基于核心素養的“氧化還原反應”學習進階探討

孫嘉茵 王升富

摘要：氧化還原反應是中學化學一個重要的學習主題，貫穿于整個中學化學的學習過程，與其它主題的學習緊密聯系，對于中學化學學習至關重要。為了整合知識點和促進學生學科核心素養的連貫發展，依據現有研究、化學課程標準和人教版新化學教材、學生學情及認知規律，將“氧化還原反應”在中學化學的學習分為六個階段，為學習內容和學科核心素養設計合理的學習進階過程。

關鍵詞：學習進階;氧化還原反應;學科核心素養

文章編號：1008-0546（2022）03-0017-05???? 中圖分類號：G632.41???? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.004

中學化學圍繞氧化還原反應這一主題學習銜接了學生初中階段的基礎學習和高中階段必修課程及選擇性必修課程的進一步學習。從知識層面上分析，該主題的知識點冗雜，不僅涉及化學反應的本質和原理以及物質的化學性質，還涉及到同種元素不同物質的轉化和電化學原理以及化學能源的應用前景等。 從學科核心素養層面分析，圍繞氧化還原反應這一主題的學習內容不僅有利于學生構建化學思想觀念，還可以培養學生的科學探究和問題解決的能力，同時樹立學生的社會責任感。

學習進階（learning progressions，簡稱 LPs）[1]指學生在各學段學習同一主題概念時，遵循連貫的學習路徑 。 學習進階理論認為[2]，學習是一個可持續發展的過程，學生對某一內容主題的理解存在多個不同的中間水平，在這個學習的時間段中，學生對該內容的理解和思考逐漸成熟，不斷深入。

依據學習進階理論，相互關聯的知識點將作為一個整體呈現[3]。 以氧化還原反應的學習為例，把學習分為下文所列六個進階過程，每一個進階為一個“墊腳石”。“氧化還原反應”學習的進階過程中，由簡單到深入，由低階到高階，跨越初中和高中的界線以及高中必修和選擇性必修的界線，將不同階段的知識點整合在一起。 因此，探討“氧化還原反應”的學習進階過程，不僅有助于學生在這一主題的學習，也有利于學生學科核心素養的培養。

一、中學化學課程標準對“氧化還原反應”主題相關的內容要求

根據《義務教育化學課程標準（2011年版）》[4]和《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》[5]，對“氧化還原反應”主題相關的內容進行梳理，相關的課程標準內容要求如表1所示。

二、氧化還原反應學習進階的劃分

我們把中學圍繞氧化還原反應這一主題的學習內容分為六個階段，六個階段分布在初、高中課程的不同章節。

1.新人教版化學教材不同階段的學習內容

（1）階段一：初始萌芽階段

義務教育階段的九年級上冊第二單元課題2[6]，教材采用“氧氣可以使帶有火星的木條復燃”“硫分別在空氣和氧氣里燃燒”“鐵絲在氧氣中劇烈燃燒”三個實驗。學生通過實驗與討論，找出三個反應的共同特征，知道氧化反應是“物質與氧發生的反應”。根據反應中氧氣氧的特征，認識氧氣具有氧化性。

在第六單元課題1 中[7]，通過木炭與氧化銅反應的學習，得出還原反應是“含氧化合物里的氧被奪去的反應”。通過木炭是將氧化銅還原為銅的學習，認識木炭具有還原性。

因此，在初中階段從“得氧與失氧”角度建立起“氧化反應”與“還原反應”的初步概念，為中學氧化還原反應主題的“初始萌芽階段”。

（2）階段二：準備進階階段

在九年級上冊第四單元課題4“化學式與化合價”中[8]，學習了化學式的確定依據，認識元素在物質中可 以呈現不同的價態，知道一些常見元素的化合價以及 確定元素化合價的注意事項，知道元素的化合價是元 素的原子在形成化合物時表現出來的一種性質。

這一階段學生初步認識 C、O 等元素在不同物質中有不同化合價，同時為高中從元素化合價的變化角度繼續學習氧化還原反應相關概念奠定基礎。此為中學氧化還原反應主題的“準備進階階段”。

（3）階段三：初步進階階段

在人教版必修一第一章第三節“氧化還原反應”中[9]，學生學習氧化還原反應的特征本質。在“思考與 討論”欄目用兩個化學方程式（見圖1）中元素的化合 價以及反應類型，并設置三步思考問題。

這一階段學生從初中“得氧與失氧”角度認識“氧化反應”與“還原反應”過渡到高中從“元素化合價升降”與“電子轉移”角度認識“氧化還原反應”。學習用化合價的升降和電子轉移的視角認識氧化反應與還原反應、被氧化與被還原、氧化劑與還原劑、氧化性與還原性，并知道它們之間的關系。此為中學氧化還原反應主題的“初步進階階段”。

（4）階段四：鞏固應用階段

在人教版必修一的第二章“鈉、氯及其化合物”的學習中，第三章的“鐵金屬材料”的學習中以及必修二“硫、氮及其化合物”的學習中，從氧化還原反應的角度理解同種元素可以具備不同價態，探討同種元素不同價態物質之間的轉化，更加深刻地理解氧化還原反應的本質，并在不同元素及其化合物的學習中進一步深化理解“氧化劑”和“還原劑”，并運用電子轉移的知識學會化學方程式的配平。此為中學氧化還原反應主題的“鞏固應用階段”。

（5）階段五：全面進階階段

在人教版必修二第六章第一節“化學反應與電能”中[10]，通過原電池實驗和原電池原理示意圖，建立“氧化還原反應”與“能量轉化過程”的關系，從原電池工作原理的角度引入“原電池”的概念并介紹了電池的應用價值。此為中學氧化還原反應主題的“全面進階階段”。

（6）階段六：升華應用階段

在人教版選擇性必修1第四章“化學反應原理”中[11]，在銅鋅原電池的基礎上，進一步學習了（1）原電 池和不同化學電池的工作原理和應用，（2）電解池的 電解原理和應用，（3）金屬的腐蝕與不同的防護方 法。此為中學氧化還原反應主題的“升華應用階段”。

2.氧化還原反應學習的進階框架

圍繞上述對教材中“氧化還原反應”不同階段的分析，基于學習進階理論，結合學生的學情以及人教版初、高中教材和課程標準的要求，我們將不同階段學生應學習的核心知識以及進階目標進行分析，如表2所示。

三、從核心素養視角分析“氧化還原反應”進階的過程

基于學習進階的理論和課程標準對核心素養水平劃分，將核心素養再分為六個水平，并從學生的學情出發分析學生在各個發展水平的具體描述及其進階目標，見表3、表4、表5。

1.學科核心素養進階過程的相關性

基于學習進階的“氧化還原反應”及其相關主題的學習進階以學生現有認知狀態作為進階起點，圍繞核心知識點依次進階、逐級深化學生的思維方式[13]。通過對中學化學“氧化還原反應”主題以及與之相關的主題的內容的分析，合理地設計進階框架，在每個階段的核心知識的基礎上建立進階目標，在實現進階目標的同時促進學生學科核心素養的連貫發展[14]。基于學習進階的“氧化還原反應”及其相關主題的學習進階的最終階段是學生實現化學學科核心素養，即學生形成正確價值觀、具備關鍵能力和必備品格。新課程標準中5個方面的核心素養之間相輔相成，各有側重，在學習進階的過程中探討不同方面核心素養間的相關性，見圖2。

四、基于學習進階的中學化學“氧化還原反應”的教學銜接

在教學過程中，教師應當把握學生的學情和認知，深探“氧化還原反應”的每一個進階，選擇適當的方法 。學生每一個階段都是一個“墊腳石”，可以幫助學生鞏固前面學習的知識，同時幫助學生更加順利地進入下一個階段的學習。教師的任務在于要圍繞核心知識對教學目標整體把握，有效銜接每一個“墊腳石”。

教師應該熟悉中學化學課程標準、中學化學教材以及學生的學情和認知規律，了解學生在每個階段所掌握的知識內容和思維發展水平。 明確學生在不同階段所處的水平，幫助學生在中學階段形成“氧化還原反應”的知識框架。

在初中階段，化學屬于基礎學科，注重激發學生? 的學習興趣，形成基本的化學概念。學習“氧化反應”“還原反應”和“氧化性”“還原性”的基本特征教學過程中，教師可以聯系生活中氧化的例子導入知識。創設生動的實驗情境引導學生進行觀察與討論。為學生提供更多的實驗機會，盡可能以學生為主體完成實驗。學生親身經歷科學探究活動，探究反應規律，發展學生的科學態度。

在必修一階段，學生需要逐漸實現思維的轉變，學生在理解電子轉移的過程可能存在困難。教師要充分利用初中和高中的相似知識，引導學生在已有的知識基礎上進一步學習，建立一個系統的知識框架，實現了初高中的學習進階。教材的第一章第三節的開篇讓學生回顧初中氧化反應和還原反應的相關知識同時創設問題情境。教師可以運用真實的生活情境激發學生學習欲望，如“銀飾品佩戴久了變黑是不是說明身體變差？”“用什么辦法處理汽車排放的有毒氣體？”等。

由于初高中在氧化還原反應的表述上有所不同，學生在知識的銜接上可能理解不當。教師引導學生以實驗為基礎的科學探究的過程中逐步產生變化觀念，認識化學變化需要一定的條件。在探討氧化還原反應的本質過程中找到反應的規律，找到氧化還原反應中的“變”與“不變”，在動態的反應中找到變化的反應過程和電子轉移以及不變的反應規律。引導學生從“化合價變化”和“電子轉移”的角度，動態地分析化學變化，認識氧化還原反應的普遍特征和本質，實現初高中的學習進階過程。

在必修一第三章和必修二的第五章中，金屬元素和非金屬元素的學習是對氧化還原反應的初步應用階段。學生學習了氧化還原反應本質有利于對這部分知識的理解。教師在教學過程中可以充分運用同一元素不同價態化合物之間的轉化關系圖促進學生對知識的理解，如圖3、圖4所示。

在必修二階段，教師可以結合生活實際，用電池的應用過程，圍繞化學能與電能的轉化關系，引發學生思考。為學生提供電極材料，學生自主設計原電池的實驗，合作討論解決問題。在引入氧化還原反應與能量轉化之間的關系，引導學生認識化學反應與電能轉化的關系，認識氧化還原反應是實現化學能向電能轉化的關鍵，并引入原電池的概念。在實驗探究活動“簡易電池的設計與制作”，學生將自主構建原電池的構成要素和工作原理，進一步理解原電池的本質，培養學生科學探究能力。在教學過程中運用實驗現象，引導學生轉變偏差認識。同時簡單地學習了不同的化學電池，了解化學電池作為新能源的重要性。

在選擇性必修1 階段，通過創設雙液原電池實驗 情境，引導學生運用所學習的知識進行原電池的實驗 設計探究活動。在實驗探究原電池工作原理的過程 中，有機結合“操作-觀察-思維”，在實驗操作中“偶然”發現銅片的表面上產生氣泡而感到疑問，提出假設并 設計實驗加以驗證，初步建立對電化學的分析思路。幫助學生更高層次地從氧化還原反應的本質上認識原 電池的原理，實現了階段五到階段六的學習進階。在 必修二的學習基礎上，教師在教學過程應充分創設真 實情景（如不同燃料的應用情景的選擇、不同金屬材料 防護方法的選擇等），讓學生在原電池和溶液電解的實 驗探究中學習。學習過程中，學生認識到化學在能源 領域中的重要性，進一步培養學生的社會責任感。

五、結語

在理論的基礎上，4位中學一線化學教師湖北蘄春一中何亞龍、湖北麻城一中曾黎星、武漢市第一中學余勇軍、廣州市執信中學汪響林結合自身一線教學經驗為本文提供了予以改進的借鑒思路。

對于中學氧化還原反應的學習，教材遵循了螺旋式上升的原則，但是由于時間跨度大，容易造成學生學習的“斷層”，因此教師需要引導學生掌握每一個進階目標，不僅可以幫助學生鞏固已學知識，同時可以促進新知識的理解。教師要做到整體上把握教材，找出階段間的內在聯系，分析學生的能力和認知水平，將知識結合生活實際，合理設計科學探究活動，圍繞每一階段的核心知識展開教學，由簡單到復雜，由淺至深地學習。

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