中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”核心概念的提取與研究

曹滿(mǎn)莉

摘要：重視超越課堂具有持久價(jià)值和遷移價(jià)值核心概念的理解是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)。據(jù)中學(xué)化學(xué)核心概念的特征及高考化學(xué)新課標(biāo)要求，選擇“氧化還原反應(yīng)”為對(duì)象，梳理其基本概念、理論，繪制概念圖，結(jié)合一線教師對(duì)各概念觀點(diǎn)認(rèn)同次數(shù)、陳述與具體分析，提取“兩反應(yīng)”、“性質(zhì)”、“書(shū)寫(xiě)”、“實(shí)質(zhì)”為“氧化還原反應(yīng)”的核心概念，從WWHW角度對(duì)各核心概念進(jìn)行研究，以期對(duì)中學(xué)化學(xué)核心概念的教學(xué)有借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué)核心概念;氧化還原反應(yīng);提取方法;研究問(wèn)題

文章編號(hào)：1008-0546（2019）01-0008-05 中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.002

一、問(wèn)題的提出

高中化學(xué)知識(shí)有“碎散多”、易學(xué)難記、迷思概念多等特點(diǎn)，常發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)短期所學(xué)知識(shí)、知識(shí)個(gè)體掌握良好，對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)、有邏輯關(guān)聯(lián)的知識(shí)掌握較弱，更有高中畢業(yè)一兩年的學(xué)生，頭腦中化學(xué)知識(shí)所剩無(wú)幾，畢業(yè)多年則遺忘殆盡，對(duì)周邊生活現(xiàn)象無(wú)法做合理的解釋……是學(xué)生沒(méi)有運(yùn)用理論知識(shí)解釋實(shí)際生活的意識(shí)和能力，還是教師傳授化學(xué)知識(shí)時(shí)，沒(méi)有幫助學(xué)生建立理論與實(shí)際的聯(lián)系？這源于升學(xué)高壓的今天，教師用“題海戰(zhàn)術(shù)”鞏固知識(shí)，讓學(xué)生誤以為反復(fù)做題與辛勤識(shí)記，方能制勝，而成為“解題與記憶的機(jī)器”，這忽視了有聯(lián)系知識(shí)的邏輯關(guān)系，學(xué)生習(xí)得的知識(shí)孤立、零散，使學(xué)科核心概念無(wú)系統(tǒng)性。周玉芝認(rèn)為，現(xiàn)今課堂過(guò)于關(guān)注對(duì)事實(shí)的記憶與程序和技巧的訓(xùn)練，忽視了超越課堂外有持久價(jià)值和遷移價(jià)值的核心概念的理解，要用所學(xué)知識(shí)解釋周邊生活，就必須將事實(shí)與理論聯(lián)系，她提出將學(xué)科核心概念的理解作為教學(xué)的重要目標(biāo)? [1]，文章厘清化學(xué)學(xué)科核心概念及特征后，對(duì)中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”核心概念的提取與研究做了思考與實(shí)踐，以期對(duì)中學(xué)化學(xué)核心概念的教學(xué)有借鑒價(jià)值。

二、中學(xué)化學(xué)核心概念

核心概念是能對(duì)某領(lǐng)域知識(shí)整體把握，重心轉(zhuǎn)向概念的深層理解，在去除非本質(zhì)因素后仍能有效將事實(shí)和有邏輯關(guān)聯(lián)的基本概念組織起來(lái)，被廣泛理解和應(yīng)用，易于記憶與遷移，在生活中延續(xù)，從而經(jīng)得住實(shí)踐和時(shí)間檢驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生探索新知的原理性知識(shí)? [2-3]?？梢?jiàn)，核心概念是能對(duì)眾多事物和現(xiàn)象做出解釋的大概念、關(guān)鍵概念 [4]，是概念結(jié)構(gòu)的最高概括，能廣泛解釋自然現(xiàn)象，具有概括性、持久性、遷移性、統(tǒng)攝性、解釋力的特征。那么，化學(xué)學(xué)科核心概念就是化學(xué)學(xué)科的主干部分，選取典型的化學(xué)事實(shí)、現(xiàn)象，分析、歸納出有規(guī)律性的基本概念，再將基本概念以一定邏輯關(guān)聯(lián)進(jìn)行整合成反映化學(xué)本質(zhì)、幫助學(xué)生理解化學(xué)知識(shí)、深入探索化學(xué)學(xué)科、有統(tǒng)攝思維和遷移價(jià)值、能構(gòu)建知識(shí)體系的原理、理論、方法的概念，促進(jìn)對(duì)自然界整體認(rèn)識(shí) [5-6]?？梢?jiàn)，化學(xué)學(xué)科核心概念除具有核心概念的特征外，還有典型性、規(guī)律性等特征。

本文研究的核心概念是能整合本學(xué)科的重要概念、原理和方法。中學(xué)化學(xué)核心概念選取標(biāo)準(zhǔn)如下：居化學(xué)學(xué)科重要地位，有助于構(gòu)建知識(shí)體系的基本概念;解釋在校學(xué)習(xí)和畢業(yè)后生活中的眾多事件和現(xiàn)象，幫助理解新問(wèn)題并作出有關(guān)人類(lèi)健康的決策;概念的學(xué)習(xí)有利于中學(xué)生形成基本的化學(xué)觀念? [7]。胡久華教授提出高中化學(xué)核心概念有“物質(zhì)的量”、“物質(zhì)分類(lèi)”、“電解質(zhì)與電離”、“氧化還原反應(yīng)”、“化學(xué)鍵”、“化學(xué)平衡”、“鹽類(lèi)水解”、“原電池”等? [8]，文章選取中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”進(jìn)行研究，因其思想分布在初中、必修、選修，可延伸至大學(xué)，克服了教學(xué)論和課程論選取模塊過(guò)大或過(guò)小的問(wèn)題，揚(yáng)長(zhǎng)避短，并統(tǒng)整四大基本反應(yīng)、離子反應(yīng)、電化學(xué)、熱化學(xué)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算、無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物，符合中學(xué)化學(xué)核心概念概括性和統(tǒng)攝性特征;能綜合體現(xiàn)概念間內(nèi)在聯(lián)系與應(yīng)用，有助于理解與解釋相關(guān)生活事件和現(xiàn)象，符合廣泛解釋性特征;為新知識(shí)提供組織結(jié)構(gòu)，迅速獲取新知識(shí)，符合遷移性特征;從必修到選修其思想滲透廣泛，要整體和深入理解，就需有效建構(gòu)知識(shí)體系，抓住本質(zhì)特征，將生活事件與其建立聯(lián)系，解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，符合持久性特征。可見(jiàn)，研究“氧化還原反應(yīng)”這一核心概念有實(shí)際意義與理論意義。

三、中學(xué)化學(xué)核心概念的提取

核心概念既然是大概念，是概念結(jié)構(gòu)的最高概括，學(xué)生要將生活事件與其建立聯(lián)系，對(duì)核心概念達(dá)到融會(huì)貫通、舉一反三的效果，就必須抓住為數(shù)較少、反映其本質(zhì)特征的概念，幫助學(xué)生深入理解核心概念，構(gòu)建經(jīng)緯交織的知識(shí)體系。因此，對(duì)中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”的核心概念的提取顯得很有必要。

1.依據(jù)高考化學(xué)新課標(biāo)的內(nèi)容與要求

高考化學(xué)新課標(biāo)是高考內(nèi)容的導(dǎo)向，2017年高考化學(xué)新課標(biāo)指出考試要體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)、基本方法、概念、理論等見(jiàn)表1。

2.梳理教材相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)

據(jù)初中（人教版）、必修（魯科版）、選修（魯科版）中“氧化還原反應(yīng)”領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)，對(duì)其基本概念和理論進(jìn)行梳理（見(jiàn)表2）。

初中把物質(zhì)與O2反應(yīng)叫氧化反應(yīng)，O2有氧化性，C奪取CuO中的O而認(rèn)為C有還原性，注重感性認(rèn)識(shí)兩反應(yīng)，了解金屬活動(dòng)性順序和金屬腐蝕與防護(hù);必修用化合價(jià)升降辨析、定義相關(guān)概念、配平氧化還原反應(yīng)，并將特征與實(shí)質(zhì)聯(lián)系，指導(dǎo)元素化合物學(xué)習(xí);選修從特征和實(shí)質(zhì)探討電化學(xué)及溶液的反應(yīng)，要求用化學(xué)術(shù)語(yǔ)正確表達(dá)陌生情境的反應(yīng)，解決相關(guān)生產(chǎn)生活問(wèn)題，從參與反應(yīng)的無(wú)機(jī)物性質(zhì)遷移至兩有機(jī)反應(yīng)，從H、O原子數(shù)量改變辨析兩反應(yīng)，從碳氧化數(shù)拓寬認(rèn)識(shí)。

3.繪制相關(guān)知識(shí)的概念圖

結(jié)合新課標(biāo)對(duì)其內(nèi)容與要求、教材相關(guān)基本概念和理論的梳理，繪制中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”概念圖（見(jiàn)圖1）。

各學(xué)段對(duì)兩反應(yīng)和物質(zhì)性質(zhì)從多角度界定，且有相應(yīng)要求及應(yīng)用，對(duì)其方程式在各學(xué)段有不同層級(jí)書(shū)寫(xiě)要求，其實(shí)質(zhì)在各學(xué)段也有不同應(yīng)用。

4.教師對(duì)“氧化還原反應(yīng)”的核心概念的看法

為了更合理和準(zhǔn)確提取反映“氧化還原反應(yīng)”知識(shí)體系的核心概念，對(duì)課標(biāo)相關(guān)內(nèi)容要求、教材相關(guān)概念梳理及概念圖剖析，與本地高中化學(xué)特級(jí)教師、資深化學(xué)教師探討后，整理、設(shè)計(jì)系列概念能否作為“氧化還原反應(yīng)”知識(shí)體系的基本概念的問(wèn)卷，以某市級(jí)公開(kāi)課評(píng)課后對(duì)45位一線化學(xué)教師（至少教過(guò)一輪）為對(duì)象，發(fā)放問(wèn)卷，回收45份問(wèn)卷，其中30份問(wèn)卷中有對(duì)選擇的理由進(jìn)行陳述，會(huì)后還傾聽(tīng)教師對(duì)某些概念的相關(guān)建議，統(tǒng)計(jì)各概念認(rèn)同次數(shù)（見(jiàn)表3）。

選“實(shí)質(zhì)”為核心概念的次數(shù)最多，因它指引透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，從教師陳述看，他們已初步領(lǐng)會(huì)核心概念內(nèi)涵，認(rèn)為“實(shí)質(zhì)”統(tǒng)攝線橋法、四大基本類(lèi)型與氧化還原反應(yīng)、元素周期律、電離能、電負(fù)性、電化學(xué)、金屬腐蝕與防護(hù)等，這與生活聯(lián)系緊密，掌握本質(zhì)，畢業(yè)后即使已忘非本質(zhì)因素，仍可解釋周邊生活;選“化合價(jià)”次數(shù)次之，教師認(rèn)為“化合價(jià)”在外觀區(qū)別于其他反應(yīng)，并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)兩反應(yīng)物、兩反應(yīng)、兩行為、兩產(chǎn)物等，文章認(rèn)為依據(jù)學(xué)生思維發(fā)展，氧化還原反應(yīng)判定經(jīng)得失氧、化合價(jià)、氧化數(shù)等，以“化合價(jià)”為核心概念過(guò)于片面;選“兩劑”次數(shù)較多，因教師認(rèn)為兩劑是物質(zhì)要素，引出兩反應(yīng)、兩行為、兩產(chǎn)物等，文章認(rèn)為以其作為核心概念有局限性，因隨學(xué)生思維的發(fā)展變化，“兩反應(yīng)”在各學(xué)段界定不同，盡管“兩反應(yīng)”調(diào)查統(tǒng)計(jì)次數(shù)次于“兩劑”，但前者可統(tǒng)攝兩反應(yīng)物、兩行為、兩產(chǎn)物等，有廣泛性;選“書(shū)寫(xiě)”和“性質(zhì)”次數(shù)較多，教師認(rèn)為前者可統(tǒng)攝化合價(jià)、方程式書(shū)寫(xiě)，為元素化合物、離子反應(yīng)學(xué)習(xí)提供理論指導(dǎo)和方法幫助，而多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)元素化合物最大的障礙是方程式書(shū)寫(xiě)，有必要將不同形式的書(shū)寫(xiě)細(xì)化，教師認(rèn)為物質(zhì)性質(zhì)與強(qiáng)弱判定，能統(tǒng)攝元素周期表、電離能、電負(fù)性，水到渠成，對(duì)陌生情境下此類(lèi)方程式書(shū)寫(xiě)有指導(dǎo)作用。因此選“兩反應(yīng)”、“性質(zhì)”、“書(shū)寫(xiě)”“實(shí)質(zhì)”為“氧化還原反應(yīng)”的核心概念。

四、從WWHW研究中學(xué)化學(xué)核心概念

山西師范大學(xué)梁永平教授WWHW [9]模型即知識(shí)是什么（What）、所學(xué)知識(shí)價(jià)值是什么（What）、所學(xué)知識(shí)是如何產(chǎn)生的（How）、為什么所學(xué)知識(shí)是合理的（Why）。他認(rèn)為教師的認(rèn)識(shí)水平影響著學(xué)生對(duì)微觀的認(rèn)識(shí)和科學(xué)本質(zhì)的理解，教師應(yīng)成為一個(gè)認(rèn)識(shí)論者。對(duì)核心概念本質(zhì)的認(rèn)識(shí)要從是什么，在整個(gè)中學(xué)階段的地位、演變過(guò)程、廣泛性等方面了解知識(shí)的來(lái)龍去脈，聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)生活，體會(huì)學(xué)有所用，激發(fā)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的熱情和欲望。

1.中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”基本概念的研究意義

核心概念是學(xué)生已忘非本質(zhì)因素時(shí)，仍可解釋生活的科學(xué)概念。通過(guò)掌握“兩反應(yīng)”，即使已忘相關(guān)非本質(zhì)因素，卻仍能從本質(zhì)上解釋金屬腐蝕，看到籃球桿、自行車(chē)把手、車(chē)輪腐蝕時(shí)，能用隔絕空氣法防腐;看到鋁制高壓鍋有“污垢”，能聯(lián)想到鋁被氧化產(chǎn)生的氧化膜保護(hù)了內(nèi)部鋁，無(wú)需鋼絲球處理……;通過(guò)掌握“性質(zhì)”，即使已忘非本質(zhì)因素，但看到鋁制高壓鍋“不盛具有酸性、堿性、鹽類(lèi)食物”，能聯(lián)想到鋁被氧化而腐蝕，看到“管道通”成分，能聯(lián)想到NaClO的氧化性，用鋁與NaOH產(chǎn)生的氣壓便于疏通……;通過(guò)掌握“書(shū)寫(xiě)”，即使已忘非本質(zhì)因素，但看到煤爐燃燒上方有藍(lán)色火焰，能聯(lián)想到碳不完全燃燒應(yīng)保持通風(fēng)……;通過(guò)掌握“實(shí)質(zhì)”，即使已忘非本質(zhì)因素，看到充電，能聯(lián)想到電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，看到使用電腦、手機(jī)，能聯(lián)想到化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，看到氣液交界處鋼鐵腐蝕更嚴(yán)重，就知道其保存方法……

2.中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”核心概念的研究問(wèn)題

關(guān)于“兩反應(yīng)”，從得失氧、化合價(jià)和O、H原子數(shù)改變、碳氧化數(shù)角度研究，初三初涉化學(xué)，從形式上認(rèn)識(shí)兩類(lèi)反應(yīng)是膚淺和片面的，必修先從化合價(jià)較全面辨識(shí)兩類(lèi)反應(yīng)，再?gòu)膫€(gè)別與有機(jī)物反應(yīng)的無(wú)機(jī)物性質(zhì)推斷有機(jī)中兩類(lèi)反應(yīng)，選修在必修基礎(chǔ)上從O、H原子數(shù)較全面認(rèn)識(shí)有機(jī)化學(xué)中兩類(lèi)反應(yīng)，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的思路和方法，最后利用碳氧化數(shù)拓寬視野，提升認(rèn)識(shí)（見(jiàn)圖2）。

關(guān)于“性質(zhì)”，初中從個(gè)別物質(zhì)氧化性或還原性接觸兩性，必修從化合價(jià)掌握性質(zhì)判定方法，選修從放電和有機(jī)物發(fā)生的兩反應(yīng)來(lái)判定。對(duì)其強(qiáng)弱判定，初中不要求，僅讓學(xué)生了解性質(zhì)，必修要掌握判定方法并運(yùn)用到元素化合物知識(shí)學(xué)習(xí)中，注重理解與運(yùn)用，選修要掌握并運(yùn)用性質(zhì)強(qiáng)弱判定或書(shū)寫(xiě)同一體系中多個(gè)反應(yīng)，甚至是陌生情境下的反應(yīng)，注重在具體的情境中運(yùn)用（見(jiàn)圖3）。

關(guān)于“書(shū)寫(xiě)”，初中用觀察法據(jù)元素、原子守恒配平，僅從外形上實(shí)現(xiàn)質(zhì)量守恒，必修據(jù)化合價(jià)升降、原子、元素、得失電子、電荷守恒等配平，涉及到特征及實(shí)質(zhì)的守恒，選修是在陌生情境中據(jù)信息描述、性質(zhì)推斷部分物質(zhì)，調(diào)平部分系數(shù)后據(jù)環(huán)境補(bǔ)充合適物質(zhì)，調(diào)平其他物質(zhì)前系數(shù)以確保各類(lèi)守恒，有機(jī)物的完全燃燒用觀察法據(jù)原子守恒配平，其他則據(jù)反應(yīng)機(jī)理書(shū)寫(xiě)可事半功倍。可見(jiàn)，在各學(xué)段因氧化還原反應(yīng)的類(lèi)型、難易，書(shū)寫(xiě)方法、步驟、技巧略有不同，一個(gè)正確的方程式能定性和定量真實(shí)反映物質(zhì)間的關(guān)系（見(jiàn)圖4）。

對(duì)于“實(shí)質(zhì)”初中未涉及，但介紹了離子是由原子得或失電子的結(jié)果，為必修奠定基礎(chǔ)，必修要求認(rèn)識(shí)到其實(shí)質(zhì)，并將實(shí)質(zhì)與特征定性和定量聯(lián)系起來(lái)，加深學(xué)生對(duì)實(shí)質(zhì)的直觀描述，選修是對(duì)實(shí)質(zhì)與特征的深化與運(yùn)用，促使學(xué)生深入事物的本質(zhì)看待問(wèn)題，利于培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的良好品質(zhì)（見(jiàn)圖5）。

可見(jiàn)，認(rèn)識(shí)“兩反應(yīng)”在不同學(xué)段的界定，反應(yīng)物發(fā)生氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)，體現(xiàn)了分別具有還原性和氧化性，從各學(xué)段“性質(zhì)”的要求，充分認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)判定方法，并將其應(yīng)用到元素化合物學(xué)習(xí)中，氧化還原反應(yīng)形式多樣，如何正確用化學(xué)術(shù)語(yǔ)表達(dá)，即“書(shū)寫(xiě)”問(wèn)題，而書(shū)寫(xiě)原則是建立在“實(shí)質(zhì)”基礎(chǔ)上，因此，“氧化還原反應(yīng)”四大核心概念的呈現(xiàn)順序依次是“兩反應(yīng)→性質(zhì)→書(shū)寫(xiě)→實(shí)質(zhì)”，從而構(gòu)建了中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”的知識(shí)體系，有效解決了化學(xué)知識(shí)“碎散多”、易學(xué)難記及厘清迷思概念的問(wèn)題。

教師對(duì)中學(xué)化學(xué)核心概念的分析、提取與研究決定了課堂教學(xué)的方向、深度及廣度。只有準(zhǔn)確確定教學(xué)深度與廣度，才能輕而易舉準(zhǔn)確把握教學(xué)方向，恰當(dāng)進(jìn)行超越事實(shí)的化學(xué)教學(xué)，使學(xué)生真正領(lǐng)悟核心概念，提高化學(xué)課堂教學(xué)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 周玉芝.以核心概念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計(jì)化學(xué)教學(xué)[J].化學(xué)教育，2010（6）：27-32

[2] 胡玉華.科學(xué)教育中的核心概念及其教學(xué)價(jià)值[J].課程·教材·教法，2015（3）：79-84

[3] 普萊斯頓·費(fèi)德恩等著.教學(xué)方法：應(yīng)用認(rèn)知科學(xué)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)[M].王錦，等，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2006：462

[4][7]溫·哈倫.科學(xué)教育的原則和大概念[M].北京：科學(xué)教育出版社，2011

[5] 埃里克森.概念為本的課程與教學(xué)[M].蘭英，譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003

[6] 約瑟夫·科瑞柴科.革命性的變化：美國(guó)確立新一代科學(xué)教育框架[J].基礎(chǔ)教育課程，2013（1）：82-85

[8] 胡久華，陳欣，等.不同處理方式對(duì)高中生化學(xué)核心概念建構(gòu)的影響[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2007（7）：62-64

[9] 梁永平.在化學(xué)微觀認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)本質(zhì)理解的思考[J].化學(xué)教育，2006（3）：9-13