基于真實問題情境的教學

嚴金花

摘要：以“氧化還原反應”的教學為例，選擇氧氣為核心物質，圍繞“感受無處不在的氧氣”“氧氣的來源”“氧氣對生產、生活的影響”三個方面創設情境，通過問題引導將氧化還原反應的核心知識融入其中，培養學生宏觀辨識與微觀探析、實驗探究、以及科學態度和社會責任等化學學科核心素養。

關鍵詞：問題情境、化學學科核心素養、氧化還原反應

文章編號：1008-0546（2020）11-0045-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.012

一、問題的提出

教學實踐發現，學完氧化還原反應，學生雖然知道氧氣是氧化劑，但遇到真實的問題情境學生還是會對周圍的氧氣“視而不見”。比如，元素化合物學習過程中亞鐵鹽保存為什么加鐵粉？二氧化硫變成硫酸型酸雨時氧化劑是誰？工業情境題如，以FeSO4為原料制備CoxFe3-xO4，其中第一步是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液，在40°C下攪拌生成FeOOH晶種，寫出生成晶種的化學方程式，學生找不到氧化劑。學生具備了相關知識，但面對真實的情境無法提煉知識解決問題，也就是學生的素養沒有得到發展。本文以人教版高一必修內容“氧化還原反應”為例，探討基于真實問題情境的教學，發展學生的核心素養。

二、教學設計理念

1圍繞核心知識，創設真實的問題情境

情境教學的倡導者Brown提出：“知識只有在它們產生及應用的情境中才能產生意義。知識絕不要從它本身所處的環境中孤立出來，學習知識的最好方法就是在情境中進行。”基于真實問題情境的教學就是要以核心知識為主線，創設真實的問題情境，學生在解決或解釋問題過程中建構對知識的理解。真實的情境能激發興趣，喚起好奇心，促進深度思維、推動認知的深人和完善。本節課以氧氣為核心物質，氧化還原反應為核心知識，從“感受無處不在的氧氣”“氧氣的來源”以及“氧氣對生產、生活的影響”三方面呈現情境素材，以問題為導向，將氧化還原反應的核心知識融人其中，讓學生在解決真實的問題情境中獲得知識、發展素養。

2周繞核心知識，落實學科核心素養

“學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。”學科知識是承載核心素養的主體，教師的教學設計要以核心知識為載體，挖掘孕育其中的學科核心素養。本節課的核心教學內容是了解氧化還原反應的本質是電子轉移，能從化合價角度判斷反應是否為氧化還原反應。由問題“氧元素是地殼中含量最多的元素，能與絕大多數元素反應，生成含氧的化合物，為什么？”引出學科基本觀念“結構決定性質”，從探究氧、鈉的原子結構得出反應過程中存在電子的轉移，培養學生宏觀辨識與微觀探析的素養。由原電池實驗驗證電子的存在，培養學生科學探究意識、嚴謹求實的科學態度。再由微觀結構的變化，引導學生觀察宏觀物質性質的差異，發現電子轉移的過程化合價發生改變。由宏觀到微觀，再由微觀到宏觀，不斷強化學生宏微結合的認識視角。最后科學史的呈現讓學生明白概念是不斷進化的，用發展的眼光看待概念的變化，培養學生嚴謹求實的科學態度。

三、教學設計思路（圖1）

四、教學過程

環節一、感受無處不在的氧氣

[情境1]PFF展示情境素材，如圖2。

[實驗]取出試劑瓶中鈉，觀察表面，再用小刀切割，觀察切面;將切割的鈉塊一半放人試劑瓶，另一半露置在空氣中，稍后再作觀察。

[學生活動]觀察并描述現象。

[交流討論1]圖片涉及了哪些化學反應？用化學符號語言表示上述反應。

[課堂互動]學生展示、交流、點評。

[設計意圖]通過展示日常生活、實驗室、工業生產不同場景中氧氣參與的反應，豐富學生對氧氣的認知，感受氧氣的“無處不在”，并通過方程式書寫積累相關氧化還原反應，為后續判斷作準備。

1.微觀探析，挖掘氧化還原反應的本質

[PPT展示]氧元素在地殼中含量的圖片。

[問題1]氧元素是地殼中含量最多的元素，能與絕大多數元素結合，生成含氧的化合物，為什么？請大家畫出氧的原子結構示意圖，嘗試從微觀結構分析它的性質。

[學生]氧最外層6個電子，易得2個電子，變成氧離子。

[教師]很好，氧的性質活潑，易參與化學反應，所以自然界中有很多含氧化合物。

[歸納1]氧在反應中易得電子，像這種得到電子的反應，稱為還原反應。

[問題2]氧氣易得電子，那么它得到的電子來自哪里？（鈉和氧氣的反應為例）畫出鈉的原子結構示意圖，嘗試從微觀結構分析。

[學生]鈉最外層1個電子，易失電子，變成鈉離子，所以鈉失去的電子給氧。

[歸納2]鈉在反應中易失電子，像鈉這樣失去電子的反應稱為氧化反應。

[交流討論2]嘗試分析下列反應的微觀過程2Na+CL2=2NaCl：H2+Cl2=2HCl

[課堂互動]小組討論、交流、點評。

[問題3]從微觀角度，我們發現氧化還原反應有電子的得失（或電子對的偏移），但電子看不見摸不著，如何證明反應有電子的得失呢？

[學生]實驗。

[教師]通過實驗觀測到什么現象可以說明有電子的存在？

[學生]……

[教師]電子移動的微觀本質在宏觀的表現是什么？

[學生]產生電流，能使燈泡變亮。

[實驗]銅鋅原電池，觀察電流表指針的偏轉。

[歸納3]1.氧化還原反應的本質是電子的得失或共用電子對的偏移;2.氧化反應和還原反應同時發生。

[設計意圖]理解氧化還原反應的本質是本節課的重點，從問題“氧為什么能與絕大多數元素化合生成含氧化合物”引導學生從結構著手分析物質的性質，初步建立“結構決定性質”的觀念，再應用這個觀念解釋鈉的性質。通過實驗的手段將微觀變化轉變成宏觀可測量或可觀察的現象，培養學生的實驗探究意識和科學態度。

2.宏觀辨識，建構氧化還原反應的認識方式

[問題4]觀察、分析上述例子，元素在得失電子過程中什么發生了改變？

[學生]化合價，得電子化合價降（O+O2^2-），失電子化合價升（Na-Na⁺）。

[歸納4]得電子、化合價降，是還原反應;

失電子、化合價升，是氧化反應。

[教師]電子的轉移導致化合價的改變，反應中電子的轉移必須通過實驗才能觀察到，但是化合價的改變根據化學式判斷即可。因此，我們一般通過化合價的改變來判斷是否是氧化還原反應。只要有元素化合價改變，就一定是氧化還原反應。

[反饋評價]判斷情境1中的反應是否為氧化還原反應？

[學生]都是氧化還原反應。

[追問]你的判斷依據？

[學生]有氧參與，化合價都改變。

[追問]Fe+CuSO4=Cu+FeSO4是氧化還原反應嗎？

[學生]不是。

[追問]判斷的依據？

[學生]沒有得氧或失氧。

[追問]化合價有沒有改變？

[學生]有，是氧化還原反應。

[總結]氧化還原反應不一定得氧或失氧，判斷的根本依據是化合價的升降。

[設計意圖]通過問題4啟發學生思考微觀結構的變化對宏觀性質的影響，幫助學生體會結構與性質的相互關系，培養學生宏微結合的素養。通過課堂追問，認識到Zk"得失氧”角度判斷氧化還原反應的局限性，建構氧化還原反應的正確認識視角——化合價。

3.歷史重現，感受氧化還原反應概念的發展之旅

[過渡]通過上面的學習，我們知道了氧化還原反應的本質是電子的轉移，初中從得失氧的角度已經不能涵蓋所有的氧化還原反應，為什么初中不通過得失電子的角度認識氧化還原反應呢？

[學生活動]閱讀氧化還原反應概念的發展史，交流討論對化學史的感悟。

[總結]在學習的初始階段，一些概念的學習往往是不完善和不全面的，這些概念常有一定的適用范圍，因此，我們要正確看待這些概念，并注意它們的發展。

[設計意圖]了解概念發展的歷史，知道科學發展在某一階段的局限性，能理解初中從得失氧的角度認識氧化還原反應雖然片面，但也是有據可循，培養學生的科學精神和社會責任。

環節二、氧氣的來源

[過渡]我們周圍無時無刻不發生著有關氧的反應，那么氧氣會被消耗完嗎？

[情境2]PPT展示情境素材，如圖3。

[交流討論3]分別說說自然界、實驗室、特殊環境（醫院、航空、潛水艇）中氧氣如何獲得？并將會寫的反應寫一寫。

[學生1]自然界植物通過光合作用產生氧氣。

[學生2]高錳酸鉀加熱分解制氧氣。

[學生3]氯酸鉀在二氧化錳催化加熱條件下分解產生氧氣。

[學生4]雙氧水分解。

[學生5]電解水。

[學生6]醫院中的氧氣是空氣中分離出來的。

[問題5]上述反應都屬于四大基本反應類型嗎？從什么角度分類屬于同一類反應？用圖示表示氧化還原反應與四大基本反應類型的關系。

[學生展示]如圖4

[追問]請舉例是化合反應但不屬于氧化還原反應。

[學生]氧化鈣與水反應。

[追問]請舉例屬于分解反應但不屬于氧化還原反應。

[學生]碳酸鈣分解。

[設計意圖]解決四大基本反應類型與氧化還原反應的關系在于學生是否積累足夠多的反應，并且能迅速提取。借助情境積累的方程式，通過同學間交流討論、集思廣益，有效幫助學生建構兩者的關系。教學過程的追問用來評價學生交流討論的成效。

環節三、氧氣對生產、生活的影響

[實驗]觀察、比較上課初始露置在空氣中的鈉塊和放入試劑瓶的另一半鈉塊。

[學生]露置在空氣中的鈉塊表面暗淡，無金屬光澤，放人試劑瓶中的仍有金屬光澤。

[教師]為什么試劑瓶中仍有金屬光澤？

[學生]煤油隔絕了空氣，保護鈉不被氧化。

[過渡]由于氧氣的存在，我們的周圍無時無刻不發生著氧化還原反應，有些是我們需要的，有些卻是不希望發生的。比如，氧氣可以支持燃燒，使我們獲得熱能;但同時氧氣也加速了食物的變質。

[情境3]PPT展示情境素材如圖5。

[問題6]根據情境3提供的素材，你能從氧化還原反應的視角解釋嗎？你還能列舉日常生活中哪些操作與氧化還原反應有關。

[學生]薯片充氮氣。

[學生]金屬表面涂油漆。

[學生]電線包裹塑料層。

[課堂總結]這節課我們從氧化還原反應的視角重新認識氧氣，生命離不開氧氣，生產生活也離不開氧氣;拓展了氧化還原反應的概念，從微觀視角探究了反應的本質，并建構從化合價的角度判斷氧化還原反應;認識到氧氣的存在為生活帶來積極的影響以及消極的影響，希望同學們能正確看待，合理利用。

[設計意圖]從生活走進化學，又從化學走向社會。環節一從微觀結構解釋了氧為什么易發生化學反應，環節三，則是從生活、社會中尋找證據支持理論解釋，首尾呼應。引導學生用化學的眼光觀察周圍的事物或現象，能從化學的視角分析問題，尋求解決方法，讓學生體會化學對人類社會發展的價值，能正確看待化學的兩面性，培養學生的科學態度和社會責任感。

五、教學反思

基于真實情境的設計大大提高了學生的興趣，促進了知識與生活的聯系。教學過程中，學生對“問題6”的回答很有限，但令人意外的是，課后學生找了很多事例討論，比如，月餅中有脫氧劑包裝，脫氧劑的主要成分是什么？旺旺餅干有一大包干燥劑，為什么它不需要脫氧劑？含有vc的果蔬飲料有沒有脫氧劑，它是如何保鮮的？課后的觀察和思考為學生打開了一扇窗，他們驚奇地發現生活中有如此多的事物與化學知識緊密相連。教學的意義不僅僅是教會學生獲得知識，更重要的意義在于培養學生發現問題的能力以及愿意探究、樂于探究的科學態度，最終指向學生核心素養的發展。