的金属板（如锌和铜或碳板）做电极，在电极附近的溶液中将发生复杂的物理化学变化（反应）。当两电极不加负载时，较活泼的金属电极B将失去电子被氧化成阳离子溶进到溶液中（如锌离子），并聚集在电极附近D，该电
3、极因有多余电子带负电而形成一极化电场，存在电偶极层的电极电势。于是DB间化学作用促使正离子向D运动，电场作用使正离子向负极B运动，随着D处正离子的增强，电场加强，最后达到平衡状态，在电极附近形成一稳定的极化电场，方向由溶液指向电极，其电极电势差,在该区域只有正离子。这就是上例选A的原因。同理在较不活泼的电极A也将发生相应物理化学反应，溶液中的阳离子在电极处获得电子被还原，并使电极因缺少电子而带正电，在该电极附近C聚集负离子,形成另一稳定极化电场，其方向由电极指向溶液，电极电势差。当外电路开路时（即不接外电阻R），电路中没有电流，除AC、DB间外，CD间电场强度处处为零，各点电势相等，电解液没有
4、电流，正负离子只做无规则热运动，离子浓度处处相等,由热运动的均等性可知，任取一截面正负离子绝对值之和相等1。以上分析也是化学原电池的原理，以中学常见的锌酸电池为例，溶液为稀硫酸，则锌片为负极会随电池的使用慢慢溶解腐蚀。在正极铜板或碳棒处会看见硫酸中的氢离子被还原成氢气而释放。若外电路闭合，则电路中有电流通过，具体又可分成接上电阻（负载）或另一电源两种。前者是化学电池放电，在两极电场作用下（方向由正极到负极），负极B处的电子经外电路的电阻R流到正极A处与正电荷（正离子）中和，形成由正极A到负极B的电流，使两电极上的正负电荷减少，溶液中电极附近的极化电场被削弱，此时聚集在DC间的多余正负离子在D、
5、C间形成另一电场，方向由D指向C，DC间有电势差（内电压）,于是溶液中出现电流,方向由负极到正极。可见就是这个电场输运着溶液中电荷形成电流，其间形成电流的电荷是溶液中正负离子朝相反方向的漂移。电池内阻,其值会随溶液中单位体积电荷数即离子浓度n减小而增大。可见在电池内部，除两电极附近处，形成电流主要还是靠电场的作用。后者接电源就是电源的充电或电解电镀装置。如果是充电，原电池的锌板B接外电源的负极，铜板或碳棒A接电源的正极。由于外电源电动势大于原电池的电动势，与放电不同电流从铜板流入，从锌极流出，铜板上电子减少，锌板上电子增多，破坏电极附近电偶极层内的平衡状态，促使化学反应速度加快以维持两极处电场
6、间的电势差不变，其结果是增加了溶液中正负离子的浓度n，提高电池电量的储存，减小了电池内阻。其过程将外界的其他能转化为电源的电能。如果是电解或电镀，电解槽（相当原电池）中的阴极B（挂电解提纯件或电镀的镀件）接外电源的负极，阳极A接外电源的正极。同样在两极处发生物理化学反应，在外电源作用下，电流从阳极A流入，从阴极B（镀件）流出，破坏电极附近电偶极层内的平衡状态，提高了两极处化学反应速度，加快正离子在阴极处的还原。其过程是将外界的电能转化成其他能（如化学能）。原电池内电场的分布，也可以从场强合成分析。正极A板聚集正电荷，负极B板聚集负电荷，在溶液中，形成方向由A指向B的外电场,原电池内C、D也聚集
7、着正负离子，形成由D指向C的另一极化电场（类似于静电场中导体的感应电荷形成的感应电场）。不接负载时，这两个电场等值反向，C、D间合场强为零，所以C、D间电势处处相等。接上负载后，由于电源放电，外电场小于极化电场，在C、D间合场强不为零，方向由D指向C，使正负离子定向移动，形成内电路电流。当接上外电源时，外电场大于极化电场，使C、D间合场强不为零，方向由C指向D，使正负离子定向移动,形成充电电流。二。关于电动势教学的讨论分析了原电池原理，自然要提到电动势教学。从上面分析讨论中可得到，若用电压表测得AC间电压及DB间电压，发现为一常数，与电源空载（开路）和加载（闭合）无关。其值就是电源的电动势 。
8、而用电压表测得的AB间电压称为外电压，测得DC间电压为内电压，其和也等于电源电动势大小 。前者揭示电动势形成的本质，后者只表明电动势与内外电压关系，不能混淆。曾听了一节高二电动势教学观摩课2，其基本思路就是与上面讨论相似，从化学电源内部电场电势差讲起，再引入电动势定义。与传统的电动势教学比较充满新意。评课老师的评价是有创新教学。但笔者以为教学仅仅体现了“新” 与“奇”不足为倡。传统电动势教学，一种是从非静电力做功定义电动势，进而简单分析在电源内部，非静电力对电荷做功（实质是仅限于电极附近），使正电荷（正离子）向正极，负电荷（负离子）向负极做定向移动，形成电流从负极流向正极。属以理论推导为主。另
9、一种是从实验研究入手，通过对锌酸电池电极和电极附近探针的测量，分别测出内外电路的电压，寻找内外电压的关系，进而定义电动势，并分析电源电动势与内外电压的关系。两种方法共同之处，就是省略了详细分析电池内部化学作用形成电动势的机理，及内部电场的分布情况。也就是说，前者（观摩课）教学重点在电动势形成的微观机理上，后者（传统课）侧重于电动势的宏观表述上，各有特色。从教学教法上讲均是可取的。但就高中教学上而言，本人以为传统教学更符合中学教学的要求。理由是：其一，中学只需要学生掌握电动势这一概念，会应用这一知识处理相关电路问题。不必详细追究其形成过程。即使在大学普通物理教材中3，原电池（丹聂耳电池）也只是作
10、为参考知识，作为选学内容以小字体形式出现。也就是说，大学都不将其作为必修的，何况中学！其二，增加电动势微观形成机理的探究，势必增加学生不必要的负担，出现与微观形成相关的练习如文章开头的习题。这对学生掌握及巩固电动势的概念无用。于课标要求相悖。其三，这种电动势微观形成的机理，也只是化学电源成立，对于其他电源，如太阳能电池，应用电磁感应原理的发电机电源,等离子体电源等并不适用,不具普遍意义。如果是对教师培训, 此观摩课教学还是可行的,他提高了教师业务水平,使教师能站在比较高的位置,俯视教学内容,能对一些学有余力的学生进行提高教学。但在中学一般课堂教学却是不应该，不提倡的.其弊大于利。查遍历年高中物
11、理课本，不管是文革前或文革后，从甲种本到选修必修教材，不管是人教版或其他地方版，都不见在电动势教材中探讨化学电动势的形成机理。化学原电池的形成在化学课程4 5有专门学习,高中物理不能越俎代庖。出现这种情况，主要是对中学课标要求(即原来称之为教学大纲)掌握不妥.对教学定位的理解错位引起的。而提到定位问题，又不得不牵涉到高考改革。三，关于高考改革的思考如今的高考改革陷进了一个怪圈。一边是为了减轻学生负担，设置了必考选考制。以为可以通过选考减轻学生学习压力，以便让学生有更多时间开展研究性学习，拓展学习空间，增加动手等实践活动。而实际上这种选考到了学校却成了选教。比如物理科3-3的热学与3-5的动量原
12、子物理是属选考内容，选教热学或原子物理学已成教学的“潜规则”，选考的就教，不考的就删。本来中学物理力、热、电、光、原五部分知识完整，现在残缺不全了。在很多中学中，删除3-3热学内容。而实际上热学知识与自然科学和人文科学关系非常密切，删之可惜啊。升到大学读理科的学生热学空白，读文科的缺少必要的常识。另一边学校在必考科目中又大做文章，随意拓展知识深度，名曰探索教学。限于中学生的年龄及心理思维特征，中学阶段有特定的教学要求，一切教学活动都应该在课标要求（即以前的教学大纲）框架内进行。如何把握好这一点，是搞好教学的首要问题。但在这点上，教学的把握并不见得很好。比如说上面提到的电动势观摩课教学就有随意拔
13、高之嫌。这种情况在教学中并不少见，同时也反映在高考的命题上。自从高考命题权下放到省，高考命题班子从原来全国命题中心转变为各省临时命题组，人员从专职到随机组合。笔者以为命题缺少了命题中心原有的连贯性和规范性。以本省（福建）为例，2010和2011两年理综物理高考试题都出现了据评价是为考查学生能力的新题。卷中提示 “物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证，有时只需通过一定的分析就可以判断结论是否正确。”如2010年18题分析判断如图3关于点处电场和2011年分析判断如图4绳子拉力T1正确的表达式”（其中滑轮有一定大小，质量为且分布均匀的）的选择题及如图5的在正交电磁场中运动电荷的第22计
14、算题5。这些题目有个共同特点就是高中物理课标中没有要求，而在物理竞赛辅导中都有详细学习。也就是说，这种题目虽然对学生的能力有一定区分度，但选择题区分的不是分析判断能力而是猜题运气。同届的考生，有参加竞赛辅导和没有参加结果大相径庭。体现在几乎是道死题的2011年第22计算题，有解答的也是按竞赛方法用速度合成而非用参考答案的按谐振动方法求解。高考的权威性体现在“公开，公平，公正”的“三公”性上，这样的试题还有权威性吗？各校为高考成绩计，教学上势必加码，增加学生的负担。命题所起的导向作用，只能是将中学物理教学引向歧途。这种教学定位的偏差，使中学成了高考预科班，迷失了高中阶段基础教育的原目标。我们怀念
15、上世纪90年代末的物理高考试题，既有一定的难度和区分度，又不超出中学大纲要求。本人以为，减负关键不在选考和必考，而是对教材和教学的把握。在中学一线的教师，哪个不感觉到当前中学教学负担是越减越重，负越减学生的时间越少，负越减学生空间越小吗？高考应该改革，但必须是真正有利于中学教学，有利于学生发展，有利于高校选拔人才和体现“三公性”，而不是花架子。还有那已违背选拔奇才偏才的初衷，近乎专为某些人开设的小高考似的各种自主招生和校长实名制推荐。参考文献1 沈瑞知 电解液导电时电流分析。新课程学习(上)杂志社 2010年第01期2 黄巧曦 福州七中 电动势课堂实录福建省高中教师（物理学科）远程研修班 3 赵凯华、陈熙谋 电磁学上册。人民教育出版社 1978年4月第1版4 高级中学课本化学第三册。人民教育出版社。1995年10月第2版5 武汉大学等编,章晋等修正 高等教育教材无机化学6 福建省招生办公室普通高等学校招生统一考试试题、参考答案2010年、2011年