基于化學學科核心素養(yǎng)的教學實踐與反思

李超

摘要：以“氧化還原反應(yīng)（第一課時）”為例，探索在高中化學教學中如何進行情境、問題、活動的整體設(shè)計，實現(xiàn)學生高水平建構(gòu)知識的同時，高階思維能力和化學學科核心素養(yǎng)協(xié)同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：化學學科核心素養(yǎng)? 高階思維? 教學實踐與反思? 氧化還原反應(yīng)

新課程理念倡導“素養(yǎng)為本”的教學和學生高階思維能力的培養(yǎng)。在日常教學中，如何實現(xiàn)“知識為本”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八仞B(yǎng)建構(gòu)”，并使得高階思維能力能夠得到有效提升，筆者結(jié)合“氧化還原反應(yīng)（第一課時）”的教學，談?wù)勛约旱奶剿骱退伎肌?/p>

一、設(shè)計思路

本節(jié)課分為引入概念、建構(gòu)概念、應(yīng)用概念三個板塊（見圖1），通過創(chuàng)設(shè)情境和核心問題鏈驅(qū)動學生開展自主、合作、探究學習，讓學生建構(gòu)氧化還原反應(yīng)概念的同時，高階思維能力和核心素養(yǎng)協(xié)同發(fā)展。

二、教學過程

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境 引入概念

[問題]在初中，根據(jù)反應(yīng)前后物質(zhì)的種類和數(shù)目將化學反應(yīng)分為“四種基本反應(yīng)類型”，請判斷3CO+Fe2O32Fe+3CO2是否屬于“四種基本反應(yīng)類型”。

[學生]不屬于，說明這種分類方法有一定的局限性。

[教師]為了進一步完善對化學反應(yīng)的認識和分類，我們學習一種新的反應(yīng)類型——“氧化還原反應(yīng)”。

[視頻]介紹在電池反應(yīng)、金屬冶煉、鋼鐵腐蝕、食物腐敗等方面廣泛存在的氧化還原反應(yīng)。

[教師]為了發(fā)揮氧化還原反應(yīng)的正面作用、減小其負面影響，我們先要充分認識氧化還原反應(yīng)。下面就讓我們沿著科學家的足跡，踏上探索氧化還原反應(yīng)之旅。

環(huán)節(jié)二：證據(jù)推理 建構(gòu)概念

[化學史]1774年，拉瓦錫提出氧化學說。

[教師]請回憶并列舉初中學習的氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)。

[學生1]氧化反應(yīng)：C+O2CO2? 2Cu+O22CuO

[學生2]還原反應(yīng)：H2+CuOCu+H2O? 3C+2Fe2O34Fe+3CO2

[理論證據(jù)]根據(jù)質(zhì)量守恒定律，物質(zhì)得氧、失氧應(yīng)該同時發(fā)生并且數(shù)目相等。

[問題]請思考初中時對兩個反應(yīng)的理解正確嗎？

[分析推理]不正確。二者不可分割討論，是一個有機整體。

[模型建立]氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在一個反應(yīng)中同時發(fā)生，這樣的反應(yīng)叫作氧化還原反應(yīng)。

[模型應(yīng)用]請分析反應(yīng)3CO+Fe2O32Fe+3CO2、H2+CuOCu+H2O得氧、失氧的情況。（見圖2）

[化學史]1852年，弗蘭克蘭提出化合價的概念。

[問題]分析反應(yīng)3CO+Fe2O32Fe+3CO2、H2+CuOCu+H2O化合價的變化，并討論它與氧化還原反應(yīng)有何關(guān)系？（見圖3）

[分析]

[結(jié)論]物質(zhì)所含元素化合價升高發(fā)生氧化反應(yīng)，化合價降低發(fā)生還原反應(yīng)。

[事實證據(jù)]（見圖4）

[教師]結(jié)合鋅與稀硫酸的反應(yīng)，你有什么新的認識？

[分析推理]反應(yīng)中并非一定有得失氧情況發(fā)生。

[模型建立]有元素化合價變化的反應(yīng)就是氧化還原反應(yīng)。

[化學史]1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，人們深入到原子結(jié)構(gòu)的微觀角度研究氧化還原反應(yīng)。

[教師]什么原因?qū)е禄蟽r變化？

[問題]以反應(yīng)2Na+Cl2△2NaCl，H2+Cl2點燃2HCl為例，觀看產(chǎn)物NaCl和HCl形成的flash動畫，從原子結(jié)構(gòu)的微觀視角對比分析兩個反應(yīng)化合價變化的原因。

[分析推理]鈉和氯氣反應(yīng)時電子得失導致化合價變化，而氫氣和氯氣反應(yīng)時共用電子對偏移導致化合價變化，具體關(guān)系如下圖5所示。

[模型建立]氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移。

[問題]電子轉(zhuǎn)移能直觀呈現(xiàn)嗎？以反應(yīng)Zn+H2SO4=H2↑+ZnSO4為例，請根據(jù)提供的裝置和試劑，設(shè)計實驗方案。

[裝置、試劑]鋅片、銅片、稀硫酸、導線、靈敏電流計、燒杯。

[方案]電子的轉(zhuǎn)移可以通過形成電流證明。將鋅片一端連接靈敏電流計，另一端插入稀硫酸，為了形成閉合回路，電流計再連接插入稀硫酸的銅片。裝置如圖6所示。

[學生]動手實驗，通過電流計指針的偏轉(zhuǎn)，證明反應(yīng)中存在電子的轉(zhuǎn)移。

環(huán)節(jié)三：概括提升 應(yīng)用概念

[教師]通過一百多年充滿曲折和艱辛的探索，科學家最終建立氧化還原反應(yīng)概念模型。同學們既要認真體會學習過程中用到的思想和方法，也要概括、總結(jié)相關(guān)概念，深入理解其中所蘊含的對立統(tǒng)一的哲學關(guān)系。（見圖7）

[問題]據(jù)統(tǒng)計，2019年我國汽車保有量達到2.6億輛，汽車尾氣中的NO和CO對人體和環(huán)境有很大危害。請運用氧化還原反應(yīng)的原理推測NO和CO在一定條件下能否反應(yīng)，從而實現(xiàn)尾氣的綠色化處理。

[學生]有可能。NO被還原生成N2，CO被氧化生成CO2。

[教師]很好！同學們的想法和科學家是一樣的，科學家依據(jù)此設(shè)想設(shè)計出三元催化器將尾氣處理變?yōu)楝F(xiàn)實，讓氧化還原反應(yīng)發(fā)揮出了重要價值。

[展示]在三元催化器作用下汽車尾氣處理的科普視頻。

[問題]該尾氣處理過程如何用方程式表示？

[學生]2NO+2CO催化劑△N2+2CO2

三、教學反思

（一）注重情境、問題解決和活動的整體設(shè)計

通過創(chuàng)設(shè)情境讓學生認識到“四種基本反應(yīng)類型”的不足之處和氧化還原反應(yīng)的重要作用，激發(fā)其探究欲望。然后，以化學史為線索引導學生像科學家一樣通過分析、討論、概括、解釋、推理、實驗等活動解決層層推進的問題從而最終完成氧化還原反應(yīng)概念的動態(tài)生成和自主建構(gòu)，學生的主體性得到充分發(fā)揮。

（二）注重化學高階思維活動的開展

化學高階思維能力的形成和發(fā)展，離不開化學高階思維活動。本節(jié)課通過引導學生結(jié)合具體反應(yīng)實例分析、討論化合價升降、電子轉(zhuǎn)移與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，提升概括關(guān)聯(lián)能力;通過實驗證明反應(yīng)中存在電子轉(zhuǎn)移，提升設(shè)計驗證能力;通過汽車尾氣處理的討論，提升推斷預測能力。學生在高水平建構(gòu)化學知識的同時，核心素養(yǎng)和高階思維協(xié)同發(fā)展。

（三）注重“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)的提升

“證據(jù)推理與模型認知”是化學學科核心素養(yǎng)的思維核心。本節(jié)課引導學生以具體的反應(yīng)為證據(jù)，從得失氧、化合價升降、電子轉(zhuǎn)移層面進行分析、歸納和推理，從而由表象到實質(zhì)不斷深入建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的認知模型，最后通過汽車尾氣的處理實現(xiàn)模型的應(yīng)用，既培養(yǎng)了學生尋找證據(jù)、分析推理和建模、用模的能力，又提高了學生分析、解決問題的能力。

參考文獻：

[1]房喻，徐端鈞.普通高中化學課程標準解讀（2017年版）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]王晶，畢華林.普通高中課程標準實驗教科書·化學必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：24.

[3]王磊.基于學生核心素養(yǎng)的化學學科能力研究[M].北京：北京師范大學出版社，2017.