基于真實問題情境的教學(xué)

嚴(yán)金花

摘要：以“氧化還原反應(yīng)”的教學(xué)為例，選擇氧氣為核心物質(zhì)，圍繞“感受無處不在的氧氣”“氧氣的來源”“氧氣對生產(chǎn)、生活的影響”三個方面創(chuàng)設(shè)情境，通過問題引導(dǎo)將氧化還原反應(yīng)的核心知識融入其中，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析、實驗探究、以及科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：問題情境、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)、氧化還原反應(yīng)

文章編號：1008-0546（2020）11-0045-04 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.012

一、問題的提出

教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)完氧化還原反應(yīng)，學(xué)生雖然知道氧氣是氧化劑，但遇到真實的問題情境學(xué)生還是會對周圍的氧氣“視而不見”。比如，元素化合物學(xué)習(xí)過程中亞鐵鹽保存為什么加鐵粉？二氧化硫變成硫酸型酸雨時氧化劑是誰？工業(yè)情境題如，以FeSO4為原料制備CoxFe3-xO4，其中第一步是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液，在40°C下攪拌生成FeOOH晶種，寫出生成晶種的化學(xué)方程式，學(xué)生找不到氧化劑。學(xué)生具備了相關(guān)知識，但面對真實的情境無法提煉知識解決問題，也就是學(xué)生的素養(yǎng)沒有得到發(fā)展。本文以人教版高一必修內(nèi)容“氧化還原反應(yīng)”為例，探討基于真實問題情境的教學(xué)，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)設(shè)計理念

1圍繞核心知識，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境

情境教學(xué)的倡導(dǎo)者Brown提出：“知識只有在它們產(chǎn)生及應(yīng)用的情境中才能產(chǎn)生意義。知識絕不要從它本身所處的環(huán)境中孤立出來，學(xué)習(xí)知識的最好方法就是在情境中進(jìn)行?！被谡鎸崋栴}情境的教學(xué)就是要以核心知識為主線，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，學(xué)生在解決或解釋問題過程中建構(gòu)對知識的理解。真實的情境能激發(fā)興趣，喚起好奇心，促進(jìn)深度思維、推動認(rèn)知的深人和完善。本節(jié)課以氧氣為核心物質(zhì)，氧化還原反應(yīng)為核心知識，從“感受無處不在的氧氣”“氧氣的來源”以及“氧氣對生產(chǎn)、生活的影響”三方面呈現(xiàn)情境素材，以問題為導(dǎo)向，將氧化還原反應(yīng)的核心知識融人其中，讓學(xué)生在解決真實的問題情境中獲得知識、發(fā)展素養(yǎng)。

2周繞核心知識，落實學(xué)科核心素養(yǎng)

“學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。”學(xué)科知識是承載核心素養(yǎng)的主體，教師的教學(xué)設(shè)計要以核心知識為載體，挖掘孕育其中的學(xué)科核心素養(yǎng)。本節(jié)課的核心教學(xué)內(nèi)容是了解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，能從化合價角度判斷反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)。由問題“氧元素是地殼中含量最多的元素，能與絕大多數(shù)元素反應(yīng)，生成含氧的化合物，為什么？”引出學(xué)科基本觀念“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”，從探究氧、鈉的原子結(jié)構(gòu)得出反應(yīng)過程中存在電子的轉(zhuǎn)移，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的素養(yǎng)。由原電池實驗驗證電子的存在，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識、嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。再由微觀結(jié)構(gòu)的變化，引導(dǎo)學(xué)生觀察宏觀物質(zhì)性質(zhì)的差異，發(fā)現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移的過程化合價發(fā)生改變。由宏觀到微觀，再由微觀到宏觀，不斷強(qiáng)化學(xué)生宏微結(jié)合的認(rèn)識視角。最后科學(xué)史的呈現(xiàn)讓學(xué)生明白概念是不斷進(jìn)化的，用發(fā)展的眼光看待概念的變化，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

三、教學(xué)設(shè)計思路（圖1）

四、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一、感受無處不在的氧氣

[情境1]PFF展示情境素材，如圖2。

[實驗]取出試劑瓶中鈉，觀察表面，再用小刀切割，觀察切面;將切割的鈉塊一半放人試劑瓶，另一半露置在空氣中，稍后再作觀察。

[學(xué)生活動]觀察并描述現(xiàn)象。

[交流討論1]圖片涉及了哪些化學(xué)反應(yīng)？用化學(xué)符號語言表示上述反應(yīng)。

[課堂互動]學(xué)生展示、交流、點評。

[設(shè)計意圖]通過展示日常生活、實驗室、工業(yè)生產(chǎn)不同場景中氧氣參與的反應(yīng)，豐富學(xué)生對氧氣的認(rèn)知，感受氧氣的“無處不在”，并通過方程式書寫積累相關(guān)氧化還原反應(yīng)，為后續(xù)判斷作準(zhǔn)備。

1.微觀探析，挖掘氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)

[PPT展示]氧元素在地殼中含量的圖片。

[問題1]氧元素是地殼中含量最多的元素，能與絕大多數(shù)元素結(jié)合，生成含氧的化合物，為什么？請大家畫出氧的原子結(jié)構(gòu)示意圖，嘗試從微觀結(jié)構(gòu)分析它的性質(zhì)。

[學(xué)生]氧最外層6個電子，易得2個電子，變成氧離子。

[教師]很好，氧的性質(zhì)活潑，易參與化學(xué)反應(yīng)，所以自然界中有很多含氧化合物。

[歸納1]氧在反應(yīng)中易得電子，像這種得到電子的反應(yīng)，稱為還原反應(yīng)。

[問題2]氧氣易得電子，那么它得到的電子來自哪里？（鈉和氧氣的反應(yīng)為例）畫出鈉的原子結(jié)構(gòu)示意圖，嘗試從微觀結(jié)構(gòu)分析。

[學(xué)生]鈉最外層1個電子，易失電子，變成鈉離子，所以鈉失去的電子給氧。

[歸納2]鈉在反應(yīng)中易失電子，像鈉這樣失去電子的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)。

[交流討論2]嘗試分析下列反應(yīng)的微觀過程2Na+CL2=2NaCl：H2+Cl2=2HCl

[課堂互動]小組討論、交流、點評。

[問題3]從微觀角度，我們發(fā)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)有電子的得失（或電子對的偏移），但電子看不見摸不著，如何證明反應(yīng)有電子的得失呢？

[學(xué)生]實驗。

[教師]通過實驗觀測到什么現(xiàn)象可以說明有電子的存在？

[學(xué)生]……

[教師]電子移動的微觀本質(zhì)在宏觀的表現(xiàn)是什么？

[學(xué)生]產(chǎn)生電流，能使燈泡變亮。

[實驗]銅鋅原電池，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)。

[歸納3]1.氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的得失或共用電子對的偏移;2.氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)同時發(fā)生。

[設(shè)計意圖]理解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是本節(jié)課的重點，從問題“氧為什么能與絕大多數(shù)元素化合生成含氧化合物”引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)著手分析物質(zhì)的性質(zhì)，初步建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，再應(yīng)用這個觀念解釋鈉的性質(zhì)。通過實驗的手段將微觀變化轉(zhuǎn)變成宏觀可測量或可觀察的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究意識和科學(xué)態(tài)度。

2.宏觀辨識，建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識方式

[問題4]觀察、分析上述例子，元素在得失電子過程中什么發(fā)生了改變？

[學(xué)生]化合價，得電子化合價降（O+O2^2-），失電子化合價升（Na-Na⁺）。

[歸納4]得電子、化合價降，是還原反應(yīng);

失電子、化合價升，是氧化反應(yīng)。

[教師]電子的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致化合價的改變，反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移必須通過實驗才能觀察到，但是化合價的改變根據(jù)化學(xué)式判斷即可。因此，我們一般通過化合價的改變來判斷是否是氧化還原反應(yīng)。只要有元素化合價改變，就一定是氧化還原反應(yīng)。

[反饋評價]判斷情境1中的反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)？

[學(xué)生]都是氧化還原反應(yīng)。

[追問]你的判斷依據(jù)？

[學(xué)生]有氧參與，化合價都改變。

[追問]Fe+CuSO4=Cu+FeSO4是氧化還原反應(yīng)嗎？

[學(xué)生]不是。

[追問]判斷的依據(jù)？

[學(xué)生]沒有得氧或失氧。

[追問]化合價有沒有改變？

[學(xué)生]有，是氧化還原反應(yīng)。

[總結(jié)]氧化還原反應(yīng)不一定得氧或失氧，判斷的根本依據(jù)是化合價的升降。

[設(shè)計意圖]通過問題4啟發(fā)學(xué)生思考微觀結(jié)構(gòu)的變化對宏觀性質(zhì)的影響，幫助學(xué)生體會結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的相互關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生宏微結(jié)合的素養(yǎng)。通過課堂追問，認(rèn)識到Zk"得失氧”角度判斷氧化還原反應(yīng)的局限性，建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的正確認(rèn)識視角——化合價。

3.歷史重現(xiàn)，感受氧化還原反應(yīng)概念的發(fā)展之旅

[過渡]通過上面的學(xué)習(xí)，我們知道了氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，初中從得失氧的角度已經(jīng)不能涵蓋所有的氧化還原反應(yīng)，為什么初中不通過得失電子的角度認(rèn)識氧化還原反應(yīng)呢？

[學(xué)生活動]閱讀氧化還原反應(yīng)概念的發(fā)展史，交流討論對化學(xué)史的感悟。

[總結(jié)]在學(xué)習(xí)的初始階段，一些概念的學(xué)習(xí)往往是不完善和不全面的，這些概念常有一定的適用范圍，因此，我們要正確看待這些概念，并注意它們的發(fā)展。

[設(shè)計意圖]了解概念發(fā)展的歷史，知道科學(xué)發(fā)展在某一階段的局限性，能理解初中從得失氧的角度認(rèn)識氧化還原反應(yīng)雖然片面，但也是有據(jù)可循，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會責(zé)任。

環(huán)節(jié)二、氧氣的來源

[過渡]我們周圍無時無刻不發(fā)生著有關(guān)氧的反應(yīng)，那么氧氣會被消耗完嗎？

[情境2]PPT展示情境素材，如圖3。

[交流討論3]分別說說自然界、實驗室、特殊環(huán)境（醫(yī)院、航空、潛水艇）中氧氣如何獲得？并將會寫的反應(yīng)寫一寫。

[學(xué)生1]自然界植物通過光合作用產(chǎn)生氧氣。

[學(xué)生2]高錳酸鉀加熱分解制氧氣。

[學(xué)生3]氯酸鉀在二氧化錳催化加熱條件下分解產(chǎn)生氧氣。

[學(xué)生4]雙氧水分解。

[學(xué)生5]電解水。

[學(xué)生6]醫(yī)院中的氧氣是空氣中分離出來的。

[問題5]上述反應(yīng)都屬于四大基本反應(yīng)類型嗎？從什么角度分類屬于同一類反應(yīng)？用圖示表示氧化還原反應(yīng)與四大基本反應(yīng)類型的關(guān)系。

[學(xué)生展示]如圖4

[追問]請舉例是化合反應(yīng)但不屬于氧化還原反應(yīng)。

[學(xué)生]氧化鈣與水反應(yīng)。

[追問]請舉例屬于分解反應(yīng)但不屬于氧化還原反應(yīng)。

[學(xué)生]碳酸鈣分解。

[設(shè)計意圖]解決四大基本反應(yīng)類型與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系在于學(xué)生是否積累足夠多的反應(yīng)，并且能迅速提取。借助情境積累的方程式，通過同學(xué)間交流討論、集思廣益，有效幫助學(xué)生建構(gòu)兩者的關(guān)系。教學(xué)過程的追問用來評價學(xué)生交流討論的成效。

環(huán)節(jié)三、氧氣對生產(chǎn)、生活的影響

[實驗]觀察、比較上課初始露置在空氣中的鈉塊和放入試劑瓶的另一半鈉塊。

[學(xué)生]露置在空氣中的鈉塊表面暗淡，無金屬光澤，放人試劑瓶中的仍有金屬光澤。

[教師]為什么試劑瓶中仍有金屬光澤？

[學(xué)生]煤油隔絕了空氣，保護(hù)鈉不被氧化。

[過渡]由于氧氣的存在，我們的周圍無時無刻不發(fā)生著氧化還原反應(yīng)，有些是我們需要的，有些卻是不希望發(fā)生的。比如，氧氣可以支持燃燒，使我們獲得熱能;但同時氧氣也加速了食物的變質(zhì)。

[情境3]PPT展示情境素材如圖5。

[問題6]根據(jù)情境3提供的素材，你能從氧化還原反應(yīng)的視角解釋嗎？你還能列舉日常生活中哪些操作與氧化還原反應(yīng)有關(guān)。

[學(xué)生]薯片充氮氣。

[學(xué)生]金屬表面涂油漆。

[學(xué)生]電線包裹塑料層。

[課堂總結(jié)]這節(jié)課我們從氧化還原反應(yīng)的視角重新認(rèn)識氧氣，生命離不開氧氣，生產(chǎn)生活也離不開氧氣;拓展了氧化還原反應(yīng)的概念，從微觀視角探究了反應(yīng)的本質(zhì)，并建構(gòu)從化合價的角度判斷氧化還原反應(yīng);認(rèn)識到氧氣的存在為生活帶來積極的影響以及消極的影響，希望同學(xué)們能正確看待，合理利用。

[設(shè)計意圖]從生活走進(jìn)化學(xué)，又從化學(xué)走向社會。環(huán)節(jié)一從微觀結(jié)構(gòu)解釋了氧為什么易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，環(huán)節(jié)三，則是從生活、社會中尋找證據(jù)支持理論解釋，首尾呼應(yīng)。引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)的眼光觀察周圍的事物或現(xiàn)象，能從化學(xué)的視角分析問題，尋求解決方法，讓學(xué)生體會化學(xué)對人類社會發(fā)展的價值，能正確看待化學(xué)的兩面性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。

五、教學(xué)反思

基于真實情境的設(shè)計大大提高了學(xué)生的興趣，促進(jìn)了知識與生活的聯(lián)系。教學(xué)過程中，學(xué)生對“問題6”的回答很有限，但令人意外的是，課后學(xué)生找了很多事例討論，比如，月餅中有脫氧劑包裝，脫氧劑的主要成分是什么？旺旺餅干有一大包干燥劑，為什么它不需要脫氧劑？含有vc的果蔬飲料有沒有脫氧劑，它是如何保鮮的？課后的觀察和思考為學(xué)生打開了一扇窗，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)生活中有如此多的事物與化學(xué)知識緊密相連。教學(xué)的意義不僅僅是教會學(xué)生獲得知識，更重要的意義在于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力以及愿意探究、樂于探究的科學(xué)態(tài)度，最終指向?qū)W生核心素養(yǎng)的發(fā)展。