統籌知識、方法和觀念三層面教學內容的教學設計

摘要：提出了教學內容設計的指導思想，在此基礎上以“高二氧化還原反應專題復習”的教學設計為例，總結了在體現統籌知識、方法和觀念“三個層面”教學內容上的若干想法和做法。

關鍵詞：知識內容；方法內容；觀念內容；教學設計

文章編號：1005–6629（2016）3–0049–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

傳統的化學教學往往只關注知識教學，忽視科學方法和科學觀念（思想）的教學，或者顧此失彼，處理不好三者的關系。近幾年，筆者帶領研究小組，積極響應上海市教委教研室的號召，在教學內容的優化設計上作進一步探索和研究，形成的初步成果榮獲“2014年上海市化學教學專業委員會年度論文評選一等獎”，并發表在《中學化學教學參考》2015年第4期。本文以“高二氧化還原反應專題復習”的教學設計為例，談談我們在統籌知識、方法和觀念（思想）“三個層面”教學內容上的一些想法和做法，向同行們請教。

1 教學內容設計的指導思想

本節課教學內容的設計，立足知識內容、方法內容和觀念內容三個層面展開，它們各有不同的教學要求[1]。

1.1 知識內容努力體現“三度”和“二性”

核心知識呈現于課堂，要力求精準、簡約（精度），同時要體現出一定的縱向發展（深度）和橫向拓展（廣度）；教師要對相關的知識系統有全面的了解（系統性），在設計上要考慮課堂落實的實際效果（可行性）。

1.2 方法內容努力體現本質和價值

常規方法是基本組成，要重點總結其方法本質；創新方法是教學探索，要重點考量其使用價值；實用方法是重要補充，要確保其實施的效果。“方法內容”要努力體現方法的本質及其運用的價值。

1.3 觀念內容努力體現思想和觀念

化學學科觀念是人們在認識化學的實踐活動中形成的一種思維方法和思想意識。中學化學的學科觀念，反映了化學學科的本質特點，它包括元素觀、微粒觀、變化觀、實驗觀等。

2 統籌“三個層面”教學內容的教學設計

下面對教學設計的主體部分進行介紹和說明。

2.1 教學目標的設計

知識與技能：掌握氧化還原反應的知識系統。

過程與方法：感受運用知識系統、原電池手段研究氧化還原反應問題的手段和方法。

情感態度與價值觀：通過探究活動，感受氧化還原反應中的能量觀和守恒觀；體驗上海白象天鵝電池有限公司的創新技術和工作效益，感悟化學對上海經濟發展、人類文明進步的貢獻。

設計意圖：目標設計要努力對應內容維度，使內容落實有參照依據。第一，明示“知識與技能”目標中的知識內容。這是一節復習課，整理知識系統是目標之一。用氧化還原反應的“五對關系”，并結合原電池手段進行簡約的圖示整理（參見圖9），既體現了知識的精度、深度和廣度；又便于學生記憶和運用，課堂上落實具有可行性。第二，凸現“過程與方法”目標中的方法內容。本課中“過程與方法”是教學目標中的重點維度，方法內容理應要與之匹配，強化落實。本課中的方法內容立足在創新方法層面，即：一種獨特的研究方法或思路的探索使用（利用“黑箱情景+原電池手段+知識系統”探索氧化還原反應，參見圖4）。第三，彰顯“情感態度與價值觀”目標中的觀念內容。本課關注落實學科觀念層面的能量觀、守恒觀和化學價值觀。

2.2 重點、難點的設計

重點：運用黑箱情景、知識系統和原電池手段研究氧化還原反應問題的手段和方法。

難點：恰當利用化工素材。

設計意圖：本課教學目標的重點維度是“過程與方法”，方法內容可以進一步體現在教學重點的文本描述中。本課化工素材較多，但要用得巧、用得好，才不會影響一堂課整體學科內容的落實。

2.3 教學模式的設計

設計意圖：本課采用“自主-探究”教學模式（如圖1所示），充分調動學生自主學習，體驗探究過程，感悟學習方法。關鍵要素之一提供素材（☆標注），即：提供高質量的探究素材。本課提供了1號鋅錳電池、5號堿性電池作為探究活動的載體。關鍵要素之二啟發歸納（☆標注），即：教師要適時點撥和總結歸納。方法內容的落實，一方面立足學生的主動參與、實踐體驗，一方面依靠教師的思想啟發和主導作用[2]。

2.4 教學結構的設計

設計意圖：本課將方法內容重點體現在教學線索的設計中（如圖2所示）。具體線索設計為：氧化還原知識系統和原電池手段共同形成的研究氧化還原反應的思路，即：（用電流計）判斷電流方向→判斷電子方向→判斷電子得失→判斷氧化反應/還原反應→判斷氧化劑/還原劑→進一步推測發生氧化還原反應的物質。課堂的縱向結構由兩個探究點組成，前者體會研究氧化還原反應的手段和方法，后者運用該手段和方法研究新問題情景；橫向結構，分別由針對問題的探究過程組成，其中方法內容蘊含在兩個問題的探究環節中[3]。

2.5 教學過程的設計

2.5.1 第一階段：感受研究氧化還原反應的思路和方法

黑箱情景：露出兩根顏色相同的導線的發電裝置（內置銅鋅原電池裝置，如圖3所示）。

演示討論：連接電流計，使指針偏轉。然后，以問題群的形式提問并組織討論，逐步形成如下的研究思路。

總結思路：

（1）判斷電流方向（用電流計。依據：指針偏向的一端為正極）。endprint

（2）判斷電子流向（電子方向和電流方向相反）。

（3）判斷電子得失（電子流出的一端，失去電子；電子流進的一端，得到電子）。

（4）判斷（推測）氧化還原反應（失去電子，氧化反應；得到電子，還原反應）。

（5）判斷（推測）氧化劑、還原劑（失去電子，還原劑；得到電子，氧化劑）。

簡化思路（投影，如圖4所示）：

設計意圖：第一階段用時約8分鐘。通過創設黑箱情景，教師演示、提問，組織學生討論等環節，讓學生感受用原電池手段研究氧化還原反應的思路和方法。其中，提出的問題群一定要配合后續的教師總結。最后，將思路和方法用圖示簡化并投影。在這里，融入創新成分的方法內容第一次進行詮釋，并讓學生感受、領悟。

2.5.2 第二階段：運用思路和方法研究新的問題情景1——1號鋅錳電池

黑箱情景1：1號鋅錳電池（如圖5所示）。

學生探究：測定電流方向，運用前面的問題群和思路初步判斷正負極、電子流向，氧化反應、還原反應。

黑箱情景2：剝去鐵皮后的1號鋅錳電池（圖略）。

學生探究：再次測定電流方向，進一步推測正極為碳棒，負極為金屬筒。通過提問“作為負極的金屬得還是失電子”等問題，確認失去電子的金屬為鋅。

黑箱情景3：剝去鋅皮后的1號鋅錳電池（如圖6所示）。

提示點撥：誰得電子？可能是NH4Cl溶液（用淀粉調制成的白色、潮濕的糊狀物），也可能是黑色粉末二氧化錳。如果是氯化銨溶液得電子，那么會發生怎樣的化學反應呢？（提示：從鹽類水解的角度考慮）。

總結歸納：Zn+2NH4Cl→ZnCl2+2NH3↑+H2↑（氯化銨水解、鹽酸與鋅反應，兩個化學方程式的疊加結果）。得電子的是NH4Cl溶液，而歸根到底是H2O得電子。

提示點撥：產生的氫氣不安全，并會使電池外形鼓起，怎么辦？二氧化錳好像還未發揮作用，放在這里什么目的？

總結歸納：H2+2MnO2→Mn2O3+H2O（阻止氫氣產生。此反應不需要學生書寫，只需作為信息提供。）

思考：鋅筒作為負極，隨著電池的不斷使用，會發生怎樣的不好的后果？

小結、過渡：隨著電池的使用、反應的進行，會產生漏液現象。那么，有沒有辦法克服這個弊端呢？接下來，我們來探究另一節電池。

設計意圖：第二階段用時約15分鐘。通過創設三個黑箱情景，組織學生充分開展探究。實踐活動；在學生碰到困難時，教師及時提示、點撥，引導探究活動不斷深入；最后，總結歸納了1號電池中發生的氧化還原反應及氧化劑、還原劑。此階段的探究活動，目的是將第一階段學到的創新方法運用到實踐中，解決新情景下的同類問題，強化方法內容的落實。

2.5.3 第三階段：運用思路和方法研究新的問題情景2——5號堿性電池

黑箱情景1：5號堿性電池（如圖7所示）。

學生探究：探究活動同1號電池。

黑箱情景2：剝去鐵皮后的5號堿性電池（圖略。注意：5號電池的金屬筒外形和1號電池不一樣，5號電池為凸形：；1號電池為凹形：）。

學生探究：探究活動同1號電池。初步結論，正極為金屬外殼；負極為底部金屬片。

提示點撥：金屬外殼是正極，得電子嗎？（不能，金屬只能失去電子）底部的金屬片是負極，失電子嗎？（不能，否則金屬片被氧化、損壞）怎么辦？（打開電池）。

問題：5號堿性電池打開底部金屬片后的界面圖（如圖8所示）。

提示點撥：根據界面圖，失電子的物質是哪個？（只能是鋅）誰得電子？（可能是KOH溶液，也可能是二氧化錳）如果是KOH溶液得電子，那么生成什么物質呢？（提示：鋅、鋁和氫氧化鉀溶液反應相似）。

總結歸納：Zn+2KOH+2H2O→K2[Zn（OH）4]+ H2↑（此反應不需要學生書寫，只需作為信息提供）得電子的是KOH溶液，而歸根到底是H2O得電子。

提示點撥：那么，為何要加MnO2？

總結歸納：H2+2MnO2→Mn2O3+H2O（同1號電池，阻止氫氣產生。）

思考：相比1號鋅錳電池，5號堿性電池的設計有何優點？

小結：5號堿性電池不會漏液，安全、環保。

設計意圖：第三階段用時約10分鐘。通過創設2個黑箱情景、1個問題，組織學生開展探究活動，教師適時進行提示、點撥，最后總結歸納。相比前兩個階段，這個階段的探究活動學生的自主程度進一步增強，教師的主導作用進一步減弱。方法內容，在這里進一步得到了回應和落實。

小結：氧化還原反應原理轉變成電池產品，有幾個思想方法值得我們借鑒：（1）還原劑、氧化劑、負極、正極的外形變化；（2）電解質溶液的形態改變（不一定是液體，可以吸收在隔膜材料中或調制成糊狀）；（3）方便使用（體積小，便于攜帶）；（4）安全、環保（不會爆炸、不要漏液）。

設計意圖：這里的小結，不僅是對前期探究活動的總結；同時，也在揭示、體現另一種“思想內容”：反應原理和使用需求的結合才是化工生產的意義和價值。endprint

2.5.4 第四階段：運用思路和方法研究新的問題情景3——氫氧燃料電池

演示實驗：使用氫氧燃料電池實驗裝置，讓電解水產生的氫氣、氧氣在短時間內產生電流使小風扇轉動。

學生探究：用前面的思路、方法開展完全自主探究，確定發生氧化還原反應的物質，以及誰是氧化劑、還原劑。

師生互動：氫氧燃料電池有什么好處？（更加綠色、環保的產品）能量的轉化形式是怎樣的？（化學能轉化成電能、熱能等形式，但總能量守恒）。

設計意圖：第四階段用時約5分鐘。設計氫氧燃料電池的探究活動，一方面是在檢驗學生自主學習的效果，另一方面是在拓展對氧化還原知識的了解（即：提升了知識廣度）。同時，對能量觀、守恒觀、化學價值觀等觀念內容進行了恰當的體現和巧妙的落實；其中在綠色、環保觀念上的提醒，是對觀念內容之化學價值觀的進一步補充和完善。

總結：本堂課整理了氧化還原反應的知識系統，以及將原電池作為手段，研究了新情境下的氧化還原反應，包括白象天鵝電池有限公司產品中的氧化還原反應，以及體現在產品工藝中的創意設計。其中蘊涵的研究思路和方法，是本堂課學習的最大價值。

投影（如圖9所示）：

設計意圖：課堂總結用時約2分鐘。五對關系是對氧化還原知識系統（即：知識內容）的最終文本總結強化；結合原電池符號的整個圖示，是對創新方法（即：利用“黑箱情景+原電池手段+知識系統”探索氧化還原反應）的另一種形式的表達和總結。同時，提到了白象天鵝電池公司的產品，也在進一步強調化學知識的最終價值在于為人類的文明進步服務。課堂總結，盡管簡短、概括，但這是對三個層面教學內容落實的全面回顧，可以起到畫龍點睛的作用。

參考文獻：

[1]毛東海，陸惠蓮，呂成鋼.關于中學化學學科內涵的幾點思考[J].中學化學教學參考，2015，（4）：15～18.

[2]毛東海.試論化學課堂“有效教學”的“環節”與“方法”[J].化學教學，2012，（1）：7～10.

[3]毛東海.化學課堂“有效教學”的線索和結構[J].化學教育，2012，（10）：23～25.endprint