“四步法”突破新情境下氧化還原方程式的書寫

胡罕瑾

摘? ?要：以“新情景下氧化還原方程式的書寫”復(fù)習(xí)為課例，從“情境-模型”雙向建構(gòu)入手，注重化學(xué)概念的理解，通過剖析典例、引導(dǎo)學(xué)生自主分析、歸納提煉出解題的思維模型，并進行針對性練習(xí)，讓學(xué)生在實踐中不斷深入理解和完善思維模型，完成證據(jù)推理和模型認(rèn)知，提升高三化學(xué)復(fù)習(xí)的質(zhì)量和效率，提升化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：“四步法”;氧化還原方程式的書寫;高三化學(xué);復(fù)習(xí)

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生是主動地建構(gòu)知識而不是簡單被動地接受信息?！扒榫?模型”的雙向建構(gòu)是一種重要的科學(xué)研究方法，是指通過設(shè)計“情境問題串”和構(gòu)建“思維模型”兩個教學(xué)方向，使之相互協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)力。在了解學(xué)生已有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，驅(qū)動學(xué)生進入相關(guān)的教學(xué)情境，通過自主探索發(fā)現(xiàn)的方式，驅(qū)動學(xué)生建立個性的知識和能力結(jié)構(gòu)的思維模型，引導(dǎo)學(xué)生將化學(xué)知識與技能進行梳理整合，由此建立整體思維模型，并運用模型揭示問題的本質(zhì)和規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，內(nèi)化知識體系，強化學(xué)科的實踐應(yīng)用，最終實現(xiàn)核心知識與核心素養(yǎng)的雙向自我構(gòu)建[ 1 ]。

氧化還原反應(yīng)是中學(xué)階段的基本核心概念，在化學(xué)基礎(chǔ)理論知識中占有極其重要的地位，貫穿于中學(xué)化學(xué)課程的始終。它不僅是一種十分重要的化學(xué)反應(yīng)類型，還是元素及其化合物學(xué)習(xí)的重要理論載體，具有重要的學(xué)科價值、社會價值和較為豐富的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展價值[ 2 ]。

新情景下氧化還原反應(yīng)方程式的書寫是一種新題型，沒有在教材中學(xué)過的新知識、新概念作為試題信息給與。這類方程式多以化工流程或文字描述的形式，敘述反應(yīng)的過程，需要學(xué)生從題中信息中提煉出氧化劑和還原劑，進而分析反應(yīng)中得失電子情況。

這類試題大都是中學(xué)教材沒有見過的方程式，在新情境中，學(xué)生很難快速準(zhǔn)確地提取有用的信息，再加上學(xué)生沒有掌握正確的思維方法、整合提煉信息的能力不強、基本概念模糊不清、氧化還原反應(yīng)方程式配平和離子方程式書寫不熟練等因素，導(dǎo)致這一類試題的得分率不高。筆者通過教學(xué)實踐，認(rèn)為思維建模可以幫助學(xué)生建立做這類題的思維模型，通過雙向建構(gòu)有效提高高三化學(xué)復(fù)習(xí)效率和質(zhì)量。本文基于發(fā)展化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)進行整合設(shè)計，通過“情境-模型”雙向建構(gòu)思維模型，用“四步法”進行實施，突破新情境下氧化還原方程式的書寫，強化對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識、理解和應(yīng)用，教學(xué)設(shè)計如下。

1? 教學(xué)目標(biāo)

（1）知識與技能 ：通過題給信息正確書寫氧化還原方程式或離子方程式，培養(yǎng)學(xué)生整合、提煉信息的能力。

（2）過程與方法：通過典型例題分析，引導(dǎo)學(xué)生歸納出信息方程式書寫的方法，準(zhǔn)確快速地書寫信息方程式。

（3）情感態(tài)度與價值觀：①通過信息方程式的書寫，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的化學(xué)學(xué)科思想（如守恒觀、微粒觀、變化觀等），并用于解決化學(xué)問題。②通過合作、交流的學(xué)習(xí)體驗，使學(xué)生認(rèn)識到交流與合作的重要性，讓他們敢于提出不同的見解，敢于修正自己的錯誤觀點。

2? 教學(xué)重難點

（1）重點：方程式配平步驟和規(guī)律。

（2）難點：新情境下方程式的產(chǎn)物推測。

3? 教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：剖析典型例題，感知模型，讓學(xué)生了解題型并初步建構(gòu)模型。

【例題 】（節(jié)選）氧化鎂在醫(yī)藥、建筑等行業(yè)應(yīng)用廣泛。硫酸鎂還原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探索。以菱鎂礦（主要成分為MgCO3，含少量FeCO3 ）為原料制備高純氧化鎂的實驗流程如圖1[ 3 ]：

寫出加入H2O2 氧化時，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。

【分析】這道典型例題以化學(xué)工藝流程做為載體，需要學(xué)生從情境中獲取、整合有效信息去書寫。

第一步：依題意可知“加入H2O2 氧化”過程中氧元素化合價降低，H2O2作氧化劑，H2O是還原產(chǎn)物;在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生分析題干信息，獲知菱鎂礦原料中含少量FeCO3，結(jié)合微粒的性質(zhì)分析可得還原劑為Fe2+，對應(yīng)的氧化產(chǎn)物是Fe3+。把離子方程式按“還原劑+氧化劑 — 氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物”的模式初步寫成：Fe2+ +H2O2 — Fe3++ H2O。

第二步：緊接著讓學(xué)生分析反應(yīng)前后元素化合價的升降數(shù)量，由Fe2+→Fe3+，鐵元素升了1價，由H2O2→H2O，氧元素降了1價;1molH2O2共得到2mol e-，1mol Fe2+失去1mol e-，故在Fe2+前配2，在氧化產(chǎn)物Fe3+前配2;在H2O2前配1，H2O前配2，即：H2O2 +2Fe2+ — 2H2O+2Fe3+。

第三步：反應(yīng)在稀硫酸中進行，在左邊補充H+即：2Fe2++H2O2+ H+ — 2Fe3++2H2O。

第四步：分析反應(yīng)前后陰陽離子所帶的電荷總數(shù)，依據(jù)電荷守恒及H、O原子守恒在H+前配2，完成離子方程式的書寫：2Fe2++H2O2+2H+ = 2Fe3++2H2O。

這里通過剖析典型例題，引導(dǎo)學(xué)生自主分析梳理，讓學(xué)生認(rèn)識到這類方程式書寫有著程序性的步驟，初步感知書寫這類方程式的思維模型，為之后思維模型的建構(gòu)奠定了基礎(chǔ)[ 4 ]。

環(huán)節(jié)二：引導(dǎo)分析試題的背景及考查的知識點，通過書寫、評價、歸納完善模型。

通過導(dǎo)學(xué)案引導(dǎo)自主思考、小組進行交流展示，設(shè)計問題串如：配平所有化學(xué)反應(yīng)方程式的核心思想是什么？如何分析化合價的變化？有機物中元素化合價的標(biāo)定有何技巧？溶液中的氧化還原反應(yīng)，常見物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物如何預(yù)測？“新情境”通常是指題給的哪些信息？如：溶液的酸堿性、給定的生成物、原電池或電解池中的電解質(zhì)、離子交換膜等等。“情境-模型”是指學(xué)生依據(jù)具體的情境問題，理解化學(xué)原理，自主發(fā)現(xiàn)內(nèi)在的化學(xué)規(guī)律，建構(gòu)屬于學(xué)習(xí)者的知識經(jīng)驗及方法的思維模型。再利用所構(gòu)建的思維模型來解決實際問題，學(xué)生通過檢查再完善思維模型，加深對原理知識的深化，達(dá)到發(fā)展學(xué)生思維的目的[ 1 ]。在典例剖析的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生小組合作歸納出這類方程式的書寫步驟?？偨Y(jié)步驟如下：

（1）列兩側(cè)物質(zhì)——兩“劑”兩產(chǎn)物

根據(jù)題干的信息或流程圖，明確題目給出的反應(yīng)物和生成物，確定氧化劑和還原劑，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物。按“還原劑+氧化劑——氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物”初步列出方程式。

（2）配電子守恒——標(biāo)價態(tài)、析升降

根據(jù)化合價升降守恒規(guī)律，標(biāo)出四物中變價元素的化合價升降數(shù)目并分析，實現(xiàn)反應(yīng)前后化合價升降總數(shù)相等。配平氧化劑、還原劑的化學(xué)計量數(shù)。

（3）配電荷守恒——看環(huán)境、補離子

結(jié)合題干信息中溶液所處的環(huán)境，根據(jù)電荷守恒補上缺項離子，使反應(yīng)前后陰陽離子所帶的電荷總數(shù)相等。在補離子時應(yīng)注意：酸性環(huán)境中，反應(yīng)物或生成物都可補H+，但不能出現(xiàn)OH-。堿性環(huán)境中，反應(yīng)物或生成物都可補OH-，但不能出現(xiàn)H+。而在中性環(huán)境中，H2O可以在任意溶液的配平過程中靈活使用，反應(yīng)物或生成物補OH-、H+均可。

（4）配原子守恒

為確保反應(yīng)前后各元素的原子數(shù)目相同，再次根據(jù)原子守恒配平方程式。

守恒思想是配平氧化還原化學(xué)反應(yīng)方程式的核心，依據(jù)變價元素、列出四物是基礎(chǔ)，標(biāo)價態(tài)、析升降是關(guān)鍵，看環(huán)境、補離子是難點，根據(jù)守恒規(guī)律確定系數(shù)是保證。引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)思維模型，幫助學(xué)生理解氧化還原反應(yīng)的核心概念，提高了解題能力，掌握核心知識，提升學(xué)科的核心素養(yǎng)。

通過精選一道高考真題進行當(dāng)堂練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)氧化還原反應(yīng)方程式的書寫模型，鞏固模型的運用、提高分析和解決問題的能力。建構(gòu)合理的思維模型，鞏固提升解決問題的能力，促進發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)思維。在模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上精選有針對性的練習(xí)題，強化訓(xùn)練，加深學(xué)生對思維模型的理解和應(yīng)用[ 3 ]。

環(huán)節(jié)三：歸納總結(jié)信息方程式書寫規(guī)律，建構(gòu)解題模型。

借助一道練習(xí)題，通過小組合作學(xué)習(xí)讓學(xué)生明確解題方法，規(guī)范解題步驟，再次理清知識線索，幫助學(xué)生理解新情境下氧化還原反應(yīng)方程式的書寫模型。突破缺項微粒的確定這個難點，快速準(zhǔn)確的運用模型，提高有效解決相關(guān)問題的能力。

建構(gòu)思維模型，挖掘問題的本質(zhì)，建立解決方案。并通過相關(guān)練習(xí)實現(xiàn)模型的應(yīng)用，在解題過程中檢驗和完善思維模型，提煉出能反映問題本質(zhì)的模型，能普遍適用于相似問題情境來解決這一類的問題[ 4 ]。引導(dǎo)學(xué)生自主歸納總結(jié)書寫的規(guī)律見圖2。

4? 教學(xué)反思

新情景下信息方程式書寫考查范圍廣，內(nèi)容多，形式多樣，要求學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識和在陌生的情景中快速準(zhǔn)確地提取有用信息并整合信息的能力，學(xué)生書寫是不注意題目環(huán)境、書寫速度比較慢、錯誤率高。教師需要教學(xué)中反復(fù)讓學(xué)生訓(xùn)練，并引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)、提速高效書寫。

綜上所述，通過問題討論，層層深入，解題建模、突破難點，激活了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使每個學(xué)生都能融入課堂，積極參與，主動思考。運用“情境-模型”模型，提升思維廣度的同時也突破了書寫的難點。通過針對性練習(xí)，有助于學(xué)生深刻理解新情境下氧化還原反應(yīng)方程式書寫的規(guī)律，即“為理解而學(xué)習(xí)”[ 4 ]。

在高三化學(xué)復(fù)習(xí)過程中，通過雙向模型的建構(gòu)和運用來引導(dǎo)學(xué)生積極參與解題方法的提煉與歸納，進行思維模型的建構(gòu)，獲得解決問題的“支架”。讓學(xué)生解決問題有“法”可依，引導(dǎo)學(xué)生形成清晰的解題思路，多渠道獲取知識來實現(xiàn)高效復(fù)習(xí)課堂。

參考文獻：

[1]黃秀娟，陳迪妹.高中化學(xué)“情境·模型”教學(xué)模式的實例研究——以蘇教版化學(xué)1“從鋁土礦中提取鋁”為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2017（11）：87-90.

[2]張仿剛，朱思光，盛連蔚.發(fā)展核心素養(yǎng)下的高三主題式復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計——以“氧化還原反應(yīng)”為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2018（11）：25 .

[3]吳學(xué)錄，在化學(xué)教學(xué)中注重提升學(xué)生的信息素養(yǎng)——以2013年江蘇化學(xué)高考試題為例[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（江蘇教師）， 2014（3）：37.

[4]林立豪.思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的實踐——以“陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫”復(fù)習(xí)課為例[J].中學(xué)教學(xué)參考，2019（6）：68—70.