基于學(xué)習(xí)進階理論的氧化還原反應(yīng)教學(xué)設(shè)計*

許志勤1** 張 榮2

（1泰州中學(xué) 江蘇泰州 225300；2泰州中學(xué)附屬初中 江蘇泰州 225300）

摘要：通過高中化學(xué)必修1第二章第三節(jié)“氧化還原反應(yīng)”的課堂教學(xué)設(shè)計和教學(xué)反思,，說明在概念教學(xué)中如何根據(jù)學(xué)習(xí)進階理論,，分析學(xué)生在初高中各階段對氧化還原反應(yīng)概念達到的理解程度及學(xué)習(xí)過程中的思維路徑，有針對性地制定相應(yīng)教學(xué)策略,，為學(xué)生對化學(xué)概念的學(xué)習(xí)創(chuàng)造一個有效的學(xué)習(xí)進階框架,。

關(guān)鍵詞：氧化還原反應(yīng)；銜接,；進階,；課堂教學(xué)；教學(xué)反思

氧化還原反應(yīng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),、科學(xué)技術(shù)和日常生活中廣泛存在并普遍應(yīng)用,。通過氧化還原反應(yīng)可以實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和能量的儲存或釋放,，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和逐步掌握氧化還原反應(yīng)對于他們今后的生活和工作都是有意義的。

高中化學(xué)學(xué)習(xí)中將大量涉及氧化還原反應(yīng),，其學(xué)習(xí)要求呈螺旋式上升,。本文討論了高中化學(xué)必修1第二章第三節(jié)“氧化還原反應(yīng)”的教學(xué)設(shè)計,。

一、設(shè)計意圖及教學(xué)流程

1.設(shè)計意圖

在九年級《化學(xué)》學(xué)習(xí)過程中,，學(xué)生已經(jīng)形成相關(guān)認識：1.氧化反應(yīng)分為劇烈氧化和緩慢氧化,。2.物質(zhì)的燃燒屬于劇烈氧化。3.葡萄糖在動物體內(nèi)經(jīng)緩慢氧化轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水,，釋放能量,。4.金屬跟氧結(jié)合生成氧化物的過程稱為金屬的氧化,。5.金屬氧化物跟焦炭、氫氣,、一氧化碳等反應(yīng)失去氧轉(zhuǎn)化為金屬的過程稱為金屬的還原,。通過學(xué)情分析，學(xué)生的前概念是物質(zhì)會與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng),，金屬氧化物會和一氧化碳等發(fā)生還原反應(yīng)。而高中《化學(xué)》必修1第二章第三節(jié)要求學(xué)生從電子轉(zhuǎn)移的角度更本質(zhì)的認識氧化還原反應(yīng),。因而,，本節(jié)課著重要幫助學(xué)生理解兩點：1.為什么從化合價變化的角度定義氧化還原反應(yīng),；2.氧化還原的相互依存和對立統(tǒng)一的辯證關(guān)系,。

在討論“氧化還原反應(yīng)”的特征和本質(zhì)時，引導(dǎo)學(xué)生運用分析比較,、基于證據(jù)推理的思維方法開展學(xué)習(xí),，讓學(xué)生在建構(gòu)知識的同時，形成學(xué)科基本觀念和學(xué)科思維方式,。

2.教學(xué)流程

根據(jù)認知沖突理論,，學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗與新知識之間存在某種差異而導(dǎo)致心理失衡時,，容易激起強烈的求知欲望［1］,。本節(jié)課通過設(shè)問原有的四種基本反應(yīng)類型能否包含所有化學(xué)反應(yīng)造成學(xué)生的認知沖突,，讓學(xué)生主動參與知識獲取的過程。

課堂教學(xué)從知識和能力兩條主線同時展開,。其知識主線為討論相關(guān)反應(yīng)的特征和類型,，引導(dǎo)學(xué)生從得失氧的角度對化學(xué)反應(yīng)進行分類，過渡到從化合價變化的角度定義氧化還原反應(yīng),，討論氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)與化學(xué)價升降的關(guān)系,。其能力主線為利用已經(jīng)具備的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的基礎(chǔ)知識，通過“對比,、分類,、歸納”的方法，讓學(xué)生在“自主活動”與“實驗探究”中構(gòu)建氧化還原反應(yīng)概念體系,，同時培養(yǎng)分析問題,、認識規(guī)律和運用規(guī)律的能力及科學(xué)的思維方法。

2.教學(xué)實錄

［師］同學(xué)們,，本節(jié)課我們研究的主題是氧化還原反應(yīng)，氧化和還原這兩個詞大家并不陌生,，通過初中化學(xué)的學(xué)習(xí),，同學(xué)們?nèi)绾卫斫庋趸磻?yīng)和還原反應(yīng)？

［生］金屬跟氧結(jié)合生成氧化物的過程稱為金屬的氧化,；而金屬氧化物跟焦炭,、氫氣、一氧化碳等反應(yīng)失去氧轉(zhuǎn)化為金屬的過程稱為金屬的還原,。

［師］金屬跟氧結(jié)合生成氧化物可以看成是金屬得氧的過程,，那進一步概括，物質(zhì)與氧氣的化合都可以叫氧化反應(yīng),，如2H2+O2====點燃2H2O。同樣,，物質(zhì)失去氧的過程稱為還原反應(yīng),。如C+H2O====高溫CO+H2,，這個反應(yīng)中H2O失去了氧,，發(fā)生了還原反應(yīng),。

［師］C+H2O====高溫CO+H2屬于初中學(xué)過的四種基本反應(yīng)類型的哪一種？

［生］屬于置換反應(yīng),。

［生］從失氧的角度,，這個反應(yīng)也可以歸為還原反應(yīng)。

［師］研讀資料卡片中的四個反應(yīng),，思考并討論,，四個反應(yīng)有什么特點？這些反應(yīng)屬于什么類型,？

【交流討論】

［生］1屬于還原反應(yīng),，2屬于化合反應(yīng)，3屬于氧化反應(yīng),，4不能判斷屬于什么類型,。

［師］這位同學(xué)在回答問題時用了兩種分類方式思考問題，從反應(yīng)物,、生成物的種類來考慮,，2屬于化合反應(yīng)。從得失氧的角度思考問題，1屬于還原反應(yīng),，3屬于氧化反應(yīng)。不能判斷4的反應(yīng)類型,，說明我們已掌握的化學(xué)反應(yīng)的分類方法有局限,。本節(jié)課我們學(xué)習(xí)用“更化學(xué)”的方法研究化學(xué)反應(yīng),。

【問題解決1：氧化還原反應(yīng)的特征】

［師］請標(biāo)出以上四個反應(yīng)中各元素的化合價,，并關(guān)注反應(yīng)前后化合價的變化,。

［生］四個反應(yīng)中都有元素化合價的變化,。

［師］對,，我們觀察到在一個反應(yīng)中,，當(dāng)有某些元素化合價升高時,，一定有某些元素化合價降低。凡是有元素化合價變化的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng),。有元素化合價降低的反應(yīng)物叫氧化劑,，有元素化合價升高的反應(yīng)物叫還原劑。

［師］請結(jié)合金屬的氧化和金屬氧化物的還原思考,，當(dāng)把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)合并成一個詞組（氧化還原反應(yīng)）時，它們?nèi)咧g有什么關(guān)系呢,？

［生］比如2Mg+O2====點燃2MgO,，就金屬而言,，鎂元素在反應(yīng)前后化合價升高,，發(fā)生的是氧化反應(yīng),；就氧氣而言，氧元素在反應(yīng)前后化合價降低,，發(fā)生的是還原反應(yīng)。原來氧化和還原是可以統(tǒng)一在同一個反應(yīng)中的。

【交流討論】請判斷下列哪些反應(yīng)是氧化還原反應(yīng),，并嘗試畫出化合反應(yīng),、分解反應(yīng)、置換反應(yīng),、復(fù)分解反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)的交叉分類示意圖。

①2H2+Cl2====點燃2HCl

②2NaOH+CuSO4====Cu（OH）2↓+Na2SO4

③Zn+2AgNO3====Zn（NO3）2+2Ag

④2KMnO4====△K2MnO4+MnO2+O2↑

［生］①③④是氧化還原反應(yīng)，②是非氧化還原反應(yīng)。

［生］化合反應(yīng)、分解反應(yīng),、置換反應(yīng),、復(fù)分解反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)的交叉分類示意圖：

【問題解決2：氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)】

［師］同學(xué)們知道化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是原子之間的重新組合。從原子結(jié)構(gòu)來看,，原子核外的電子是分層排布的,，特別是最外層的電子數(shù)目與化學(xué)反應(yīng)有密切關(guān)系，元素化合價的變化和電子轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系,。設(shè)想能否通過一定的檢測手段證明氧化還原反應(yīng)中真的有電子轉(zhuǎn)移,？請同學(xué)們分組完成實驗。請注意觀察實驗現(xiàn)象,，并根據(jù)實驗現(xiàn)象分析結(jié)論,。

【探究實驗】氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移——鋅銅原電池

［生］實驗現(xiàn)象：銅片上有銅生成，檢流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),，偏向銅片,。

［師］從實驗現(xiàn)象①鋅與硫酸銅發(fā)生反應(yīng)；②反應(yīng)中有電流產(chǎn)生得出結(jié)論：本反應(yīng)中發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移,。通過實驗,，我們真切感受到化學(xué)反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，接著我們從原子結(jié)構(gòu)的角度再來討論,。

【演示實驗】鈉在氯氣中燃燒

［師］

【問題解決3：氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用】

［師］資料卡上的四個反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)在生活生產(chǎn)中的重要應(yīng)用,。其中合成氨和金屬的冶煉主要實現(xiàn)的是物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，甲烷燃燒和光合作用主要實現(xiàn)的是能量的轉(zhuǎn)化,。請思考,，我們還了解哪些氧化還原反應(yīng)能實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化或能量的轉(zhuǎn)化呢？

［生］濕法煉銅等實現(xiàn)的是物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,。

呼吸作用等實現(xiàn)的是能量的轉(zhuǎn)化,。

［師］后續(xù)學(xué)習(xí)中我們還將遇到很多通過氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化（如化學(xué)電源），在生活和生產(chǎn)中感受應(yīng)用化學(xué)原理幫助我們趨利避害,。

三,、教學(xué)反思

為改變科學(xué)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容零散且缺乏銜接的現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)進階成為了國際科學(xué)教育研究的熱點議題,。對于“什么是學(xué)習(xí)進階”,，許多學(xué)者根據(jù)其自身研究背景提出了不盡相同的表述。例如：史密斯等認為“學(xué)習(xí)進階是學(xué)生在學(xué)習(xí)時對一系列概念連續(xù)的,、逐漸復(fù)雜的思維方式”,；2007年NRC將學(xué)習(xí)進階定義為“對學(xué)生在一個時間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時，依次進階,、逐級深化的思維方式的描述”等［2］,。“學(xué)習(xí)進階”和“教學(xué)最佳時機”,、“最近發(fā)展區(qū)”有一定的聯(lián)系,，它們都是遵循學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律，在適當(dāng)?shù)臅r間和教學(xué)情境下引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),，在最佳的時機教授適當(dāng)?shù)闹R,。基于核心概念學(xué)習(xí)進階進行組織教學(xué)具有重要意義,。教師首先要分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中各階段對知識的掌握情況和理解水平,；其次要了解學(xué)生對于化學(xué)核心概念學(xué)習(xí)過程中的思維路徑，從而有針對性地制定相應(yīng)的教學(xué)策略,，為學(xué)生對化學(xué)概念的學(xué)習(xí)創(chuàng)造一個有效的學(xué)習(xí)進階框架,。

本節(jié)內(nèi)容的設(shè)計基于學(xué)習(xí)進階理論，厘清學(xué)生在初高中各階段對氧化還原反應(yīng)概念達到的理解程度,，通過教學(xué)促進學(xué)生在原有的認知網(wǎng)絡(luò)中理解新概念,，同時為理解下一階段氧化還原反應(yīng)的具體應(yīng)用提供新的生長點,，在教學(xué)中以引導(dǎo)學(xué)生向較為深入的理解和較高層級的思考進行發(fā)展為目的，取得了較好的效果,。

參考文獻

［1］ 閻芬,，于少華，王磊.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中促進學(xué)生認識發(fā)展的問題設(shè)置有效性研究［J］.化學(xué)教育,，2015,，36（13）：32-35

［2］ 姚建欣，郭玉英.為學(xué)生認知發(fā)展建模：學(xué)習(xí)進階十年研究回顧及展望［J］.教育學(xué)報,，2014,，10（5）：36-42

文章編號：1008-0546（2017）11-0075-03

中圖分類號：G633.8

文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.11.025

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“核心概念統(tǒng)領(lǐng)下的初高中化學(xué)教學(xué)銜接研究”（課題立項編號：D/2013/02/255）階段性成果。

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