基于真實生活的化學主題式情境教學

張婷 徐惠

關(guān)鍵詞：氧化還原;真實情境;主題式教學;青果巷

英國教育家懷特海（whitehead）認為：“教育只有一個主題，那就是五彩繽紛的生活?！睂W生在進入化學課堂前已經(jīng)積累了許多與化學相關(guān)的社會生活經(jīng)驗，但卻不明晰其中所涉及的化學基本原理和方法。在化學教學中，如果教師能喚醒學生將兩者建立聯(lián)系，引導學生基于化學學科核心概念理解真實生活中的化學問題，那么學生所體驗的生活，無論是在當下還是未來，都會因為他們所具備的化學學科核心素養(yǎng)而變得更加理性和美好。

普通高中化學課程標準（2017年版）提出，“真實、具體的問題情境是學生化學學科素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺”。教師在教學活動中基于學生真實生活體驗構(gòu)建化學教學主題、創(chuàng)設(shè)課堂情境，有助于構(gòu)建真實生活情境與學科核心概念的內(nèi)在聯(lián)系，為學生化學學科核心素養(yǎng)提供真實的表現(xiàn)機會。

“氧化還原反應(yīng)”屬于化學核心概念，是中學化學課程的學習重點和難點，許多教師圍繞氧化還原反應(yīng)教學進行了探討。張丙香、畢華林測查了高中生氧化還原反應(yīng)三重表征心智模型，發(fā)現(xiàn)高中各年級學生的心智模型是情境相依、不穩(wěn)定的。胡先錦通過課堂比較研究發(fā)現(xiàn)，采用真實情境的教學方式對高一學生氧化還原反應(yīng)心智模型的修正和完善是富有成效的。通過中國知網(wǎng)查詢學術(shù)文獻，發(fā)現(xiàn)已有研究涉及到的是初高中氧化還原反應(yīng)銜接教學研究、氧化還原反應(yīng)相關(guān)概念及其轉(zhuǎn)變研究等，雖然有學者研究了氧化還原反應(yīng)教學情境的創(chuàng)設(shè)，但情境片段卻是零散的、無關(guān)聯(lián)的，缺乏一氣呵成的整體性。

本教學案例基于地方文化特色，選取常州一條歷史悠久的青果巷作為教學載體，在漫步青果巷的過程中，將青果巷中的青磚、染布、梳篦、麻糕和電動車五種真實的生活情境分別與氧化還原基本原理相聯(lián)系，從而將學生自身具備的直接經(jīng)驗與抽象概念建立聯(lián)系，以問題驅(qū)動和實驗活動引導學生開展知識應(yīng)用與重構(gòu)，促進學生對化學核心概念的理解，提升學生的化學學科核心素養(yǎng)。

1教學設(shè)計

本節(jié)課選自蘇教版《化學1》專題2，是關(guān)于氧化還原反應(yīng)基本概念和原理的復(fù)習課，圍繞氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用展開。課程學習之前，學生已經(jīng)認識到有化合價變化的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，了解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，知道常見的氧化劑和還原劑。但學生并不熟悉氧化還原反應(yīng)規(guī)律在真實情境中的應(yīng)用，仍需強化新課標所要求的“依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測物質(zhì)的化學性質(zhì)和變化，設(shè)計實驗進行初步驗證”。本節(jié)課的復(fù)習希望幫助學生對概念進行整合，對知識進行深度認識，為了激發(fā)和維持學生的學習熱情和對美好生活的愿望，本節(jié)復(fù)習課的重點是知識的實際應(yīng)用，而不是知識點的重復(fù)和習題的操練。

基于上述教學分析，設(shè)計了以下教學流程（如圖1所示）：從進入青果巷開始，依次選取青果巷的青磚、染布、梳篦、麻糕和電動車作為具體教學載體，多層次、多角度地運用氧化還原反應(yīng)原理來理解其中的化學現(xiàn)象。最后一個教學環(huán)節(jié)為離開青果巷，向?qū)W生介紹電動車電池的原理，從時空上將學生帶到一個更廣闊的情境中，讓學生意識到氧化還原反應(yīng)在生活中普遍存在，也在知識層面上為學生今后深入學習氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用（原電池知識）作好鋪墊。

2教學過程

[課前播放視頻]青果巷介紹。

教師：民間流傳一句話：“一條青果巷，半部常州史”。青果巷是我們常州著名的古街巷，相信很多同學之前都去過。今天這節(jié)課，我?guī)Т蠹以偃ハ镒永镒咭蛔撸匆豢床灰粯拥娘L景。

2.1第一印象：青磚、青瓦、青石板路

教師：走進巷子，首先映入眼簾的便是古街上的青磚、青瓦、青石板路……這些建筑材料為什么會顯青色呢？請閱讀資料卡，了解青磚的燒制過程。

[資料卡1]磚瓦的燒制是以黏土、頁巖為原料，磚瓦的焙燒分為氧化焙燒和還原焙燒兩種。氧化焙燒：通人足量空氣，在900～940℃的燒結(jié)溫度下，將Fe元素全部氧化為Fe203，即得常用的紅磚。還原焙燒：在氧化焙燒后，密封窯體，隔絕空氣，加煤炭，通過燃燒耗盡氧氣并形成還原氛圍，該過程中Fe2O3與CO反應(yīng)得到FeO2這就由紅磚變成了青磚。

學習任務(wù)：（1）寫出由紅磚變青磚過程中的化學方程式;（2）用雙線橋法表示反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目;（3）判斷氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物。

教師：青磚不僅給人以樸素、優(yōu)雅的美感，在實用性方面，它也更加耐用，因為青磚在空氣中先被氧化再開始風化，而紅磚直接進入風化期。正是由于青磚的“還原一氧化”過程，讓我們感受到了百年古巷的厚重歷史。

教師：初中時，同學們學習過Fe的冶煉，利用CO可以將鐵礦石中的Fe203還原為Fe單質(zhì)，對比任務(wù)1的方程式，為什么相同的氧化劑（Fe203）、還原劑（c0），還原產(chǎn)物卻不同呢？

學生：反應(yīng)溫度不同。

[資料卡2]溫度在600℃左右，還原產(chǎn)物為FeO;溫度高于700℃，還原產(chǎn)物為Fe。

總結(jié)：隨著溫度、濃度等條件的改變，物質(zhì)的氧化性、還原性會改變，產(chǎn)物也就有了多種可能性。

2.2第二印象：劉國鈞故居（常州大成紡織印染廠）

教師：沿著巷子往里走，會看到一座大宅院，這是著名的愛國實業(yè)家劉國鈞的故居，他早年在常州創(chuàng)建了聞名全國的大成紡織印染廠。

[資料卡3]劉國鈞，現(xiàn)代杰出愛國實業(yè)家。自幼家貧，備嘗艱辛，艱苦創(chuàng)業(yè)，早年在常州提倡“機器革命”，集資創(chuàng)建“常州大成紡織印染廠”，率先在國內(nèi)成功生產(chǎn)絲絨、燈芯絨等產(chǎn)品。在抗美援朝運動中，大成共捐獻五十億元，國民經(jīng)濟困難時期，出謀獻策，并主動將留存于上海、香港的毛紡工業(yè)獻給國家。大成公司制作的大成藍布，以“大成擔保，保不褪色”做宣傳標語，極受消費者歡迎，暢銷全國。

教師：在對布進行染色前，需要先使用漂白劑進行漂白。哪些物質(zhì)可以做漂白劑？

學生：NaCl0、Ca（C10）2。

教師：NaCl0能夠作為漂白劑，利用它的什么性質(zhì)？

學生：氧化性。

教師：NaCl0和I2的氧化性哪個更強？如何利用實驗比較兩者的氧化性強弱？

學生討論后回答，根據(jù)設(shè)計的實驗方案，對照實驗單完成實驗。

[學生實驗1]：四人一小組，明確分工。用小滴管吸取1滴管Kl溶液于點滴板1號孔穴中，然后向上述點滴板孔中滴加1～2滴淀粉試劑，再向上述點滴板孔中滴加2滴NaCl0溶液，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。

學生：實驗中溶液變藍，說明NaCl0將I-氧化為I2。根據(jù)氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物，所以NaCl0的氧化性強于I2。

教師：常用的漂白劑還有H202。NaCl0和H202的氧化性哪個更強？如何利用實驗比較兩者的氧化性強弱？

學生討論后回答，根據(jù)設(shè)計的實驗方案，對照實驗單完成實驗。

[學生實驗2]：用小滴管吸取1滴管NaCl0溶液于點滴板2號孔穴中，然后向2號孔中滴加1滴管H202溶液，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。

學生：實驗中有氣泡產(chǎn)生。

教師：你認為是什么氣體？你的判斷依據(jù)是什么？

學生：是02。H202的氧化性和還原性均體現(xiàn)在一1價的0上。

教師：從這個實驗中，你能得到什么結(jié)論？

學生：NaCl0將H202氧化為02。根據(jù)氧化劑的氧化性大于還原劑，所以NaCl0的氧化性強于H202。

[投影]2016年里約奧運會在舉行女子十米跳水決賽時，發(fā)現(xiàn)跳水池里的水變成了綠色。原來工作人員先是使用了氯系消毒劑對池水消毒，后來又往池水中加入了雙氧水，導致池水中綠藻繁殖。

教師：這是為什么？

學生：雙氧水抵消了氯系消毒劑的消毒作用，而且還產(chǎn)生了氧氣。

總結(jié)：由此可見，遵循氧化還原反應(yīng)的原理，我們可以將化學物質(zhì)很好地用于服務(wù)生活，但如果違背氧化還原反應(yīng)的原理，結(jié)果將適得其反。

2.3第三印象：常州梳篦

教師：距離劉國鈞先生的故居不遠處，有一家梳篦博物館。梳篦是常州傳統(tǒng)的手工藝品，是國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。如果是銀質(zhì)的梳篦，久置在空氣中，顏色會變暗淡，這是為什么？

學生：Ag與空氣中的02、H2s反應(yīng)，產(chǎn)生黑色的Ag2S覆蓋在銀器表面。

教師：如果用打磨的方法除去Ag2s，很有可能會破壞銀器，有沒有什么好的方法使銀器恢復(fù)光澤呢？

（學生思考，但沒人舉手回答該問題）

教師：中央電視臺有一款節(jié)目叫做“是真的嗎？”，曾經(jīng)檢測過一個說法：借助錫紙（主要成分為A1）能清洗銀飾，這是真的嗎？

[視頻]借助錫紙就能清洗銀飾。

總結(jié)：銀器因被空氣氧化生成Ag2S而變黑，但利用還原性較強的Al又可以將Ag2S還原為Ag。盡管因氧化還原反應(yīng)使銀器變色，而利用氧化還原反應(yīng)又能夠讓其恢復(fù)原樣。

2.4第四印象：常州麻糕

[投影]民國時期的排水溝。

教師：漫步巷子，我們會看到一個玻璃展館，里面存放民國時期的排水溝，上面布滿了銹跡，這是什么緣故，發(fā)生了什么反應(yīng)？

學生：Fe和02發(fā)生氧化反應(yīng)，使Fe發(fā)生銹蝕。

教師：繼續(xù)往巷子里走，終于看到了一家特產(chǎn)店——常州大麻糕。忍不住想給遠方的小伙伴寄兩包，但又擔心路途遙遠，麻糕會變質(zhì)。為防止食品變質(zhì)，可以選擇哪些方式？

學生：隔絕氧氣（如充人N2）、除去氧氣。

教師：如果選擇除02的方式，可以選擇哪些物質(zhì)？為什么？

學生：可以選還原性物質(zhì)與02發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

教師：我在麻糕的包裝袋里發(fā)現(xiàn)了一小袋物質(zhì)，上面寫著脫氧劑，什么是脫氧劑？

[資料卡4]化學脫氧劑可以除去食品包裝中的氧氣，既能防止氧化作用，又能抑制微生物生長和酶作用。根據(jù)組成，脫氧劑可分為兩大類：有機類和無機類。無機類有金屬粉末型、亞鐵鹽型、亞硫酸鹽型。有機類有葡萄糖氧化酶型、抗壞血酸型、兒茶酚型。脫氧劑的應(yīng)用范圍非常廣泛，如月餅、蛋糕、面包、水果、蔬菜等食品的保質(zhì)，茶葉、糧食的保鮮，照相機等精密儀器的保養(yǎng)等。

教師：現(xiàn)在我將麻糕中的脫氧劑取出來，它的成分是哪一類？脫氧效果又如何呢？

[演示實驗1]：教師運用磁鐵檢驗其有磁性;加入稀硫酸產(chǎn)生無色氣體且溶液為淺綠色的現(xiàn)象證明其成分為鐵粉。

教師：它的脫氧效果如何呢？我們可以借助02傳感器來測量一定時間內(nèi)它的耗氧量。

[演示實驗2]：取兩個密閉塑料瓶，向其中一個瓶中放人脫氧劑中的粉末，另一個瓶中什么都不放。取兩個02傳感器，分別檢測兩瓶中02含量的變化（裝置見圖2）。一段時間后，放入脫氧劑的塑料瓶中O2含量（見圖3曲線2）明顯降低。

教師：實驗發(fā)現(xiàn)，這份含鐵粉的脫氧劑的脫氧效果很好，我們可以放心地給小伙伴寄麻糕，不用擔心它因氧化而變質(zhì)了。

總結(jié)：02與Fe的反應(yīng)既能使鋼鐵發(fā)生銹蝕，給生活帶來麻煩;但另一方面，這個反應(yīng)也可以幫助食物除去02，給生活帶來便利。

教師：鐵粉為什么會優(yōu)先于食物與02發(fā)生反應(yīng)？

學生：鐵粉的還原性強于食物中的還原性物質(zhì)。

教師：通過加入一些還原性較強的物質(zhì)，優(yōu)先與02發(fā)生反應(yīng)，這就是抗氧化的原理。生活中還有很多抗氧化的例子，如維生素c抗氧化、s02抗氧化等。

2.5離開青果巷：電動車

教師：青果巷距離學校1.3公里，逛完青果巷，如果騎上電動車，五分鐘就能回到學校，電動車的能量來自它的電池。

[投影]鉛蓄電池的工作原理（見圖4）。

教師：這是在電池中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。但在實際裝置中，還原劑與氧化劑并不直接接觸，而是通過一根導線進行電子轉(zhuǎn)移，如果我們將“移動的電子”引出來，那就可以形成“電流”。電池是如何進行這個過程的？在今后的學習中，我們將繼續(xù)探索氧化還原反應(yīng)更深層次的應(yīng)用。

[投影]歸納與總結(jié)（見圖5）。

總結(jié)：這節(jié)課，我們在青果巷里看到了青磚、青瓦、青石板等風景，鞏固了氧化還原反應(yīng)的基本概念和表示方法;回憶了大成染織廠的歷史，運用氧化還原反應(yīng)規(guī)律，通過實驗比較了物質(zhì)氧化性的強弱;了解了梳篦與大麻糕中的氧化與還原過程，探究了物質(zhì)的抗氧化原理;當離開青果巷時，發(fā)現(xiàn)電動車中也有氧化還原過程。原來，在生活的各個角落，都已離不開氧化還原反應(yīng)的身影！

3教學啟示

學生是課堂的主體，為了促進學生素養(yǎng)的形成和發(fā)展，在選擇和設(shè)置教學情境時應(yīng)基于學生的真實體驗和認知規(guī)律。具體應(yīng)考慮以下四個方面：

（1）情境的真實性。化學教學內(nèi)容需要情境化，而情境必須為真實情境。對于抽象概念的學習，更需要以學習者具備的生活體驗或者經(jīng)驗知識為基礎(chǔ)，化抽象為具體，降低學習難度。

（2）情境的地域性。學生熟悉和熱愛自己所在地域的文化，認同自己的故鄉(xiāng)，可增強對祖國文化的認同感?；瘜W滲透于科技、生態(tài)、文化、經(jīng)濟等社會的各個方面，設(shè)計者可根據(jù)教學內(nèi)容去檢索當?shù)叵嚓P(guān)的已有資源作為教學情境，如結(jié)合當?shù)氐柠}礦工業(yè)，選取氯堿工業(yè)作為教學情境復(fù)習化工流程題，可以充分調(diào)動學生的學習積極性。

（3）情境的整體性。知識本身是系統(tǒng)性、邏輯性的，作為知識的載體，教學情境也應(yīng)當是成體系的。在化學教學中可以選取娛樂節(jié)目、身邊的物質(zhì)、身邊的環(huán)境、化學儀器、童話故事等為主題式情境，在一個主題或者背景下進行學習，保障學生學習的流暢性，促進學生全身心地投入到課堂中。

（4）情境的遞進性。陶淵明描述桃花源的發(fā)現(xiàn)過程如下：“緣溪行，忽逢桃花林”→“復(fù)前行，便得一山”→“從口入，豁然開朗”，這種遞進式情境容易引人人勝，讓人流連忘返。在同一主題下，按照時間、空間等順序逐步推進情境，由淺入深地呈現(xiàn)問題和任務(wù)，學生在該學習過程中可以享受知識的發(fā)現(xiàn)、探究和獲得的樂趣。

本節(jié)課將學生熟悉的一條街巷作為教學情境，立足于學生的生活，體現(xiàn)了情境的真實性;青果巷是常州久負盛名的古街巷，承載了很多學生兒時的記憶，體現(xiàn)了情境的地域特色性;從進巷到出巷，在漫步巷子的過程中，按照空間順序依次呈現(xiàn)出各個教學情境，體現(xiàn)了情境的整體性;在青果巷這個大背景下，青磚、染布、梳篦、麻糕、電動車這五種具體情境層層推進，由簡單到復(fù)雜地將氧化還原反應(yīng)的基本概念、氧化性還原性強弱比較、氧化劑還原劑的認識以及氧化還原反應(yīng)的實際應(yīng)用等知識進行了梳理，體現(xiàn)了情境的遞進性。

經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）提出，成功的學校教育應(yīng)當幫助學生掌握適應(yīng)未來社會生活的素養(yǎng)。因此，我們的教學應(yīng)當重點關(guān)注與學生個人生活、社會生活相適應(yīng)的知識與技能，這關(guān)系到學生的社會生存與發(fā)展。基于學生體驗過的真實生活，選擇主題式的情境開展教學活動，將有利于學生將書本知識遷移運用到實際生活中，對生活也會多一份理性認識，而這份理性認識的獲得，是為生活而教的目標，是學生具備化學核心素養(yǎng)的基本體現(xiàn)。