基于學科核心素養(yǎng)的高中化學教學實踐路徑
——以“氧化還原反應”教學為例

劉永志

（廈門集美中學，福建 廈門 361021）

《普通高中化學課程標準（2017 年版）》（以下簡稱“課標”）提出具有國際視野、符合新時代普通高中教育教學的新理念——學科核心素養(yǎng)，即通過各學科的特點，凝練出各學科最本質(zhì)的育人價值。學科核心素養(yǎng)是對上一輪普通高中課程改革提出的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三維目標的進一步整合與凝練。通過各學科發(fā)展學生核心素養(yǎng)，不僅是學科本身育人價值的體現(xiàn)，也是落實立德樹人根本任務的具體形式。［1］對于化學學科而言，學生通過對具體知識的學習，具備相應的科學素養(yǎng)，為以后的發(fā)展以及終身學習奠定基礎。課標提出，化學學科的核心素養(yǎng)包含5 個方面內(nèi)容。如何在教學實踐中創(chuàng)造性地落實化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標，是一線教師們面臨的共同課題。現(xiàn)以2019 年魯科版高中化學《必修（第一冊）》“氧化還原反應”教學為例，探討基于學科核心素養(yǎng)的高中化學教學實踐路徑。

一、從課標與教材中找尋落實教學目標的落腳點

課標對氧化還原反應內(nèi)容的要求是，讓學生了解氧化還原反應是有元素的化合價發(fā)生變化的反應，知道其實質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，以及常見的氧化劑和還原劑。上述必修課程中的要求，是對氧化還原反應概念以及本質(zhì)的學習。［2］氧化還原反應是高中化學必修課程中的核心概念［3］，是后續(xù)選擇性必修課程中的“電池”“電解”教學中的重要基礎。氧化還原反應的教學，以2019 年魯科版高中化學《必修（第一冊）》第2章第3 節(jié)為內(nèi)容。氧化還原反應作為高中化學的核心概念，在教材的編排上，為后面元素化合物以及電化學的教學奠定基礎，特別是在后續(xù)元素“價—類”二維圖的教學中地位更為突出。

此外，學生現(xiàn)有的知識水平局限于初中學過的四大基本反應類型、常見元素的化合價分析，以及高中剛剛學過的物質(zhì)的量計算、物質(zhì)的分類等知識，在此基礎上，拓展學生對化學反應分類。當然，讓學生在基于證據(jù)推理的基礎上，理解氧化還原反應的本質(zhì)，以及建構(gòu)起氧化還原反應的認知分析模型，是發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的具體教學模式。教學目標的落實，還在于引導學生在真實化學情境中，通過學科思維方法，基于證據(jù)推理，理解電子轉(zhuǎn)移是氧化還原的實質(zhì)，并讓學生逐漸形成認知分析模型。這樣的教學設計思路，既能提升學生的學科素養(yǎng)，也能使學科素養(yǎng)在高中化學課堂真正落地生根。

二、從教學設計思路中探尋學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的實施路徑

本節(jié)課的教學設計思路如表1 所示。在每個環(huán)節(jié)的設計中，都以學生已有的認知為基礎，通過活動或?qū)嶒灒寣W生在真實化學情境中，體會科學探究的本質(zhì)。

表1 教學過程的設計思路

三、從知識與能力的進階中追求學科核心素養(yǎng)的提升

（一）運用聯(lián)想質(zhì)疑導入，發(fā)現(xiàn)新問題

學生在初中已學過四大基本反應類型，以及常見元素化合價的分析。因此，選取學生熟悉的銅及其化合物的4 個化學反應。

（1）2Cu+O22CuO

（2）H2+CuOCu+H2O

（3）Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

（4）CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓+Na2SO4

通過判斷這4 個反應的基本類型，引導學生分析銅元素的化合價發(fā)生了哪些變化，前三個反應與最后一個反應的特征有什么不同，導入新課。學生通過觀察，能正確回答出四個反應的基本類型，接著分析元素價態(tài)，發(fā)現(xiàn)（1）（2）和（3）反應中銅元素價態(tài)發(fā)生變化，但（4）反應中銅元素的化合價卻沒有變化。接著，為學生對反應類型的思考作鋪墊：四大基本反應類型是認識化學反應，對化學反應分類的一個視角，那么前面分析4 個反應中銅元素的化合價發(fā)現(xiàn)，有的化學反應中元素的化合價會發(fā)生變化，有的卻沒有發(fā)生變化，這是否是重新認識化學反應的新視角呢？這樣的設計是在學生原有的認知水平上，讓學生判斷反應的基本類型，并分析元素化合價的變化，在此基礎上，重新思考認識化學反應的新視角。學生對化學反應認識的角度以及思路更加豐富，引發(fā)積極思考，提升思維水平。

（二）建立概念認知，認識反應分類及其關系

通過對前面銅及其化合物4 個化學反應的分析發(fā)現(xiàn)，化合價的變化是對化學反應分類的一個新角度，這是開拓學生認識化學反應分類的新視角。從化學反應過程中有無元素的化合價發(fā)生改變，可以把反應分成兩類：有元素變價的反應是氧化還原反應；相反，沒有變價的是非氧化還原反應。在了解氧化還原反應的概念后，即建立氧化還原反應的概念認知，再讓學生判斷前述4 個化學反應，哪些是氧化還原反應？學生在前面氧化還原反應概念認知的基礎上，能夠根據(jù)元素化合價的變化，正確判斷出前述（1）（2）和（3）三個反應屬于氧化還原反應。

基于概念認識的基礎，繼續(xù)引導學生對氧化、還原對立統(tǒng)一關系進行深入理解。在氧化還原反應中，反應物所含的某些元素的化合價升高，這樣的反應稱為氧化反應；而反應物所含的某些元素降價，稱為還原反應。氧化反應、還原反應雖然是對立的，但二者卻相互依存并統(tǒng)一于氧化還原反應中。根據(jù)氧化反應、還原反應的概念，讓學生試著分析在氫氣與氧化銅發(fā)生的反應中，有哪些元素發(fā)生氧化反應，又有哪些元素發(fā)生還原反應？學生經(jīng)過分析元素化合價的升降，就能正確判斷。

至此，通過分析元素化合價的變化，讓學生對反應的分類有新的認識。學生知道氧化還原反應的概念，也知道其特征是反應中元素的化合價有發(fā)生變化，從而促進學生變化觀念的發(fā)展。在此基礎上，對氧化反應與還原反應的概念進行分析，讓學生知道二者是對立又統(tǒng)一的關系。

（三）基于證據(jù)推理，深刻理解氧化還原本質(zhì)

該部分是教學的重難點。首先，通過閱讀課本上的“交流·研討”欄目，引導學生分析金屬鈉和氯氣是如何反應生成氯化鈉的。在分析過程中，通過動畫視頻，讓學生生動形象地了解鈉原子為了達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，要失去最外層的1 個電子，變成Na+；而氯原子最外層則需要得到1 個電子，變成Cl-。鈉原子失去的1 個電子剛好可以給氯原子，生成的Na+與Cl-通過靜電作用形成氯化鈉。在金屬鈉和氯氣反應生成NaCl 的過程中，元素價態(tài)的改變正是由電子得失引起的。對氯化鈉形成過程的分析，是建立在學生對于原子結(jié)構(gòu)認知的基礎上設計教學的。這是基于氯化鈉形成過程的事實，讓學生初步了解氧化還原反應中有電子的得失。但是電子是微觀的，如何讓學生真正體驗到氧化還原反應中有電子的得失，是接下來設計教學的方向。

其次，讓學生思考Fe 與CuSO4溶液反應，電子又是如何轉(zhuǎn)移的？我們能夠“看”到電子轉(zhuǎn)移嗎？這個“看”字，激發(fā)學生的科學探究興趣。微觀的電子怎么通過實驗“看”呢？利用原電池實驗裝置進行Fe 與CuSO4溶液反應的實驗，讓學生注意觀察電流表的指針。學生在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)電流表的指針偏轉(zhuǎn)，進而推理出該反應中有電流流過，正是電子的定向移動形成電流。師生在科學實驗探究的基礎上，共同推測出Fe 與CuSO4溶液反應中有電子的轉(zhuǎn)移，讓學生感受實驗與推理的嚴謹性。

通過分析氯化鈉的形成過程，是在原子結(jié)構(gòu)的基礎上，讓學生知道氧化還原反應中有電子的得失。如何讓學生真正體驗到電子的轉(zhuǎn)移，能夠“看”到電子的轉(zhuǎn)移，即從宏觀視角（化合價的升降）深入微觀視角（電子的轉(zhuǎn)移）？在電流表指針偏轉(zhuǎn)這個實驗證據(jù)的基礎上，讓學生知道有電流流過，從而推理出有電子發(fā)生了定向移動，即Fe 與CuSO4溶液反應中發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移。基于此證據(jù)，讓學生從微觀角度切身感受到氧化還原反應的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，即“看”到電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。

（四）掌握氧化性、還原性，微觀認識和研究物質(zhì)

讓學生初步認識氧化劑、還原劑，會根據(jù)元素的化合價升降來判斷氧化劑、還原劑，并熟悉常見的氧化劑、還原劑，從而為完善氧化還原反應的分析模型奠定基礎。在氧化還原反應中，反應物中有元素的化合價降低，這樣的反應物稱為氧化劑；相反，反應物中有元素升價，稱為還原劑。氧化劑在反應中得電子，元素的化合價降低，那么氧化劑就被還原，發(fā)生還原反應，生成的是還原產(chǎn)物；還原劑在反應中失電子，其所含元素升價，發(fā)生氧化反應，生成氧化產(chǎn)物。在此基礎上，引導學生通過元素價態(tài)的高低，思考常見的物質(zhì)中，哪些可能具有氧化性，哪些可能具有還原性，并讓學生知道氧化性、還原性是物質(zhì)的重要化學性質(zhì)。由此，學生對物質(zhì)性質(zhì)的認識產(chǎn)生進一步的提升。學生對氧化還原反應的認知水平，已經(jīng)從宏觀視角深入到微觀視角。讓學生了解氧化劑、還原劑的概念，能根據(jù)元素的化合價升降來判斷氧化劑、還原劑，為后面建立并完善氧化還原反應的分析模型做好鋪墊。

（五）總結(jié)提升，建構(gòu)氧化還原反應的分析模型

將零散知識結(jié)構(gòu)化，并建立分析模型，是學習過程中知識與思維能力進階的表現(xiàn)。學生通過前面的學習，知識、思路還是零碎的，教師要幫助學生建立起氧化還原反應的分析模型，如圖1 所示。

圖1 氧化還原反應的分析模型

總之，作為高中化學核心概念之一的氧化還原反應，要正確處理氧化還原反應的概念教學。在教學中，引導學生通過概念學習，向更高層次的問題思考進階，體會氧化還原反應宏微結(jié)合的探究問題的思路，并基于實驗證據(jù)，推理反應的實質(zhì)，逐步形成氧化還原反應的分析模型，達到培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)的目標。