基于学习进阶理论的氧化还原反应教学设计^*

基于学习进阶理论的氧化还原反应教学设计*

许志勤1** 张 荣2

（1泰州中学 江苏泰州 225300；2泰州中学附属初中 江苏泰州 225300）

摘要：通过高中化学必修1第二章第三节“氧化还原反应”的课堂教学设计和教学反思，说明在概念教学中如何根据学习进阶理论，分析学生在初高中各阶段对氧化还原反应概念达到的理解程度及学习过程中的思维路径，有针对性地制定相应教学策略，为学生对化学概念的学习创造一个有效的学习进阶框架。

关键词：氧化还原反应；衔接；进阶；课堂教学；教学反思

氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中广泛存在并普遍应用。通过氧化还原反应可以实现物质的转化和能量的储存或释放，引导学生学习和逐步掌握氧化还原反应对于他们今后的生活和工作都是有意义的。

高中化学学习中将大量涉及氧化还原反应，其学习要求呈螺旋式上升。本文讨论了高中化学必修1第二章第三节“氧化还原反应”的教学设计。

一、设计意图及教学流程

1.设计意图

在九年级《化学》学习过程中，学生已经形成相关认识：1.氧化反应分为剧烈氧化和缓慢氧化。2.物质的燃烧属于剧烈氧化。3.葡萄糖在动物体内经缓慢氧化转化为二氧化碳和水，释放能量。4.金属跟氧结合生成氧化物的过程称为金属的氧化。5.金属氧化物跟焦炭、氢气、一氧化碳等反应失去氧转化为金属的过程称为金属的还原。通过学情分析，学生的前概念是物质会与氧气发生氧化反应，金属氧化物会和一氧化碳等发生还原反应。而高中《化学》必修1第二章第三节要求学生从电子转移的角度更本质的认识氧化还原反应。因而，本节课着重要帮助学生理解两点：1.为什么从化合价变化的角度定义氧化还原反应；2.氧化还原的相互依存和对立统一的辩证关系。

在讨论“氧化还原反应”的特征和本质时，引导学生运用分析比较、基于证据推理的思维方法开展学习，让学生在建构知识的同时，形成学科基本观念和学科思维方式。

2.教学流程

根据认知冲突理论，学生已有的知识和经验与新知识之间存在某种差异而导致心理失衡时，容易激起强烈的求知欲望［1］。本节课通过设问原有的四种基本反应类型能否包含所有化学反应造成学生的认知冲突，让学生主动参与知识获取的过程。

课堂教学从知识和能力两条主线同时展开。其知识主线为讨论相关反应的特征和类型，引导学生从得失氧的角度对化学反应进行分类，过渡到从化合价变化的角度定义氧化还原反应，讨论氧化反应和还原反应与化学价升降的关系。其能力主线为利用已经具备的氧化反应和还原反应的基础知识，通过“对比、分类、归纳”的方法，让学生在“自主活动”与“实验探究”中构建氧化还原反应概念体系，同时培养分析问题、认识规律和运用规律的能力及科学的思维方法。

2.教学实录

［师］同学们，本节课我们研究的主题是氧化还原反应，氧化和还原这两个词大家并不陌生，通过初中化学的学习，同学们如何理解氧化反应和还原反应？

［生］金属跟氧结合生成氧化物的过程称为金属的氧化；而金属氧化物跟焦炭、氢气、一氧化碳等反应失去氧转化为金属的过程称为金属的还原。

［师］金属跟氧结合生成氧化物可以看成是金属得氧的过程，那进一步概括，物质与氧气的化合都可以叫氧化反应，如2H2+O2====点燃2H2O。同样，物质失去氧的过程称为还原反应。如C+H2O====高温CO+H2，这个反应中H2O失去了氧，发生了还原反应。

［师］C+H2O====高温CO+H2属于初中学过的四种基本反应类型的哪一种？

［生］属于置换反应。

［生］从失氧的角度，这个反应也可以归为还原反应。

［师］研读资料卡片中的四个反应，思考并讨论，四个反应有什么特点？这些反应属于什么类型？

【交流讨论】

［生］1属于还原反应，2属于化合反应，3属于氧化反应，4不能判断属于什么类型。

［师］这位同学在回答问题时用了两种分类方式思考问题，从反应物、生成物的种类来考虑，2属于化合反应。从得失氧的角度思考问题，1属于还原反应，3属于氧化反应。不能判断4的反应类型，说明我们已掌握的化学反应的分类方法有局限。本节课我们学习用“更化学”的方法研究化学反应。

【问题解决1：氧化还原反应的特征】

［师］请标出以上四个反应中各元素的化合价，并关注反应前后化合价的变化。

［生］四个反应中都有元素化合价的变化。

［师］对，我们观察到在一个反应中，当有某些元素化合价升高时，一定有某些元素化合价降低。凡是有元素化合价变化的反应都是氧化还原反应。有元素化合价降低的反应物叫氧化剂，有元素化合价升高的反应物叫还原剂。

［师］请结合金属的氧化和金属氧化物的还原思考，当把氧化反应和还原反应合并成一个词组（氧化还原反应）时，它们三者之间有什么关系呢？

［生］比如2Mg+O2====点燃2MgO，就金属而言，镁元素在反应前后化合价升高，发生的是氧化反应；就氧气而言，氧元素在反应前后化合价降低，发生的是还原反应。原来氧化和还原是可以统一在同一个反应中的。

【交流讨论】请判断下列哪些反应是氧化还原反应，并尝试画出化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应与氧化还原反应的交叉分类示意图。

①2H2+Cl2====点燃2HCl

②2NaOH+CuSO4====Cu（OH）2↓+Na2SO4

③Zn+2AgNO3====Zn（NO3）2+2Ag

④2KMnO4====△K2MnO4+MnO2+O2↑

［生］①③④是氧化还原反应，②是非氧化还原反应。

［生］化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应与氧化还原反应的交叉分类示意图：

【问题解决2：氧化还原反应的本质】

［师］同学们知道化学反应的实质是原子之间的重新组合。从原子结构来看，原子核外的电子是分层排布的，特别是最外层的电子数目与化学反应有密切关系，元素化合价的变化和电子转移有密切关系。设想能否通过一定的检测手段证明氧化还原反应中真的有电子转移？请同学们分组完成实验。请注意观察实验现象，并根据实验现象分析结论。

【探究实验】氧化还原反应中的电子转移——锌铜原电池

［生］实验现象：铜片上有铜生成，检流计指针发生偏转，偏向铜片。

［师］从实验现象①锌与硫酸铜发生反应；②反应中有电流产生得出结论：本反应中发生了电子转移。通过实验，我们真切感受到化学反应中电子的转移，接着我们从原子结构的角度再来讨论。

【演示实验】钠在氯气中燃烧

［师］

【问题解决3：氧化还原反应的应用】

［师］资料卡上的四个反应都是氧化还原反应在生活生产中的重要应用。其中合成氨和金属的冶炼主要实现的是物质的转化，甲烷燃烧和光合作用主要实现的是能量的转化。请思考，我们还了解哪些氧化还原反应能实现物质的转化或能量的转化呢？

［生］湿法炼铜等实现的是物质的转化。

呼吸作用等实现的是能量的转化。

［师］后续学习中我们还将遇到很多通过氧化还原反应实现的物质转化和能量转化（如化学电源），在生活和生产中感受应用化学原理帮助我们趋利避害。

三、教学反思

为改变科学课程学习内容零散且缺乏衔接的现状，学习进阶成为了国际科学教育研究的热点议题。对于“什么是学习进阶”，许多学者根据其自身研究背景提出了不尽相同的表述。例如：史密斯等认为“学习进阶是学生在学习时对一系列概念连续的、逐渐复杂的思维方式”；2007年NRC将学习进阶定义为“对学生在一个时间跨度内学习和探究某一主题时，依次进阶、逐级深化的思维方式的描述”等［2］。“学习进阶”和“教学最佳时机”、“最近发展区”有一定的联系，它们都是遵循学生的认知发展规律，在适当的时间和教学情境下引导学生学习，在最佳的时机教授适当的知识。基于核心概念学习进阶进行组织教学具有重要意义。教师首先要分析学生在学习过程中各阶段对知识的掌握情况和理解水平；其次要了解学生对于化学核心概念学习过程中的思维路径，从而有针对性地制定相应的教学策略，为学生对化学概念的学习创造一个有效的学习进阶框架。

本节内容的设计基于学习进阶理论，厘清学生在初高中各阶段对氧化还原反应概念达到的理解程度，通过教学促进学生在原有的认知网络中理解新概念，同时为理解下一阶段氧化还原反应的具体应用提供新的生长点，在教学中以引导学生向较为深入的理解和较高层级的思考进行发展为目的，取得了较好的效果。

参考文献

［1］ 阎芬，于少华，王磊.中学化学教学中促进学生认识发展的问题设置有效性研究［J］.化学教育，2015，36（13）：32-35

［2］ 姚建欣，郭玉英.为学生认知发展建模：学习进阶十年研究回顾及展望［J］.教育学报，2014，10（5）：36-42

文章编号：1008-0546（2017）11-0075-03

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.11.025

*本文系江苏省教育科学“十二五”规划课题“核心概念统领下的初高中化学教学衔接研究”（课题立项编号：D/2013/02/255）阶段性成果。

**通讯联系人，E-mail：[e-mail]