“氧化還原反應(yīng)”有效教學(xué)的研究*

◎福建省福州屏東中學(xué) 丁 櫻

“氧化還原反應(yīng)”有效教學(xué)的研究*

◎福建省福州屏東中學(xué) 丁 櫻

以認(rèn)知發(fā)展理論、有效教學(xué)理論為指導(dǎo)，進行高中“氧化還原反應(yīng)”的有效性教學(xué)策略的建構(gòu)。實踐研究表明，這一構(gòu)建的教學(xué)策略是行之有效的。

認(rèn)知發(fā)展理論；有效教學(xué)理論；化學(xué)核心觀念；氧化還原反應(yīng)

“氧化還原反應(yīng)”這一高中化學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要是由本質(zhì)與特征、守恒問題、發(fā)生形式、實際價值這四個部分組成。2004年開始高中新課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書改革，2014年蘇教版化學(xué)1中氧化還原反應(yīng)這一教學(xué)內(nèi)容安排發(fā)生了如下變化：將氧化還原反應(yīng)配平從專題4（第二單元生產(chǎn)生活中的含氮化合物第三框圖硝酸的性質(zhì)資料卡）移到專題2（氯、溴、碘及其化合物第三框圖氧化還原反應(yīng)資料卡）中。但多年的教學(xué)經(jīng)驗告訴我們，應(yīng)該對新課程下的“氧化還原反應(yīng)”相關(guān)知識在學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過程中的位置、功能及價值進行研究，才能合理地安排教學(xué)活動，幫助學(xué)生化解困難，實現(xiàn)有效教學(xué)。

一、研究背景

認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為：高中生的抽象記憶迅速發(fā)展，具體形象記憶下降；教學(xué)活動是教師根據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平，逐步幫助學(xué)生理解學(xué)科核心內(nèi)容和價值，應(yīng)用學(xué)科核心觀念解決實際問題的過程。

新課程背景下，高中學(xué)生的化學(xué)認(rèn)知發(fā)展水平可分為四個階梯。第一階梯為顯性知識，即學(xué)生對元素化合物知識的認(rèn)知。第二階梯為探究化學(xué)核心主題活動，是促使學(xué)生理解化學(xué)核心概念、原理的活動。第三階梯為隱性價值，指的是學(xué)生逐漸建構(gòu)的化學(xué)核心觀念。第四階梯為核心價值，即學(xué)生最終理解與應(yīng)用化學(xué)價值、綠色化學(xué)、STSE的理念。化學(xué)核心觀念在第一、二階梯中逐漸建構(gòu)的（見表1），是實現(xiàn)學(xué)生理解與應(yīng)用化學(xué)價值、綠色化學(xué)、STSE的理念的關(guān)鍵因素。

因此，以化學(xué)核心觀念的建構(gòu)為本的高中化學(xué)教學(xué)，是促使學(xué)生脫離背誦、記憶的學(xué)習(xí)模式，是促進學(xué)生的認(rèn)知得到轉(zhuǎn)變、認(rèn)知方式得到發(fā)展的有效教學(xué)活動。

表1高中化學(xué)核心觀念

二、“氧化還原反應(yīng)”認(rèn)知發(fā)展研究

以蘇教版為例，“氧化還原反應(yīng)”的六個認(rèn)知活動依次為：特征、本質(zhì)、“雙線橋、單線橋”、氧化還原反應(yīng)的配平、初識原電池與電解池裝置、理解原電池與電解池原理及應(yīng)用。

對“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)中滲透的化學(xué)核心觀念、學(xué)生認(rèn)知方式的發(fā)展進行了研究，并梳理了“氧化還原反應(yīng)”認(rèn)知發(fā)展階梯、核心觀念、認(rèn)知方式發(fā)展的關(guān)系。（見表2）

三、“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)策略

基于以上教育教學(xué)理論與教學(xué)實踐的研究，建構(gòu)以化學(xué)核心觀念為本的“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)策略是：在“氧化還原反應(yīng)”的學(xué)生認(rèn)知階梯活動中，層層遞進建構(gòu)化學(xué)核心觀念，開展以“學(xué)生運用化學(xué)核心觀念分析化學(xué)問題”為認(rèn)知主題的教學(xué)活動，促使學(xué)生理解“氧化還原反應(yīng)”相關(guān)知識，掌握常見物質(zhì)的氧化性、還原性和電化學(xué)原理，最終理解“氧化還原反應(yīng)”的實際價值，學(xué)會應(yīng)用“氧化還原反應(yīng)”原理解決實際問題。（見表3）

表3氧化還原反應(yīng)認(rèn)知活動中化學(xué)核心觀念、元素化合物知識、能量轉(zhuǎn)換、化學(xué)價值的關(guān)系

1.“氧化劑、還原劑的特點”教學(xué)策略

建構(gòu)基于“價態(tài)觀、微粒觀、結(jié)構(gòu)觀”發(fā)展“轉(zhuǎn)化觀、分類觀”的認(rèn)知方式為核心理念的教學(xué)策略。開展以“氧化劑、還原劑的特點”為認(rèn)知主題的活動，促使學(xué)生理解“氧化還原反應(yīng)”的本質(zhì)與特征；組織學(xué)生應(yīng)用“價態(tài)觀”對物質(zhì)的氧化性與還原性、化學(xué)反應(yīng)類型進行判斷的教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用化學(xué)核心觀念看待化學(xué)問題能力，初步認(rèn)知氧化還原反應(yīng)在生產(chǎn)、生活中的重要意義。（見表4）

表4氧化劑、還原劑特點

2.“氧化劑、還原劑定量關(guān)系”的教學(xué)策略

建構(gòu)基于“表征觀”，發(fā)展“守恒觀”的認(rèn)知維度為核心理念的教學(xué)策略。開展以“氧化劑、還原劑的定量關(guān)系”為認(rèn)知主題的活動，促使學(xué)生理解“氧化還原反應(yīng)”的電子轉(zhuǎn)移情況、電子守恒問題；通過認(rèn)知“雙線橋、單線橋”、氧化還原反應(yīng)的配平活動，促使學(xué)生學(xué)會應(yīng)用“守恒觀”來進行氧化劑、還原劑定量分析。（見表5）

表5氧化劑、還原劑的定量關(guān)系

3.初步理解化學(xué)價值的教學(xué)策略

建構(gòu)開拓“實踐觀”的視野，初步理解氧化還原反應(yīng)的價值為核心理念的教學(xué)策略。開展以“氧化劑、還原劑發(fā)生反應(yīng)的形式”為認(rèn)知主題的活動，通過“直接接觸”、“電極反應(yīng)”、“通電條件下”三種方式發(fā)生“氧化還原反應(yīng)”實驗的見證，發(fā)展學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知方式（見表6），初步認(rèn)知化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置——“原電池、電解池”，初步理解氧化還原反應(yīng)的實際價值。

表6學(xué)生對“氧化還原反應(yīng)”的認(rèn)知方式發(fā)展表

在教學(xué)活動中，開展以“用化學(xué)方法產(chǎn)生電能”為探究主題的活動，以化學(xué)電源為教學(xué)的實物場景，讓學(xué)生進行自主設(shè)計實驗和驗證實驗；開展以“將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”為探究主題的活動，以充電電源為教學(xué)的實物場景，學(xué)生自主設(shè)計實驗思路，與驗證實驗的活動；緊密聯(lián)系生產(chǎn)、科技的實際，介紹電解法制取金屬、銅的電解精煉等應(yīng)用，促使學(xué)生初步理解在生產(chǎn)、科技中在通電條件下發(fā)生“氧化還原反應(yīng)”的實際價值。

4.“實驗探究，提升能力”的教學(xué)策略

建構(gòu)“通過實驗探究，提升解決化學(xué)問題的能力”為核心理念的教學(xué)策略。開展以“溶液中微粒的氧化性、還原性的強弱的探究”為認(rèn)知主題的活動，通過進一步探究原電池、電解池原理及應(yīng)用，促使學(xué)生掌握氧化劑、還原劑實際發(fā)生反應(yīng)的原理，理解氧化還原反應(yīng)原理在生活、生產(chǎn)、科技、環(huán)保中的價值。（見表7）

表7通過實驗探究，提升能力

以課外實驗形式開展金屬電化學(xué)腐蝕實驗，結(jié)合銅鋅（稀硫酸）原電池，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)金屬腐蝕與環(huán)境（空氣中含有氧氣、二氧化碳等物質(zhì)）有著緊密的聯(lián)系。理解溶解在中性與堿性溶液中的氧氣是金屬發(fā)生吸氧腐蝕的重要因素，在酸性溶液中氫離子的氧化性是析氫腐蝕的重要因素。初步了解溶液中氫離子濃度的大小影響著其氧化性強弱。通過練習(xí)與實踐，學(xué)生掌握了常見微粒的氧化性的強弱關(guān)系【H+（水）＜O2＜H+（酸）＜Cu2+＜Ag+】及犧牲陽極的陰極保護法來防止金屬腐蝕的方法。

以鋅銅原電池實驗中“鋅極表面有氣體”為探討主題，引發(fā)學(xué)生探討電子發(fā)生了流失，發(fā)現(xiàn)了該原電池有漏電現(xiàn)象，引入鹽橋概念。理解原電池結(jié)構(gòu)研究的價值，有利于提高能源的利用率。

以甲烷、甲醇、汽油三種燃料電池的背景為研究材料，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)陽極發(fā)生反應(yīng)的不同，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)電極反應(yīng)還要考慮其他電解質(zhì)是否參加問題，開闊了學(xué)生實踐探索的思路。

開展電解氯化銅溶液、硫酸溶液、氯化鈉溶液的活動，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)電極對離子放電有一定的選擇性,建立了物質(zhì)（微粒）氧化性、還原性強弱規(guī)律,理解電解溶液實際電解的物質(zhì)可以分為三種——水、電解質(zhì)、混合型。

在探究充電電池、電鍍、精制金屬等活動中理解金屬防腐（外加電源的陰極保護法）、電解法冶煉金屬的原理。

四、實踐意義

教學(xué)實踐后，大多學(xué)生表示理解了價態(tài)、結(jié)構(gòu)、類別（性質(zhì)）、化學(xué)變化之間緊密的聯(lián)系，“雙線橋、單線橋”是“氧化還原反應(yīng)”本質(zhì)與守恒的表征，掌握了“氧化還原反應(yīng)”相關(guān)概念的內(nèi)涵與外延，化學(xué)知識變得更加系統(tǒng)；學(xué)習(xí)方式從記憶與堆積知識，漸漸轉(zhuǎn)化為以化學(xué)核心觀念來引導(dǎo)解決化學(xué)問題的方式；理解研究物質(zhì)的氧化性、還原性的實際價值。教師的教學(xué)方式也從知識傳授向發(fā)展學(xué)生認(rèn)識方式改變，教學(xué)思緒更加清晰，提高了課堂教學(xué)實效性。

（責(zé)任編輯：張賢金）

*本文系福建省中小學(xué)教師發(fā)展基金課題“基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展理論研究高中無機化合物教學(xué)的實效性”（課題編號：FZJJ20130100472）、福州市教育科學(xué)研究“十二五”規(guī)劃“基于有效教學(xué)理論研究高中化學(xué)課堂教學(xué)的實效性”（課題編號：FZ2014ZX060）的階段性研究成果。