基于核心素養(yǎng)的“氧化還原反應(yīng)”學(xué)習(xí)進(jìn)階探討

孫嘉茵 王升富

摘要：氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)一個重要的學(xué)習(xí)主題，貫穿于整個中學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)過程，與其它主題的學(xué)習(xí)緊密聯(lián)系，對于中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)至關(guān)重要。為了整合知識點和促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的連貫發(fā)展，依據(jù)現(xiàn)有研究、化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和人教版新化學(xué)教材、學(xué)生學(xué)情及認(rèn)知規(guī)律，將“氧化還原反應(yīng)”在中學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)分為六個階段，為學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)科核心素養(yǎng)設(shè)計合理的學(xué)習(xí)進(jìn)階過程。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進(jìn)階;氧化還原反應(yīng);學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2022）03-0017-05???? 中圖分類號：G632.41???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.004

中學(xué)化學(xué)圍繞氧化還原反應(yīng)這一主題學(xué)習(xí)銜接了學(xué)生初中階段的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和高中階段必修課程及選擇性必修課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。從知識層面上分析，該主題的知識點冗雜，不僅涉及化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和原理以及物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，還涉及到同種元素不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和電化學(xué)原理以及化學(xué)能源的應(yīng)用前景等。 從學(xué)科核心素養(yǎng)層面分析，圍繞氧化還原反應(yīng)這一主題的學(xué)習(xí)內(nèi)容不僅有利于學(xué)生構(gòu)建化學(xué)思想觀念，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和問題解決的能力，同時樹立學(xué)生的社會責(zé)任感。

學(xué)習(xí)進(jìn)階（learning progressions，簡稱 LPs）[1]指學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題概念時，遵循連貫的學(xué)習(xí)路徑 。 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論認(rèn)為[2]，學(xué)習(xí)是一個可持續(xù)發(fā)展的過程，學(xué)生對某一內(nèi)容主題的理解存在多個不同的中間水平，在這個學(xué)習(xí)的時間段中，學(xué)生對該內(nèi)容的理解和思考逐漸成熟，不斷深入。

依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，相互關(guān)聯(lián)的知識點將作為一個整體呈現(xiàn)[3]。 以氧化還原反應(yīng)的學(xué)習(xí)為例，把學(xué)習(xí)分為下文所列六個進(jìn)階過程，每一個進(jìn)階為一個“墊腳石”。“氧化還原反應(yīng)”學(xué)習(xí)的進(jìn)階過程中，由簡單到深入，由低階到高階，跨越初中和高中的界線以及高中必修和選擇性必修的界線，將不同階段的知識點整合在一起。 因此，探討“氧化還原反應(yīng)”的學(xué)習(xí)進(jìn)階過程，不僅有助于學(xué)生在這一主題的學(xué)習(xí)，也有利于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對“氧化還原反應(yīng)”主題相關(guān)的內(nèi)容要求

根據(jù)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》[4]和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》[5]，對“氧化還原反應(yīng)”主題相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行梳理，相關(guān)的課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求如表1所示。

二、氧化還原反應(yīng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的劃分

我們把中學(xué)圍繞氧化還原反應(yīng)這一主題的學(xué)習(xí)內(nèi)容分為六個階段，六個階段分布在初、高中課程的不同章節(jié)。

1.新人教版化學(xué)教材不同階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容

（1）階段一：初始萌芽階段

義務(wù)教育階段的九年級上冊第二單元課題2[6]，教材采用“氧氣可以使帶有火星的木條復(fù)燃”“硫分別在空氣和氧氣里燃燒”“鐵絲在氧氣中劇烈燃燒”三個實驗。學(xué)生通過實驗與討論，找出三個反應(yīng)的共同特征，知道氧化反應(yīng)是“物質(zhì)與氧發(fā)生的反應(yīng)”。根據(jù)反應(yīng)中氧氣氧的特征，認(rèn)識氧氣具有氧化性。

在第六單元課題1 中[7]，通過木炭與氧化銅反應(yīng)的學(xué)習(xí)，得出還原反應(yīng)是“含氧化合物里的氧被奪去的反應(yīng)”。通過木炭是將氧化銅還原為銅的學(xué)習(xí)，認(rèn)識木炭具有還原性。

因此，在初中階段從“得氧與失氧”角度建立起“氧化反應(yīng)”與“還原反應(yīng)”的初步概念，為中學(xué)氧化還原反應(yīng)主題的“初始萌芽階段”。

（2）階段二：準(zhǔn)備進(jìn)階階段

在九年級上冊第四單元課題4“化學(xué)式與化合價”中[8]，學(xué)習(xí)了化學(xué)式的確定依據(jù)，認(rèn)識元素在物質(zhì)中可 以呈現(xiàn)不同的價態(tài)，知道一些常見元素的化合價以及 確定元素化合價的注意事項，知道元素的化合價是元 素的原子在形成化合物時表現(xiàn)出來的一種性質(zhì)。

這一階段學(xué)生初步認(rèn)識 C、O 等元素在不同物質(zhì)中有不同化合價，同時為高中從元素化合價的變化角度繼續(xù)學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)相關(guān)概念奠定基礎(chǔ)。此為中學(xué)氧化還原反應(yīng)主題的“準(zhǔn)備進(jìn)階階段”。

（3）階段三：初步進(jìn)階階段

在人教版必修一第一章第三節(jié)“氧化還原反應(yīng)”中[9]，學(xué)生學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)的特征本質(zhì)。在“思考與 討論”欄目用兩個化學(xué)方程式（見圖1）中元素的化合 價以及反應(yīng)類型，并設(shè)置三步思考問題。

這一階段學(xué)生從初中“得氧與失氧”角度認(rèn)識“氧化反應(yīng)”與“還原反應(yīng)”過渡到高中從“元素化合價升降”與“電子轉(zhuǎn)移”角度認(rèn)識“氧化還原反應(yīng)”。學(xué)習(xí)用化合價的升降和電子轉(zhuǎn)移的視角認(rèn)識氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)、被氧化與被還原、氧化劑與還原劑、氧化性與還原性，并知道它們之間的關(guān)系。此為中學(xué)氧化還原反應(yīng)主題的“初步進(jìn)階階段”。

（4）階段四：鞏固應(yīng)用階段

在人教版必修一的第二章“鈉、氯及其化合物”的學(xué)習(xí)中，第三章的“鐵金屬材料”的學(xué)習(xí)中以及必修二“硫、氮及其化合物”的學(xué)習(xí)中，從氧化還原反應(yīng)的角度理解同種元素可以具備不同價態(tài)，探討同種元素不同價態(tài)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，更加深刻地理解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，并在不同元素及其化合物的學(xué)習(xí)中進(jìn)一步深化理解“氧化劑”和“還原劑”，并運用電子轉(zhuǎn)移的知識學(xué)會化學(xué)方程式的配平。此為中學(xué)氧化還原反應(yīng)主題的“鞏固應(yīng)用階段”。

（5）階段五：全面進(jìn)階階段

在人教版必修二第六章第一節(jié)“化學(xué)反應(yīng)與電能”中[10]，通過原電池實驗和原電池原理示意圖，建立“氧化還原反應(yīng)”與“能量轉(zhuǎn)化過程”的關(guān)系，從原電池工作原理的角度引入“原電池”的概念并介紹了電池的應(yīng)用價值。此為中學(xué)氧化還原反應(yīng)主題的“全面進(jìn)階階段”。

（6）階段六：升華應(yīng)用階段

在人教版選擇性必修1第四章“化學(xué)反應(yīng)原理”中[11]，在銅鋅原電池的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了（1）原電 池和不同化學(xué)電池的工作原理和應(yīng)用，（2）電解池的 電解原理和應(yīng)用，（3）金屬的腐蝕與不同的防護(hù)方 法。此為中學(xué)氧化還原反應(yīng)主題的“升華應(yīng)用階段”。

2.氧化還原反應(yīng)學(xué)習(xí)的進(jìn)階框架

圍繞上述對教材中“氧化還原反應(yīng)”不同階段的分析，基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，結(jié)合學(xué)生的學(xué)情以及人教版初、高中教材和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們將不同階段學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)的核心知識以及進(jìn)階目標(biāo)進(jìn)行分析，如表2所示。

三、從核心素養(yǎng)視角分析“氧化還原反應(yīng)”進(jìn)階的過程

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的理論和課程標(biāo)準(zhǔn)對核心素養(yǎng)水平劃分，將核心素養(yǎng)再分為六個水平，并從學(xué)生的學(xué)情出發(fā)分析學(xué)生在各個發(fā)展水平的具體描述及其進(jìn)階目標(biāo)，見表3、表4、表5。

1.學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)階過程的相關(guān)性

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的“氧化還原反應(yīng)”及其相關(guān)主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階以學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知狀態(tài)作為進(jìn)階起點，圍繞核心知識點依次進(jìn)階、逐級深化學(xué)生的思維方式[13]。通過對中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”主題以及與之相關(guān)的主題的內(nèi)容的分析，合理地設(shè)計進(jìn)階框架，在每個階段的核心知識的基礎(chǔ)上建立進(jìn)階目標(biāo)，在實現(xiàn)進(jìn)階目標(biāo)的同時促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的連貫發(fā)展[14]?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)階的“氧化還原反應(yīng)”及其相關(guān)主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階的最終階段是學(xué)生實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，即學(xué)生形成正確價值觀、具備關(guān)鍵能力和必備品格。新課程標(biāo)準(zhǔn)中5個方面的核心素養(yǎng)之間相輔相成，各有側(cè)重，在學(xué)習(xí)進(jìn)階的過程中探討不同方面核心素養(yǎng)間的相關(guān)性，見圖2。

四、基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的中學(xué)化學(xué)“氧化還原反應(yīng)”的教學(xué)銜接

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)把握學(xué)生的學(xué)情和認(rèn)知，深探“氧化還原反應(yīng)”的每一個進(jìn)階，選擇適當(dāng)?shù)姆椒?。學(xué)生每一個階段都是一個“墊腳石”，可以幫助學(xué)生鞏固前面學(xué)習(xí)的知識，同時幫助學(xué)生更加順利地進(jìn)入下一個階段的學(xué)習(xí)。教師的任務(wù)在于要圍繞核心知識對教學(xué)目標(biāo)整體把握，有效銜接每一個“墊腳石”。

教師應(yīng)該熟悉中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、中學(xué)化學(xué)教材以及學(xué)生的學(xué)情和認(rèn)知規(guī)律，了解學(xué)生在每個階段所掌握的知識內(nèi)容和思維發(fā)展水平。 明確學(xué)生在不同階段所處的水平，幫助學(xué)生在中學(xué)階段形成“氧化還原反應(yīng)”的知識框架。

在初中階段，化學(xué)屬于基礎(chǔ)學(xué)科，注重激發(fā)學(xué)生? 的學(xué)習(xí)興趣，形成基本的化學(xué)概念。學(xué)習(xí)“氧化反應(yīng)”“還原反應(yīng)”和“氧化性”“還原性”的基本特征教學(xué)過程中，教師可以聯(lián)系生活中氧化的例子導(dǎo)入知識。創(chuàng)設(shè)生動的實驗情境引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察與討論。為學(xué)生提供更多的實驗機(jī)會，盡可能以學(xué)生為主體完成實驗。學(xué)生親身經(jīng)歷科學(xué)探究活動，探究反應(yīng)規(guī)律，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度。

在必修一階段，學(xué)生需要逐漸實現(xiàn)思維的轉(zhuǎn)變，學(xué)生在理解電子轉(zhuǎn)移的過程可能存在困難。教師要充分利用初中和高中的相似知識，引導(dǎo)學(xué)生在已有的知識基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)，建立一個系統(tǒng)的知識框架，實現(xiàn)了初高中的學(xué)習(xí)進(jìn)階。教材的第一章第三節(jié)的開篇讓學(xué)生回顧初中氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的相關(guān)知識同時創(chuàng)設(shè)問題情境。教師可以運用真實的生活情境激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，如“銀飾品佩戴久了變黑是不是說明身體變差？”“用什么辦法處理汽車排放的有毒氣體？”等。

由于初高中在氧化還原反應(yīng)的表述上有所不同，學(xué)生在知識的銜接上可能理解不當(dāng)。教師引導(dǎo)學(xué)生以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)探究的過程中逐步產(chǎn)生變化觀念，認(rèn)識化學(xué)變化需要一定的條件。在探討氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)過程中找到反應(yīng)的規(guī)律，找到氧化還原反應(yīng)中的“變”與“不變”，在動態(tài)的反應(yīng)中找到變化的反應(yīng)過程和電子轉(zhuǎn)移以及不變的反應(yīng)規(guī)律。引導(dǎo)學(xué)生從“化合價變化”和“電子轉(zhuǎn)移”的角度，動態(tài)地分析化學(xué)變化，認(rèn)識氧化還原反應(yīng)的普遍特征和本質(zhì)，實現(xiàn)初高中的學(xué)習(xí)進(jìn)階過程。

在必修一第三章和必修二的第五章中，金屬元素和非金屬元素的學(xué)習(xí)是對氧化還原反應(yīng)的初步應(yīng)用階段。學(xué)生學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)本質(zhì)有利于對這部分知識的理解。教師在教學(xué)過程中可以充分運用同一元素不同價態(tài)化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖促進(jìn)學(xué)生對知識的理解，如圖3、圖4所示。

在必修二階段，教師可以結(jié)合生活實際，用電池的應(yīng)用過程，圍繞化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系，引發(fā)學(xué)生思考。為學(xué)生提供電極材料，學(xué)生自主設(shè)計原電池的實驗，合作討論解決問題。在引入氧化還原反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)與電能轉(zhuǎn)化的關(guān)系，認(rèn)識氧化還原反應(yīng)是實現(xiàn)化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，并引入原電池的概念。在實驗探究活動“簡易電池的設(shè)計與制作”，學(xué)生將自主構(gòu)建原電池的構(gòu)成要素和工作原理，進(jìn)一步理解原電池的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。在教學(xué)過程中運用實驗現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變偏差認(rèn)識。同時簡單地學(xué)習(xí)了不同的化學(xué)電池，了解化學(xué)電池作為新能源的重要性。

在選擇性必修1 階段，通過創(chuàng)設(shè)雙液原電池實驗 情境，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行原電池的實驗 設(shè)計探究活動。在實驗探究原電池工作原理的過程 中，有機(jī)結(jié)合“操作-觀察-思維”，在實驗操作中“偶然”發(fā)現(xiàn)銅片的表面上產(chǎn)生氣泡而感到疑問，提出假設(shè)并 設(shè)計實驗加以驗證，初步建立對電化學(xué)的分析思路。幫助學(xué)生更高層次地從氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)上認(rèn)識原 電池的原理，實現(xiàn)了階段五到階段六的學(xué)習(xí)進(jìn)階。在 必修二的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，教師在教學(xué)過程應(yīng)充分創(chuàng)設(shè)真 實情景（如不同燃料的應(yīng)用情景的選擇、不同金屬材料 防護(hù)方法的選擇等），讓學(xué)生在原電池和溶液電解的實 驗探究中學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)在能源 領(lǐng)域中的重要性，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

五、結(jié)語

在理論的基礎(chǔ)上，4位中學(xué)一線化學(xué)教師湖北蘄春一中何亞龍、湖北麻城一中曾黎星、武漢市第一中學(xué)余勇軍、廣州市執(zhí)信中學(xué)汪響林結(jié)合自身一線教學(xué)經(jīng)驗為本文提供了予以改進(jìn)的借鑒思路。

對于中學(xué)氧化還原反應(yīng)的學(xué)習(xí)，教材遵循了螺旋式上升的原則，但是由于時間跨度大，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)的“斷層”，因此教師需要引導(dǎo)學(xué)生掌握每一個進(jìn)階目標(biāo)，不僅可以幫助學(xué)生鞏固已學(xué)知識，同時可以促進(jìn)新知識的理解。教師要做到整體上把握教材，找出階段間的內(nèi)在聯(lián)系，分析學(xué)生的能力和認(rèn)知水平，將知識結(jié)合生活實際，合理設(shè)計科學(xué)探究活動，圍繞每一階段的核心知識展開教學(xué)，由簡單到復(fù)雜，由淺至深地學(xué)習(xí)。

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