尹明月，王衛(wèi)東

(湖北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖北 黃石 435002)

氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)中重要學(xué)科核心概念性知識(shí)，其教學(xué)內(nèi)容具有“宏觀聯(lián)系實(shí)際”和“理論聯(lián)系實(shí)際”的指導(dǎo)作用，是發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的良好載體[1]。核心素養(yǎng)的目的是讓學(xué)生通過化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)掌握，來挖掘?qū)W生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和終身發(fā)展的關(guān)鍵能力和必備品質(zhì)。但核心概念本身就持有一定的抽象性，理解較為困難，如何降低其教學(xué)難度一直是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)研究內(nèi)容[2]。筆者就“氧化還原反應(yīng)”第一課時(shí)為例，探索如何在有限的時(shí)間內(nèi)降低教學(xué)難度、發(fā)揮學(xué)科價(jià)值，如何培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 設(shè)計(jì)理念依據(jù)

2018年1月16日，國家教育部正式頒布了《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版)，明確提出“全面發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的宗旨” 的課程體系目標(biāo)，并首次提出了“學(xué)業(yè)質(zhì)量”標(biāo)準(zhǔn)[3]。核心素養(yǎng)的建立，展現(xiàn)了學(xué)生在教學(xué)中應(yīng)該形成的重要能力及品格，為學(xué)校的人才培養(yǎng)樹立新的目標(biāo)，全面體現(xiàn)了社會(huì)主義核心價(jià)值觀導(dǎo)向下國家教育課程育人的根本需求[4]。

2 教學(xué)背景分析

2.1 新課程標(biāo)準(zhǔn)分析

2017年版的新課標(biāo)對(duì)該部分知識(shí)做出了三點(diǎn)要求：1)認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)的特征是化合價(jià)變化；2)掌握電子轉(zhuǎn)移是氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)；3)知道常見的氧化劑和還原劑[5]。同時(shí)該部分知識(shí)在必修二的“原電池”章節(jié)和選修四的“電解池”章節(jié)都做出了相應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)要求。筆者選取了氧化還原反應(yīng)第一課時(shí)，對(duì)其概念知識(shí)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)融入到教學(xué)設(shè)計(jì)中。

2.2 教材分析

“氧化還原反應(yīng)”第一課時(shí)，選自于人教版高中化學(xué)必修1第二章第三節(jié)，是中學(xué)化學(xué)中基本概念和基本理論的重要部分。研究氧化還原反應(yīng)是對(duì)初中所學(xué)氧化和還原反應(yīng)的拓展與深化，是對(duì)后面所學(xué)元素以及化合物、金屬冶煉和腐蝕及電化學(xué)知識(shí)等都離不開氧化還原反應(yīng)。此外還可以幫助學(xué)生建立氧化還原反應(yīng)的三重表征，學(xué)習(xí)者可以利用所學(xué)知識(shí)深刻理解生活中的氧化還原反應(yīng)。

2.3 學(xué)情分析

已有知識(shí)能力：學(xué)生在初中從得失氧的角度對(duì)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)有初步的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到化學(xué)價(jià)態(tài)與原子最外層電子存在一定的關(guān)系，但并沒有深刻理解化合價(jià)態(tài)的變化與電子轉(zhuǎn)移間的聯(lián)系。

發(fā)展知識(shí)能力：在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，教師都應(yīng)當(dāng)充分考慮學(xué)生已有的知識(shí)水平，通過利用包括制造認(rèn)知沖突在內(nèi)的一系列手段激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促使其主動(dòng)尋求知識(shí)[2]。需要根據(jù)化學(xué)學(xué)科的三重表征來幫助學(xué)生建立知識(shí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生深刻理解對(duì)氧化還原反應(yīng)本質(zhì)。

3 教學(xué)目標(biāo)

基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)如圖1所示。

圖1 基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

4 教學(xué)流程

教學(xué)流程總設(shè)計(jì)思路如圖2所示。

圖2 教學(xué)過程總設(shè)計(jì)思路

在設(shè)計(jì)理念指導(dǎo)下，通過進(jìn)行教學(xué)背景分析，本節(jié)內(nèi)容將采用探究線、知識(shí)線、應(yīng)用線相結(jié)合的方式，以逐步構(gòu)建學(xué)生對(duì)氧還原反應(yīng)的本質(zhì)的理解為主線，選取探究式的教學(xué)方法體會(huì)氧化還原反應(yīng)與日常生活的緊密聯(lián)系，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

5 教學(xué)過程

5.1 復(fù)習(xí)回顧，導(dǎo)入新課

根據(jù)學(xué)生初中化學(xué)中已學(xué)習(xí)過四大基本反應(yīng)類型對(duì)常見的化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行分類，在教學(xué)過程中學(xué)生會(huì)認(rèn)識(shí)到有些化學(xué)反應(yīng)并不能用已有的知識(shí)分類，這就引起了學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的興趣，具體教學(xué)過程如下。

教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【溫故知新】學(xué)生根據(jù)初中學(xué)習(xí)過的四大基本反應(yīng)類型對(duì)圖3所示的化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行分類?！军c(diǎn)撥】僅根據(jù)四大基本反應(yīng)類型對(duì)化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行分類是有局限性的,需要換個(gè)進(jìn)行分析。【學(xué)生思考回答】學(xué)生正確回答出(1)至(3)的反應(yīng)類型,但發(fā)現(xiàn)(4)并不屬于任何一種基本反應(yīng)類型。通過進(jìn)行舊知回顧,喚起學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),產(chǎn)生認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生的求知欲,引出新的問題,自然導(dǎo)入本節(jié)所學(xué)內(nèi)容。

圖3 化學(xué)方程式分類

5.2 建立概念認(rèn)知，認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)

以初中常見化學(xué)反應(yīng)一氧化碳還原氧化鐵為例，讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)到氧化還原反應(yīng)是物質(zhì)得失氧元素的反應(yīng)，建立概念認(rèn)知，再結(jié)合生活中常見的暖寶寶使用前后產(chǎn)生的質(zhì)量差，讓學(xué)生親身體會(huì)氧元素在氧化還原反應(yīng)過程中的變化。在該部分內(nèi)容中可以適當(dāng)穿插一些化學(xué)史料，化學(xué)史有利于發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)，具體教學(xué)過程如下。

教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【教師提問】觀察(4)Fe2O3+3CO=Fe+3CO2是何種反應(yīng),請(qǐng)同學(xué)們從物質(zhì)得氧失氧的角度來考慮?！窘處熤v解】既是氧化反應(yīng)又是還原反應(yīng)的這種類型的反應(yīng),我們就稱它為氧化還原反應(yīng)。【任務(wù)安排】任務(wù)一:在教師的指導(dǎo)下,讓學(xué)生拆開暖寶寶,用吸鐵磁來驗(yàn)證暖寶寶使用前后的主要成分是否均為鐵粉。任務(wù)二:用準(zhǔn)備好的托盤天平分別進(jìn)行稱量,觀察記錄兩者的質(zhì)量讀數(shù)?！窘處熖釂枴颗瘜殞毷褂们昂鬄楹萎a(chǎn)生質(zhì)量差?【教師講解】對(duì)暖貼的發(fā)熱原理做了必要的補(bǔ)充?！净瘜W(xué)史資料】1773年,氧氣(O2)被化學(xué)家拉瓦錫所發(fā)現(xiàn),他認(rèn)為燃燒是物質(zhì)與氧氣發(fā)生的氧化反應(yīng);1777年,拉瓦錫推翻了他的燃素學(xué)說,證明物質(zhì)與氧化合的反應(yīng)叫做氧化反應(yīng)。同時(shí),拉瓦錫也是從質(zhì)量入手來研究的氧化還原反應(yīng)?！緦W(xué)生回答】氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)?！緦W(xué)生活動(dòng)】課前已讓每組學(xué)生準(zhǔn)備好兩個(gè)暖寶寶一個(gè)是全新的,另一個(gè)是使用過一段時(shí)間的。學(xué)生通過閱讀說明書了解到,暖寶寶里面的主要成分為鐵粉、活性炭、水、鹽等材料。【學(xué)生討論回答】(1)新的暖寶寶,磁鐵表面吸有大量鐵粉;使用過的暖寶寶,磁鐵表面的鐵粉很少,驗(yàn)證了暖寶寶的主要成分為鐵粉。(2)通過天平稱量發(fā)現(xiàn),暖寶寶使用過的的質(zhì)量比未用過的質(zhì)量大一些?！緦W(xué)生思考討論】使用過的暖寶寶,里面的鐵粉接觸到空氣,在較高溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了鐵的氧化物。學(xué)生認(rèn)真閱讀教師補(bǔ)充的化學(xué)史料,切身體會(huì)氧元素在反應(yīng)過程中的轉(zhuǎn)化。從宏觀角度進(jìn)行辨識(shí),以得失氧的角度來得出氧化還原反應(yīng)的基本概念,復(fù)習(xí)回顧初中知識(shí)的同時(shí)也為進(jìn)一步探究氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)打下基礎(chǔ)。從日常生活中存在的化學(xué)現(xiàn)象著手,借用暖寶寶使用前后產(chǎn)生的質(zhì)量差來讓學(xué)生親身體會(huì)氧的得失。教學(xué)過程中適當(dāng)補(bǔ)充化學(xué)史知識(shí),讓學(xué)生了解到拉瓦錫也是從質(zhì)量入手來研究的氧化還原反應(yīng)。此階段的教學(xué)設(shè)計(jì),利于發(fā)展學(xué)生分析問題和解決問題的能力,利于發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)”的核心素養(yǎng)。

5.3 建構(gòu)模型，辨識(shí)氧化還原反應(yīng)

為了進(jìn)一步探究氧化還原反應(yīng)的特征，開展了以氧原子為“球”的“傳球游戲”(如圖4所示)，建立簡單的模型示意圖。通過氧原子的移動(dòng)觀察到其他元素化合價(jià)發(fā)生改變，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)的得失氧的認(rèn)識(shí)過渡到元素化合價(jià)態(tài)的改變，得出氧化還原反應(yīng)的特征和判斷標(biāo)準(zhǔn)，具體教學(xué)過程如下。

教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【動(dòng)畫演示】“踢球”游戲,以CuO+H2=Cu+H2O為例,以氧原子為“球”制作flash動(dòng)畫,來演示反應(yīng)過程中“球”(氧原子)的移動(dòng)變化,過程示意圖如4所示?！咎釂枴侩S著氧原子的移動(dòng),銅元素和氫元素是否發(fā)生變化?！窘處熜〗Y(jié)】氧化還原反應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)為:反應(yīng)發(fā)生前后有無元素化合價(jià)態(tài)改變?！緦W(xué)生討論回答】在發(fā)生得氧失氧的同時(shí),元素的化合價(jià)在反應(yīng)前后發(fā)生的改變,銅元素的化合價(jià)降低,氫元素的化合價(jià)升高。通過播放氧原子轉(zhuǎn)移的flash動(dòng)畫,建立簡單模型示意圖,來發(fā)展學(xué)生“模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。同時(shí),使學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)的得失氧的認(rèn)識(shí)自然過渡到元素化合價(jià)態(tài)的改變。

圖4 氧原子轉(zhuǎn)移示意圖

5.4 探究本質(zhì)，應(yīng)用氧化還原反應(yīng)

探究氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是本節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)。首先向?qū)W生播放生動(dòng)形象的氯化鈉生成過程的小視頻并用趣味性的語言進(jìn)行講解，讓學(xué)生從電子得失的微觀角度理解化合價(jià)改變的原因；再結(jié)合氫氣與氯氣的反應(yīng)，讓學(xué)生明白電子對(duì)偏移也會(huì)引起化合價(jià)態(tài)改變。最后通過原電池實(shí)驗(yàn)中電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)證明電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，促進(jìn)學(xué)生理解氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

為了幫助學(xué)生達(dá)到學(xué)以致用的效果，讓學(xué)生討論如何運(yùn)用氧化還原反應(yīng)來處理汽車尾氣。這一問題的提出可以有效強(qiáng)化學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)對(duì)社會(huì)的價(jià)值，能有效發(fā)展學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)，具體教學(xué)過程如下。

教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【教師提問】元素化合價(jià)態(tài)改變的原因。以金屬鈉與氯氣反應(yīng)為例分析。向?qū)W生播放生動(dòng)形象的氯化鈉生成過程的小視頻?！窘處熤v解】總結(jié)化合價(jià)態(tài)改變的原因是存在電子得失?！咀穯枴繗錃馀c氯氣的反應(yīng)也是因?yàn)榘l(fā)生了電子得失嗎?【點(diǎn)撥提示】是共用電子對(duì),但由于氯原子得電子能力強(qiáng),所以電子對(duì)是偏向氯原子偏離氫原子,導(dǎo)致元素化合價(jià)發(fā)生改變?！窘處熜〗Y(jié)】引起化合價(jià)態(tài)的改變包括電子得失和電子對(duì)偏移,簡稱為電子的轉(zhuǎn)移?！咀穯枴咳绾瓮ㄟ^實(shí)驗(yàn)來證明氧化還原反應(yīng)中存在電子轉(zhuǎn)移?！緦W(xué)生思考討論】鈉原子為了使自身達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)要失去一個(gè)電子,氯原子則需要得到一個(gè)電子;鈉原子正好將失去的電子給了氯原子,變成離子結(jié)合在一起,在這個(gè)過程中發(fā)生了電子的得失?！緦W(xué)生思考回答】可能氯原子和氫原子之間共用了一個(gè)電子對(duì)?！緦W(xué)生觀察】通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)了。電路中有電流,說明存在電子,可證明反應(yīng)過程中發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移。通過生動(dòng)形象的視頻動(dòng)畫以及教師趣味性的語言講解,易于學(xué)生從微觀角度理解氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì),有效發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)。從化合價(jià)到電子轉(zhuǎn)移,再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電子轉(zhuǎn)移,來發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”與“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)。

續(xù)表

教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【實(shí)驗(yàn)演示】準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)用品,連接好實(shí)驗(yàn)裝置圖(原電池裝置Zn與稀H2SO4的反應(yīng)),實(shí)驗(yàn)過程中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。【教師提問】為什么電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)?【小結(jié)】電子轉(zhuǎn)移是氧化還原反應(yīng)發(fā)生的實(shí)質(zhì)?！緦W(xué)以致用】如何運(yùn)用氧化還原反應(yīng)來處理汽車尾氣(簡單介紹汽車尾氣的主要成分)?！緦W(xué)生討論】根據(jù)氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)特征和實(shí)質(zhì),NO2的氮元素化合價(jià)會(huì)降低,CO中碳元素化合價(jià)要升高。反應(yīng)方程式為:2NO2+4CO催化劑 N2+4CO2通過對(duì)氧化還原反應(yīng)生活實(shí)例的應(yīng)用,從STSE角度強(qiáng)化學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)社會(huì)的價(jià)值,有效發(fā)展學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)。

6 結(jié)語

該教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的結(jié)構(gòu)化，結(jié)構(gòu)化水平?jīng)Q定著學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展水平。根據(jù)氧化還原反應(yīng)的概念，從宏觀(元素化合價(jià))到微觀(電子轉(zhuǎn)移)，從質(zhì)變(化合價(jià)升降、電子得失)與量變(電子轉(zhuǎn)移數(shù)目)，以不同的角度揭示學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知，為學(xué)生建構(gòu)初步的氧化還原反應(yīng)模型框架，為后面完善整體模型奠定基礎(chǔ)。