“氧化還原反應”有效教學的研究*

◎福建省福州屏東中學 丁 櫻

“氧化還原反應”有效教學的研究*

◎福建省福州屏東中學 丁 櫻

以認知發展理論、有效教學理論為指導，進行高中“氧化還原反應”的有效性教學策略的建構。實踐研究表明，這一構建的教學策略是行之有效的。

認知發展理論；有效教學理論；化學核心觀念；氧化還原反應

“氧化還原反應”這一高中化學教學內容主要是由本質與特征、守恒問題、發生形式、實際價值這四個部分組成。2004年開始高中新課程標準實驗教科書改革，2014年蘇教版化學1中氧化還原反應這一教學內容安排發生了如下變化：將氧化還原反應配平從專題4（第二單元生產生活中的含氮化合物第三框圖硝酸的性質資料卡）移到專題2（氯、溴、碘及其化合物第三框圖氧化還原反應資料卡）中。但多年的教學經驗告訴我們，應該對新課程下的“氧化還原反應”相關知識在學生認知發展過程中的位置、功能及價值進行研究，才能合理地安排教學活動，幫助學生化解困難，實現有效教學。

一、研究背景

認知發展理論認為：高中生的抽象記憶迅速發展，具體形象記憶下降；教學活動是教師根據學生認知發展水平，逐步幫助學生理解學科核心內容和價值，應用學科核心觀念解決實際問題的過程。

新課程背景下，高中學生的化學認知發展水平可分為四個階梯。第一階梯為顯性知識，即學生對元素化合物知識的認知。第二階梯為探究化學核心主題活動，是促使學生理解化學核心概念、原理的活動。第三階梯為隱性價值，指的是學生逐漸建構的化學核心觀念。第四階梯為核心價值，即學生最終理解與應用化學價值、綠色化學、STSE的理念?；瘜W核心觀念在第一、二階梯中逐漸建構的（見表1），是實現學生理解與應用化學價值、綠色化學、STSE的理念的關鍵因素。

因此，以化學核心觀念的建構為本的高中化學教學，是促使學生脫離背誦、記憶的學習模式，是促進學生的認知得到轉變、認知方式得到發展的有效教學活動。

表1高中化學核心觀念

二、“氧化還原反應”認知發展研究

以蘇教版為例，“氧化還原反應”的六個認知活動依次為：特征、本質、“雙線橋、單線橋”、氧化還原反應的配平、初識原電池與電解池裝置、理解原電池與電解池原理及應用。

對“氧化還原反應”教學中滲透的化學核心觀念、學生認知方式的發展進行了研究，并梳理了“氧化還原反應”認知發展階梯、核心觀念、認知方式發展的關系。（見表2）

三、“氧化還原反應”教學策略

基于以上教育教學理論與教學實踐的研究，建構以化學核心觀念為本的“氧化還原反應”教學策略是：在“氧化還原反應”的學生認知階梯活動中，層層遞進建構化學核心觀念，開展以“學生運用化學核心觀念分析化學問題”為認知主題的教學活動，促使學生理解“氧化還原反應”相關知識，掌握常見物質的氧化性、還原性和電化學原理，最終理解“氧化還原反應”的實際價值，學會應用“氧化還原反應”原理解決實際問題。（見表3）

表3氧化還原反應認知活動中化學核心觀念、元素化合物知識、能量轉換、化學價值的關系

1.“氧化劑、還原劑的特點”教學策略

建構基于“價態觀、微粒觀、結構觀”發展“轉化觀、分類觀”的認知方式為核心理念的教學策略。開展以“氧化劑、還原劑的特點”為認知主題的活動，促使學生理解“氧化還原反應”的本質與特征；組織學生應用“價態觀”對物質的氧化性與還原性、化學反應類型進行判斷的教學活動，培養學生應用化學核心觀念看待化學問題能力，初步認知氧化還原反應在生產、生活中的重要意義。（見表4）

表4氧化劑、還原劑特點

2.“氧化劑、還原劑定量關系”的教學策略

建構基于“表征觀”，發展“守恒觀”的認知維度為核心理念的教學策略。開展以“氧化劑、還原劑的定量關系”為認知主題的活動，促使學生理解“氧化還原反應”的電子轉移情況、電子守恒問題；通過認知“雙線橋、單線橋”、氧化還原反應的配平活動，促使學生學會應用“守恒觀”來進行氧化劑、還原劑定量分析。（見表5）

表5氧化劑、還原劑的定量關系

3.初步理解化學價值的教學策略

建構開拓“實踐觀”的視野，初步理解氧化還原反應的價值為核心理念的教學策略。開展以“氧化劑、還原劑發生反應的形式”為認知主題的活動，通過“直接接觸”、“電極反應”、“通電條件下”三種方式發生“氧化還原反應”實驗的見證，發展學生對氧化還原反應的認知方式（見表6），初步認知化學能與電能相互轉換的裝置——“原電池、電解池”，初步理解氧化還原反應的實際價值。

表6學生對“氧化還原反應”的認知方式發展表

在教學活動中，開展以“用化學方法產生電能”為探究主題的活動，以化學電源為教學的實物場景，讓學生進行自主設計實驗和驗證實驗；開展以“將電能轉化為化學能”為探究主題的活動，以充電電源為教學的實物場景，學生自主設計實驗思路，與驗證實驗的活動；緊密聯系生產、科技的實際，介紹電解法制取金屬、銅的電解精煉等應用，促使學生初步理解在生產、科技中在通電條件下發生“氧化還原反應”的實際價值。

4.“實驗探究，提升能力”的教學策略

建構“通過實驗探究，提升解決化學問題的能力”為核心理念的教學策略。開展以“溶液中微粒的氧化性、還原性的強弱的探究”為認知主題的活動，通過進一步探究原電池、電解池原理及應用，促使學生掌握氧化劑、還原劑實際發生反應的原理，理解氧化還原反應原理在生活、生產、科技、環保中的價值。（見表7）

表7通過實驗探究，提升能力

以課外實驗形式開展金屬電化學腐蝕實驗，結合銅鋅（稀硫酸）原電池，引導學生發現金屬腐蝕與環境（空氣中含有氧氣、二氧化碳等物質）有著緊密的聯系。理解溶解在中性與堿性溶液中的氧氣是金屬發生吸氧腐蝕的重要因素，在酸性溶液中氫離子的氧化性是析氫腐蝕的重要因素。初步了解溶液中氫離子濃度的大小影響著其氧化性強弱。通過練習與實踐，學生掌握了常見微粒的氧化性的強弱關系【H+（水）＜O2＜H+（酸）＜Cu2+＜Ag+】及犧牲陽極的陰極保護法來防止金屬腐蝕的方法。

以鋅銅原電池實驗中“鋅極表面有氣體”為探討主題，引發學生探討電子發生了流失，發現了該原電池有漏電現象，引入鹽橋概念。理解原電池結構研究的價值，有利于提高能源的利用率。

以甲烷、甲醇、汽油三種燃料電池的背景為研究材料，引導學生發現陽極發生反應的不同，促使學生發現電極反應還要考慮其他電解質是否參加問題，開闊了學生實踐探索的思路。

開展電解氯化銅溶液、硫酸溶液、氯化鈉溶液的活動，促使學生發現電極對離子放電有一定的選擇性,建立了物質（微粒）氧化性、還原性強弱規律,理解電解溶液實際電解的物質可以分為三種——水、電解質、混合型。

在探究充電電池、電鍍、精制金屬等活動中理解金屬防腐（外加電源的陰極保護法）、電解法冶煉金屬的原理。

四、實踐意義

教學實踐后，大多學生表示理解了價態、結構、類別（性質）、化學變化之間緊密的聯系，“雙線橋、單線橋”是“氧化還原反應”本質與守恒的表征，掌握了“氧化還原反應”相關概念的內涵與外延，化學知識變得更加系統；學習方式從記憶與堆積知識，漸漸轉化為以化學核心觀念來引導解決化學問題的方式；理解研究物質的氧化性、還原性的實際價值。教師的教學方式也從知識傳授向發展學生認識方式改變，教學思緒更加清晰，提高了課堂教學實效性。

（責任編輯：張賢金）

*本文系福建省中小學教師發展基金課題“基于學生認知發展理論研究高中無機化合物教學的實效性”（課題編號：FZJJ20130100472）、福州市教育科學研究“十二五”規劃“基于有效教學理論研究高中化學課堂教學的實效性”（課題編號：FZ2014ZX060）的階段性研究成果。