探討初高中氧化還原反應(yīng)知識(shí)體系的建構(gòu)和教學(xué)意義

探討初高中“氧化還原反應(yīng)”知識(shí)體系的建構(gòu)和教學(xué)意義

李華女摘要：“氧化還原反應(yīng)”作為中學(xué)化學(xué)的核心知識(shí)之一，是貫穿中學(xué)化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的一條思想主線。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)有關(guān)氧化還原反應(yīng)的內(nèi)容要求以及結(jié)合教材中對(duì)相關(guān)知識(shí)的編排，從知識(shí)呈現(xiàn)的邏輯順序上，探討初高中化學(xué)有關(guān)氧化還原反應(yīng)知識(shí)體系的建構(gòu)和功能。Key：氧化還原反應(yīng);教材內(nèi)容;知識(shí)建構(gòu)氧化還原反應(yīng)是學(xué)生有效學(xué)習(xí)元素及其化合物化學(xué)性質(zhì)的理論基礎(chǔ)，也是引導(dǎo)學(xué)生探究和推斷物質(zhì)性質(zhì)的重要依據(jù)。通過(guò)氧化還原反應(yīng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生在具體的實(shí)際情景中運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的相關(guān)理論分析和解決問(wèn)題的能力，也是氧化還原反應(yīng)社會(huì)價(jià)值的體現(xiàn)。一.初高中階段教材的編排初中階段，課程標(biāo)準(zhǔn)只要求掌握四種基本類(lèi)型的反應(yīng)，對(duì)氧化還原反應(yīng)不作要求，但在教材內(nèi)容上有所體現(xiàn)。教材中通過(guò)氧氣的化學(xué)性質(zhì)體現(xiàn)物質(zhì)的氧化性，碳粉還原氧化銅體現(xiàn)物質(zhì)的還原性，分別從得失氧角度感性認(rèn)識(shí)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，兩個(gè)概念相對(duì)獨(dú)立。高中階段，氧化還原反應(yīng)內(nèi)容在化學(xué)課程安排中采取分階段呈現(xiàn)的方式，通過(guò)螺旋式上升的方法分為三個(gè)階段編排穿插在不同的主題中。隨著學(xué)習(xí)階段的推進(jìn)，從《化學(xué)1》電子轉(zhuǎn)移角度認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，到《化學(xué)2》認(rèn)識(shí)元素性質(zhì)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，再到《化學(xué)4》運(yùn)用基本原理實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化，電化學(xué)腐蝕原理等不斷深入，氧化還原反應(yīng)核心概念理解趨于完善，其中對(duì)每個(gè)階段的具體要求和內(nèi)容編排如下所示：階段1：在《化學(xué)1》氧化還原反應(yīng)內(nèi)容中涵括了氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)、氧化劑與還原劑以及氧化還原反應(yīng)方程式的配平等。其次，在后兩章元素化合物學(xué)習(xí)中，也著意發(fā)揮了氧化還原反應(yīng)對(duì)元素化合物學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用。在物質(zhì)的轉(zhuǎn)化中充分滲透了氧化還原反應(yīng)觀，也讓學(xué)生進(jìn)一步了解生產(chǎn)、生活中常見(jiàn)的氧化還原反應(yīng)。階段2：在《化學(xué)2》原子結(jié)構(gòu)與元素周期表學(xué)習(xí)中，通過(guò)探究原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系，形成對(duì)元素性質(zhì)（氧化性、還原性）的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。初步認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化;階段3：《化學(xué)4》電化學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)是氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例，深化學(xué)生從本質(zhì)上理解運(yùn)用氧化還原反應(yīng)，深刻認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)換的裝置，解釋金屬腐蝕原理，體會(huì)科學(xué)的價(jià)值與魅力。綜合以上分析可知，氧化還原反應(yīng)作為中學(xué)化學(xué)的重要知識(shí)主線，主要通過(guò)四個(gè)步驟即得失氧的角度、電子轉(zhuǎn)移的角度、原電池和電解池原理貫穿于中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，深化對(duì)核心概念的理解。關(guān)于氧化還原反應(yīng)在高中階段的知識(shí)體系如圖1-1所示。《化學(xué)1》教材中“氧化還原反應(yīng)”概念的形成過(guò)程都體現(xiàn)了宏觀與微觀、定性與定量、語(yǔ)義與符號(hào)等表征形式。首先通過(guò)化合價(jià)分析確定化合價(jià)發(fā)生變化的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，再?gòu)碾娮愚D(zhuǎn)移層面認(rèn)識(shí)其化合價(jià)變化的微觀實(shí)質(zhì)，以達(dá)成概念宏觀到微觀的本質(zhì)認(rèn)識(shí)。而后又通過(guò)氧化還原反應(yīng)方程式的配平及元素化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)，逐步從定性深入到定量，認(rèn)識(shí)電子轉(zhuǎn)移及物質(zhì)轉(zhuǎn)換之間的定量關(guān)系，并突出化學(xué)符號(hào)的應(yīng)用。二.氧化還原反應(yīng)的教學(xué)意義氧化還原反應(yīng)作為中學(xué)化學(xué)的核心概念之一，挖掘其潛在的價(jià)值，探究化學(xué)核心概念對(duì)學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展作用具有重要的實(shí)踐意義。在《化學(xué)1》階段，氧化還原反應(yīng)及其相關(guān)概念的教育教學(xué)價(jià)值在于：對(duì)化學(xué)反應(yīng)分類(lèi)的新視角，對(duì)物質(zhì)及其性質(zhì)的新視角，研究物質(zhì)性質(zhì)思路和方法的新視角，分析實(shí)際現(xiàn)象和問(wèn)題的新視角。其中，主要體現(xiàn)為以下四點(diǎn)。（1）促進(jìn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)及其應(yīng)用的認(rèn)識(shí)發(fā)展氧化還原反應(yīng)概念的建立，能使學(xué)生以新的更為本質(zhì)的視角看待化學(xué)反應(yīng)的類(lèi)型。學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)分類(lèi)原有的認(rèn)知是根據(jù)反應(yīng)物和生成物的種類(lèi)及數(shù)量判斷，對(duì)化學(xué)反應(yīng)的微觀認(rèn)識(shí)僅停留在原子間的重組。而學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)后學(xué)生能從微觀角度——根據(jù)原子重組時(shí)有無(wú)電子的轉(zhuǎn)移把氧化還原反應(yīng)分為氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)，拓展了對(duì)化學(xué)反應(yīng)更為本質(zhì)的微觀認(rèn)識(shí)。（2）促進(jìn)學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)及其類(lèi)別的認(rèn)識(shí)發(fā)展通過(guò)核心概念的下位概念氧化性和還原性、氧化劑和還原劑概念的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生建立認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)和物質(zhì)類(lèi)別的新視角。學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的原有認(rèn)識(shí)局限于酸性和堿性，對(duì)化學(xué)反應(yīng)局限于以酸堿鹽為分類(lèi)的物質(zhì)類(lèi)別之間的反應(yīng)。學(xué)習(xí)了氧化還原相關(guān)概念后，學(xué)生能對(duì)接觸的物質(zhì)建立氧化性和還原性的認(rèn)識(shí)以及促進(jìn)對(duì)物質(zhì)類(lèi)別的認(rèn)識(shí)，例如學(xué)生能認(rèn)識(shí)到金屬一般具有還原性，常常作還原劑。（3）促進(jìn)學(xué)生對(duì)研究物質(zhì)性質(zhì)思路和方法的認(rèn)識(shí)發(fā)展在學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)內(nèi)容前，學(xué)生僅從物質(zhì)的類(lèi)別角度認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)的性質(zhì)。學(xué)習(xí)后，學(xué)生能建立認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)的氧化性或還原性的思路的方法。即面對(duì)一種新物質(zhì)時(shí)，學(xué)生能抓住核心元素并分析其化合價(jià)變化，從元素化合價(jià)的角度預(yù)測(cè)物質(zhì)具有的氧化性或還原性，然后能自主地選擇合適的氧化劑或還原劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。（4）促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)際現(xiàn)象和問(wèn)題的分析通過(guò)氧化還原反應(yīng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生在具體的實(shí)際情景中運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的相關(guān)理論分析和解決問(wèn)題的能力。例如，鐵生銹、燃燒現(xiàn)象的解釋;低價(jià)態(tài)硫的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生活生產(chǎn)所需的高價(jià)態(tài)的硫酸