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

許志勤+張榮

摘要：通過(guò)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(jì)和教學(xué)反思，說(shuō)明在概念教學(xué)中如何根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，分析學(xué)生在初高中各階段對(duì)氧化還原反應(yīng)概念達(dá)到的理解程度及學(xué)習(xí)過(guò)程中的思維路徑，有針對(duì)性地制定相應(yīng)教學(xué)策略，為學(xué)生對(duì)化學(xué)概念的學(xué)習(xí)創(chuàng)造一個(gè)有效的學(xué)習(xí)進(jìn)階框架。

關(guān)鍵詞：氧化還原反應(yīng)；銜接；進(jìn)階；課堂教學(xué)；教學(xué)反思

文章編號(hào)：1008—0546（2017）11—0075—03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.025

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(guò)氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和能量的儲(chǔ)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(duì)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(jì)。

一、設(shè)計(jì)意圖及教學(xué)流程

1.設(shè)計(jì)意圖

在九年級(jí)《化學(xué)》學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生已經(jīng)形成相關(guān)認(rèn)識(shí)：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(dòng)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(guò)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(guò)程稱為金屬的還原。通過(guò)學(xué)情分析，學(xué)生的前概念是物質(zhì)會(huì)與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，金屬氧化物會(huì)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(rèn)識(shí)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(diǎn)：1.為什么從化合價(jià)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(duì)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(shí)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析比較、基于證據(jù)推理的思維方法開(kāi)展學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在建構(gòu)知識(shí)的同時(shí)，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(rèn)知沖突理論，學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與新知識(shí)之間存在某種差異而導(dǎo)致心理失衡時(shí)，容易激起強(qiáng)烈的求知欲望。本節(jié)課通過(guò)設(shè)問(wèn)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(rèn)知沖突，讓學(xué)生主動(dòng)參與知識(shí)獲取的過(guò)程。

課堂教學(xué)從知識(shí)和能力兩條主線同時(shí)展開(kāi)。其知識(shí)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(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類，過(guò)渡到從化合價(jià)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(jià)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(shí)，通過(guò)“對(duì)比、分類、歸納”的方法，讓學(xué)生在“自主活動(dòng)”與“實(shí)驗(yàn)探究”中構(gòu)建氧化還原反應(yīng)概念體系，同時(shí)培養(yǎng)分析問(wèn)題、認(rèn)識(shí)規(guī)律和運(yùn)用規(guī)律的能力及科學(xué)的思維方法。

2.教學(xué)實(shí)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(gè)詞大家并不陌生，通過(guò)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(guò)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(guò)程稱為金屬的還原。

[生]屬于置換反應(yīng)。

[生]從失氧的角度，這個(gè)反應(yīng)也可以歸為還原反應(yīng)。

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

資料卡片

【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(wèn)題時(shí)用了兩種分類方式思考問(wèn)題，從反應(yīng)物、生成物的種類來(lái)考慮，2屬于化合反應(yīng)。從得失氧的角度思考問(wèn)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(shuō)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(wèn)題解決1：氧化還原反應(yīng)的特征】

[師]請(qǐng)標(biāo)出以上四個(gè)反應(yīng)中各元素的化合價(jià)，并關(guān)注反應(yīng)前后化合價(jià)的變化。

[生]四個(gè)反應(yīng)中都有元素化合價(jià)的變化。

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

[師]請(qǐng)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(gè)詞組（氧化還原反應(yīng)）時(shí)，它們?nèi)咧g有什么關(guān)系呢？

【交流討論】請(qǐng)判斷下列哪些反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，并嘗試畫(huà)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。

[生]①③③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(wèn)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(shí)質(zhì)是原子之間的重新組合。從原子結(jié)構(gòu)來(lái)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(jià)的變化和電子轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系。設(shè)想能否通過(guò)一定的檢測(cè)手段證明氧化還原反應(yīng)中真的有電子轉(zhuǎn)移？請(qǐng)同學(xué)們分組完成實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析結(jié)論。

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

[生]實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銅片上有銅生成，檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏向銅片。

[師]從實(shí)驗(yàn)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(guò)實(shí)驗(yàn)，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(lái)討論。

【演示實(shí)驗(yàn)】鈉在氯氣中燃燒

[師]

【問(wèn)題解決3：氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用】

[師]資料卡上的四個(gè)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(shí)現(xiàn)的是物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，甲烷燃燒和光合作用主要實(shí)現(xiàn)的是能量的轉(zhuǎn)化。請(qǐng)思考，我們還了解哪些氧化還原反應(yīng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化或能量的轉(zhuǎn)化呢？

[生]濕法煉銅等實(shí)現(xiàn)的是物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

呼吸作用等實(shí)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(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)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(jìn)階成為了國(guó)際科學(xué)教育研究的熱點(diǎn)議題。對(duì)于“什么是學(xué)習(xí)進(jìn)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(rèn)為“學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)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(jìn)階定義為“對(duì)學(xué)生在一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí)，依次進(jìn)階、逐級(jí)深化的思維方式的描述”等?！皩W(xué)習(xí)進(jìn)階”和“教學(xué)最佳時(shí)機(jī)”、“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(rèn)知發(fā)展規(guī)律，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和教學(xué)情境下引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，在最佳的時(shí)機(jī)教授適當(dāng)?shù)闹R(shí)?；诤诵母拍顚W(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)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(guò)程中各階段對(duì)知識(shí)的掌握情況和理解水平；其次要了解學(xué)生對(duì)于化學(xué)核心概念學(xué)習(xí)過(guò)程中的思維路徑，從而有針對(duì)性地制定相應(yīng)的教學(xué)策略，為學(xué)生對(duì)化學(xué)概念的學(xué)習(xí)創(chuàng)造一個(gè)有效的學(xué)習(xí)進(jìn)階框架。

本節(jié)內(nèi)容的設(shè)計(jì)基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，厘清學(xué)生在初高中各階段對(duì)氧化還原反應(yīng)概念達(dá)到的理解程度，通過(guò)教學(xué)促進(jìn)學(xué)生在原有的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中理解新概念，同時(shí)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(zhǎng)點(diǎn)，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(jí)的思考進(jìn)行發(fā)展為目的，取得了較好的效果。endprint