基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的氧化還原知識構(gòu)建探討

黎旭陽

【摘要】氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)的核心概念，它分散在學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的全過程。常用的教學(xué)方法中，學(xué)生短時間內(nèi)難以認(rèn)識其本質(zhì)，進(jìn)而無法建立相關(guān)的知識模型。在教學(xué)中不斷改進(jìn)若由化合價變化切入，運用證據(jù)推理建立模型認(rèn)知的方式，能使學(xué)生迅速了解氧化還原反應(yīng)的特征與本質(zhì)，并體會到證據(jù)推理與模型認(rèn)知在學(xué)習(xí)中的重要作用。

【關(guān)鍵詞】化合價;電子偏移;氧化還原反應(yīng)

胡久華教授指出氧化還原反應(yīng)是高中化學(xué)核心概念[1]，氧化還原反應(yīng)的思想貫穿了學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的全階段，氧化還原反應(yīng)知識還是解釋相關(guān)生產(chǎn)生活事件和現(xiàn)象的有效工具。

普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）提出要以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，五大素養(yǎng)中包含了證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)開展氧化還原反應(yīng)教學(xué)能夠有效地解決常用的教學(xué)方式中存在的不足，取得更好的教學(xué)效果。

一、氧化還原教學(xué)中常見的教學(xué)方式

1.講授式

奧蘇貝爾指出，學(xué)生需要花好幾小時才能收集到的信息，如果通過教師的有效講解，可以大大縮短他們的學(xué)習(xí)時間。有效的講授式教學(xué)能夠充分地傳遞知識信息，引發(fā)學(xué)生思考、理解與記憶，并掌握科學(xué)的思維方法。

講授式的模式通常由以下幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成。環(huán)節(jié)一，根據(jù)學(xué)生已有的知識列出氧化反應(yīng)的代表：Cu+O2CuO，以及還原反應(yīng)的代表：CuO+H2Cu+H2O，由此引導(dǎo)學(xué)生從氧元素的得失角度進(jìn)行分析。環(huán)節(jié)二，建立起氧化反應(yīng)。還原反應(yīng)不是孤立發(fā)生的，氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)是同時進(jìn)行的反應(yīng)，要構(gòu)建氧化還原反應(yīng)的概念。環(huán)節(jié)三，進(jìn)一步分析反應(yīng)中各元素化合價，得出氧化還原反應(yīng)都有化合價的升降，并利用該特征分析不含氧元素的反應(yīng)如Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。環(huán)節(jié)四，形成有化合價升降的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)的概念，掌握通過化合價判斷反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)的方法。

2.探究式

杜威強(qiáng)調(diào)科學(xué)教學(xué)不僅僅是教給學(xué)生探究的結(jié)論，而且需要學(xué)生形成探究的思維，掌握探究的操作程序，即讓學(xué)生像科學(xué)家搞科學(xué)研究工作那樣去探索和獲取知識。這種思想后來就發(fā)展為科學(xué)教學(xué)的一種方法，即探究式教學(xué)。

在氧化還原的探究式教學(xué)中，探究式教學(xué)的主要思路是“①展示氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)→②通過標(biāo)識化合價，探究化合價變化情況→③得出結(jié)論：氧化還原反應(yīng)都有化合價變化→④運用結(jié)論分析無氧元素的反應(yīng)→⑤建立起通過化合價判斷反應(yīng)類型的知識體系→……”在教學(xué)的過程中，教師設(shè)計問題，讓學(xué)生討論發(fā)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)的特征是化合價的變化，然后利用這一特征去解決相應(yīng)的問題。

3.講授式和探究式的特點與局限

講授式和探究式在教學(xué)設(shè)計的總體路線上是一致的，都是利用學(xué)生已經(jīng)掌握的氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)的定義去認(rèn)識、評判化學(xué)反應(yīng)，并由此引發(fā)認(rèn)知沖突，使學(xué)生感受到已有知識的局限性，然后換一個角度重新分析找到氧化還原反應(yīng)所隱含的、共同的外部特征，從而建立對氧化還原反應(yīng)的新認(rèn)識。

在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，這兩種教學(xué)方式在從含有氧的氧化還原反應(yīng)過渡到無氧參與的氧化還原反應(yīng)的過程中，有較大的思維跳躍，對于基礎(chǔ)知識牢固、思維活躍、理解能力強(qiáng)的學(xué)生來說，不會產(chǎn)生太大困難;但是對于化學(xué)基礎(chǔ)薄弱、思維不太活躍的學(xué)困生而言，這樣的推導(dǎo)分析讓他們?nèi)鐗嬙旗F，無法真正掌握知識重點，更不會運用氧化還原知識解決相關(guān)問題。

二、基于證據(jù)推理與模型建構(gòu)的氧化還原反應(yīng)教學(xué)案例

學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展是一個自我構(gòu)建、不斷提升的過程，可以通過引導(dǎo)學(xué)生開展分類與概括、證據(jù)與推理、模型與解釋、符號與表征等具有學(xué)科特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動，結(jié)合小組合作、實驗探究、談?wù)摻涣鞯榷鄻踊绞酱龠M(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。

以任務(wù)驅(qū)動為方法，在課堂中為學(xué)生設(shè)立相應(yīng)的任務(wù)，學(xué)生在完成相關(guān)任務(wù)的過程中不斷地梳理凌亂的知識，逐步建構(gòu)相關(guān)的知識體系，掌握運用知識解決問題的技能，內(nèi)化知識原理，在學(xué)習(xí)過程中逐漸形成相關(guān)的學(xué)科素養(yǎng)。

1.環(huán)節(jié)一：分類與概括——建立證據(jù)意識

任務(wù)一：運用分類知識仔細(xì)觀察教師提供的反應(yīng)方程式，選擇合適的分類方法對反應(yīng)進(jìn)行分類，然后向組員闡述自己的分類依據(jù)并獲得他們的支持。學(xué)生作答情況如圖1中右側(cè)虛線框部分。

設(shè)計意圖：在對提供的反應(yīng)進(jìn)行分類的過程中，大部分學(xué)生都能夠依據(jù)四大基本反應(yīng)類型的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，但是對于反應(yīng)⑥的歸屬產(chǎn)生了爭議：一部分同學(xué)依據(jù)置換反應(yīng)表面特征認(rèn)為屬于置換反應(yīng);另一部分同學(xué)認(rèn)為依據(jù)置換反應(yīng)的原理不屬于置換反應(yīng)。在爭論中，學(xué)生能夠逐漸建立證據(jù)意識，掌握利用證據(jù)進(jìn)行分析的技巧。

2.環(huán)節(jié)二：標(biāo)注化合價——建構(gòu)新認(rèn)知模型

任務(wù)二：換個角度認(rèn)識世界。在前面的任務(wù)中歸納發(fā)現(xiàn)，同學(xué)們在初中掌握的知識是非常牢固的，都是從反應(yīng)物和生成物的類型，以四大基本反應(yīng)類型的特征為依據(jù)進(jìn)行分類。但是，大家還掌握了化合價的標(biāo)注，嘗試一下如果從化合價的角度重新看這些反應(yīng)會不會有新的發(fā)現(xiàn)。學(xué)生作答情況見圖1。

設(shè)計意圖：通過對化合價進(jìn)行標(biāo)注，找到在一部分化學(xué)反應(yīng)中某一元素的化合價在反應(yīng)前后的變化情況，另一部分化學(xué)反應(yīng)中的所有元素的化合價在反應(yīng)后并無變化，由此構(gòu)建了化學(xué)反應(yīng)的新的認(rèn)知模型——化合價發(fā)生改變。

在學(xué)生掌握了利用化合價對反應(yīng)進(jìn)行分類的方法后，建立關(guān)于氧化還原反應(yīng)的判斷流程，提煉成形成口訣：同元素，前減后，不為零，定氧還。

至此，經(jīng)過兩個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)活動，學(xué)生建立了在不同證據(jù)觀點的支撐下可以得到不同的結(jié)論的認(rèn)知。

3.環(huán)節(jié)三：微觀表征——建立認(rèn)知圖式

任務(wù)三：原子非常小，無法用肉眼觀察，但是科學(xué)家為我們提供了微觀與宏觀聯(lián)系的工具——原子結(jié)構(gòu)示意圖。下面讓我們帶上原子結(jié)構(gòu)示意圖這個工具，閱讀教材圖2-11氯化鈉形成示意圖，找出反應(yīng)①化合價升降的原因，模仿畫出形成示意圖。

設(shè)計意圖：利用化合價對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類的方法僅僅是對化學(xué)反應(yīng)分類的方法，還未能完整建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知模型。通過引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，觀察鎂原子、氧原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖，運用教材提供信息分析在反應(yīng)中電子的得失情況，自主畫出氧化鎂形成示意圖，自主構(gòu)建氧化還原反應(yīng)中元素化合價變化的原因。

在此基礎(chǔ)之上與學(xué)生共同提煉生成氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知圖式，見圖2。

4.環(huán)節(jié)四：歸納整理——概念內(nèi)化

任務(wù)四：經(jīng)過前面的體驗，我們逐漸明確了有的化學(xué)反應(yīng)會有化合價的變化，有的化學(xué)反應(yīng)沒有化合價的變化，導(dǎo)致化合價變化的原因是由于原子的電子發(fā)生了得失或偏移。下面我們從知識的本質(zhì)出發(fā)，以電子是否發(fā)生轉(zhuǎn)移為標(biāo)準(zhǔn)，將化學(xué)反應(yīng)分成兩類（即氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)）。之前我們掌握的四大基本反應(yīng)類型與氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)之間存在怎樣的聯(lián)系？請用集合的觀點完成關(guān)系圖。

設(shè)計意圖：四大基本反應(yīng)類型與氧化還原反應(yīng)是由于分類角度不同而產(chǎn)生的不同的結(jié)論，通過對代表反應(yīng)的分析，引導(dǎo)學(xué)生形成多角度思維的習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)信息正確選擇模型的能力。

5.環(huán)節(jié)五：整理聯(lián)系——技巧培養(yǎng)

任務(wù)五：按要求寫化學(xué)方程式，找出規(guī)律，總結(jié)判斷氧化還原反應(yīng)的技巧。

（1）一種單質(zhì)還原一種化合物。

（2）一種單質(zhì)氧化另一種單質(zhì)。

（3）一種非金屬單質(zhì)還原一種氧化物。

（4）同一種物質(zhì)中一種元素氧化另一種元素。

學(xué)生提煉心得：有單質(zhì)出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)基本上都是氧化還原反應(yīng)。

設(shè)計意圖：在實際解決問題中，學(xué)生需要有一個簡單易行的方式與方法，運用這些方式方法，既能夠提高解決問題的效率，也能夠增強(qiáng)解決問題的信心。

三、課后反思

在解決實際問題的時候通常需要從儲備知識中準(zhǔn)確篩選出有助于解決問題的知識。化學(xué)的知識點多而且分布較為零散，這個特點會在學(xué)生運用化學(xué)知識解決問題的過程中會造成不小的障礙。要順利突破這個障礙，不僅需要有扎實的知識儲備，而且需要有科學(xué)的思維方式。新課標(biāo)中明確提出證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)就是學(xué)生需要養(yǎng)成的科學(xué)的思維方式?？茖W(xué)的思維方式不是一朝一夕能夠養(yǎng)成的，需要在日常有意識地滲透到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，引導(dǎo)學(xué)生在分析問題時不要跟著感覺走，而是要有理有據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

胡久華，陳欣，支瑤.不同教學(xué)處理方式對高中生化學(xué)核心概念建構(gòu)的影響[J].中國教育學(xué)刊，2007（07）：61-64.