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使用游戏积木来解释锂离子电池



  积木(Jenga)之类的塔式游戏可以用来向学童解释锂离子电池的工作原理,满足了对更好地了解对日常生活至关重要的电源的教育需求。

  尽管从智能手机到电动汽车,在我们许多电子设备中锂离子电池都非常丰富,但是可用来教孩子如何工作以及为什么重要的资源有限。

  伯明翰大学化学学院的一个团队设计了一种教育工具,该工具使用塔式游戏Jenga来解释电池内部的工作过程以及它们背后的电化学。他们的方法发表在《化学教育杂志》上。

  可充电锂离子电池由氧化物和石墨电极组成。这些通常建立在用电解质隔开的层中。当电池充电时,锂离子通过电解质从石墨移动到氧化物电极。涂有电极的集电器可以使电子通过外部电路移动,从而提供电能。

  通过使用积木层,孩子们可以了解电池的构造方式以及不同组件之间的相互作用。电池积木可以显示电池操作和关键特性。可以很容易地看到这种类型的电池的插层或分层化学。通过去除石墨电极中的几个空白块(这些块代表石墨层之间的空白空间),学生可以将锂离子块从氧化物电极移动到石墨电极。放电时将发生相反的过程。

  该演示的简单性为解释复杂的化学反应和氧化还原反应提供了基础。当学生以不同的速率从氧化电极上去除锂离子块时,对于不同应用的电荷速率的重要性和安全性也可以得到证明。更快的电荷总是导致积木结构塌陷。

  塔式游戏还可以通过显示在拆卸和重新插入锂电池块后电池块如何略微移位的方式,演示电池在连续使用中的性能如何降低。

  研究人员伊丽莎白德里斯科尔(Elizabeth Driscoll)解释说:“动手演示是支持学习的一种有用方法-例如,教师经常使用柠檬或土豆来解释传统的不可充电电池。但是我们知道,电化学是教师的一个棘手领域,这通常会导致学生产生误解。我们希望设计一个动手实践的活动,以帮助解决这一问题并解释这种可充电的类型。”

  通过引入具有强烈对比色和不同纹理的塔式组合,该团队还能够设计出教学工具,从而使盲人或弱视学生的包容性更高。

  过去一年,该活动已在多家访问学校进行了试行,其中包括:皇家化学学会的“最佳实践”示范演讲,得到了老师和学生的积极反馈。从伯明翰的ThinkTank科学博物馆到曼彻斯特科学博物馆和伦敦的皇家学会,这些套装还出现在博物馆的公共活动中。

  团队的下一步将是使活动能够被更多的学生广泛使用,并为这些主题的教育工作者提供支持。法拉第研究所和英国皇家化学学会提供的资金已使100套小型积木可以供应给伯明翰中学。触觉教室也将提供给伍斯特新学院和博尔顿感官支持服务。有兴趣制作自己的成套设备的教育者可以通过《化学教育杂志》上的开放获取论文来获取全部说明。