關(guān)于氧化還原內(nèi)容

關(guān)于氧化還原內(nèi)容的已有研究較多，但是由于高中化學(xué)新課程課程結(jié)構(gòu)和課程內(nèi)容組織安排的變化等原因，氧化還原內(nèi)容的教學(xué)仍存在較多問題：學(xué)生對(duì)于氧化還原反應(yīng)本質(zhì)沒有形成很好的理解，學(xué)生沒有形成物質(zhì)性質(zhì)研究的基本模型，氧化劑、還原劑的理解性積累存在缺陷，運(yùn)用原理解決問題的思維較差等。通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：由于教師沒有充分認(rèn)識(shí)到氧化還原內(nèi)容的教學(xué)功能和價(jià)值，教師過于關(guān)注氧化還原反應(yīng)知識(shí)本身的教學(xué)，忽略了氧化還原反應(yīng)教學(xué)價(jià)值的體現(xiàn)和落實(shí)，特別是忽略了氧化還原反應(yīng)內(nèi)容學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的作用。如何才能在教學(xué)中真正實(shí)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用，真正落實(shí)學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展，這正是本研究所要解決的主要問題。為了達(dá)到這樣的教學(xué)目的，首先要分析氧化還原內(nèi)容對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的作用。

一、氧化還原內(nèi)容對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的作用

氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)的核心知識(shí)之一，它對(duì)于學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)具有以下科學(xué)學(xué)習(xí)價(jià)值：能幫助學(xué)生更加深刻地理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系；可以指導(dǎo)學(xué)生探究元素化合物的性質(zhì)；可以指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)物質(zhì)的制備原理；指導(dǎo)推斷復(fù)雜反應(yīng)的產(chǎn)物或反應(yīng)物；指導(dǎo)學(xué)生探究設(shè)計(jì)合理的原電池和電解池；有利于學(xué)生理解相關(guān)的物質(zhì)含量的定量分析；幫助學(xué)生形成正確的辯證統(tǒng)一的哲學(xué)觀點(diǎn)。學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)之后，學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)有存在電子轉(zhuǎn)移和不存在電子轉(zhuǎn)移之分，即讓學(xué)生建立起“原子在重新組合過程中是否發(fā)生電子轉(zhuǎn)移”這一認(rèn)識(shí)視角，發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的微觀認(rèn)識(shí)，建立起對(duì)化學(xué)反應(yīng)分類的更本質(zhì)的角度。此外，通過氧化還原反應(yīng)應(yīng)用價(jià)值的分析，讓學(xué)生初步構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)利用的基本角度，如制備新物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)中不同元素價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化；實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)變，為人類提供能量等。

2.促進(jìn)學(xué)生對(duì)物質(zhì)及其性質(zhì)的認(rèn)識(shí)發(fā)展

通過氧化性和還原性、氧化劑和還原劑概念學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的新視角，建立物質(zhì)分類的新視角。沒有學(xué)習(xí)這些概念之前，學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，局限于酸性和堿性，局限于哪些物質(zhì)之間能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。學(xué)習(xí)概念之后，看到物質(zhì)學(xué)生能夠主動(dòng)分析該物質(zhì)是否具有氧化性或還原性，什么樣的物質(zhì)具有氧化性，什么樣的物質(zhì)具有還原性，并且學(xué)生對(duì)已經(jīng)知道或接觸的物質(zhì)能夠建立氧化性和還原性的認(rèn)識(shí)角度。例如學(xué)生原先知道金屬鐵、鋅等能與酸發(fā)生反應(yīng)，學(xué)習(xí)氧化性與還原性、氧化劑與還原劑之后，學(xué)生應(yīng)該認(rèn)識(shí)到金屬一般具有還原性，通常可以作還原劑，能夠脫離具體的化學(xué)反應(yīng)，就物質(zhì)來談氧化性、還原性問題。面對(duì)物質(zhì)，學(xué)生是否自主地、能動(dòng)地去分析物質(zhì)的氧化性和還原性、氧化劑和還原劑等問題，是判斷學(xué)生是否真正建立認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)新視角和物質(zhì)分類新視角的重要依據(jù)。

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

學(xué)生原先從物質(zhì)類別的角度認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)的性質(zhì)，學(xué)習(xí)氧化還原內(nèi)容之后，學(xué)生應(yīng)該建立認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)氧化性或還原性的思路和方法。面對(duì)一種新物質(zhì)，學(xué)生應(yīng)該能夠從所含元素的化合價(jià)角度預(yù)測(cè)物質(zhì)是否具有氧化性或還原性。物質(zhì)中具有多種價(jià)態(tài)元素，其化合價(jià)處于高價(jià)，能夠降低，即有氧化性。元素的化合價(jià)處于低價(jià)，能夠升高，即有還原性。若元素的化合價(jià)處于中間價(jià)態(tài)，既具有氧化性又具有還原性；然后選擇合適是為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

(3)如何使學(xué)生建立研究物質(zhì)氧化性和還原性的思路和方法

要想解決這個(gè)問題，需要清楚讓學(xué)生建立研究物質(zhì)氧化性和還原性的思路和方法所必備的知識(shí)有哪些？需要經(jīng)過怎樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)才能夠建立方法性內(nèi)容。首先氧化性和還原性、氧化劑和還原劑的概念是必要知識(shí)；其次需要讓學(xué)生建立如何預(yù)測(cè)物質(zhì)氧化性和還原性的方法；第三，學(xué)生知道哪些物質(zhì)具有氧化性通?？梢宰鳛檠趸瘎?，哪些物質(zhì)具有還原性通常可以作為還原劑；第四，學(xué)生能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，選擇適當(dāng)?shù)难趸瘎┗蜻€原劑驗(yàn)證預(yù)測(cè)，從而得出物質(zhì)氧化性或還原性的結(jié)論；第五，學(xué)生建立的認(rèn)識(shí)和方法需要通過具體的應(yīng)用加以鞏固和強(qiáng)化。根據(jù)上述分析，在氧化還原教學(xué)中除了讓學(xué)生建立基本的概念外，還需要通過具體的案例分析讓學(xué)生了解預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究物質(zhì)氧化性和還原性的思路和方法，比如通過雙氧水或亞硫酸鈉等物質(zhì)氧化性或還原性的研究活動(dòng)，讓學(xué)生初步建立思路和方法。通過鐵及其化合物氧化性和還原性的探究活動(dòng)對(duì)建立的思路和方法進(jìn)行應(yīng)用。因?yàn)楦拍詈头椒ǖ膶W(xué)習(xí)過程需要通過應(yīng)用環(huán)節(jié)促進(jìn)發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)概念和方法的內(nèi)化，才能納入學(xué)生的長(zhǎng)時(shí)記憶系統(tǒng)。

我們應(yīng)該深入地認(rèn)識(shí)到，在整個(gè)高中階段學(xué)生關(guān)于氧化還原的認(rèn)識(shí)是分階段和不同水平的

水平1：通過新授課的教學(xué)，學(xué)生建立氧化還原反應(yīng)、氧化劑和還原劑、氧化性和還原性等基本概念，能夠分析哪些化學(xué)反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，能夠指出氧化劑和還原劑，說出哪個(gè)物質(zhì)具有氧化性或還原性，初步了解常見的氧化劑和還原劑；能夠依據(jù)化合價(jià)預(yù)測(cè)物質(zhì)的氧化性和還原性，能夠初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè)。

水平2：在硫、氮、鋁等具體元素及其化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)用研究物質(zhì)氧化性或還原性的思路方法，初步體會(huì)到物質(zhì)的氧化性或還原性存在強(qiáng)弱關(guān)系，如二氧化硫與濃硫酸的氧化性強(qiáng)弱等；學(xué)生初步應(yīng)用電子轉(zhuǎn)移守恒原則進(jìn)行一些需要掌握的氧化還原反應(yīng)的配平，如濃、稀硝酸與金屬銅的反應(yīng)配平；學(xué)生能夠書寫簡(jiǎn)單的氧化還原反應(yīng)的離子方程式。

水平3：學(xué)生對(duì)物質(zhì)氧化性和還原性的強(qiáng)弱建立規(guī)律性認(rèn)識(shí)，如同周期和同主族元素得失電子能力的比較，并能夠從物質(zhì)結(jié)構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)）的角度預(yù)測(cè)分析物質(zhì)的氧化性和還原性以及強(qiáng)弱關(guān)系。教師關(guān)于氧化還原內(nèi)容的教學(xué)組織和處理具有穩(wěn)定的、習(xí)慣性的方式，在新課程的背景下，面對(duì)新的要求，必然會(huì)產(chǎn)生相關(guān)教學(xué)論問題，如氧化還原反應(yīng)概念教學(xué)是否一定要經(jīng)歷“得失氧、化合價(jià)變化、電子轉(zhuǎn)移”三段式？在氧化還原反應(yīng)概念的教學(xué)中如何避免枯燥？為什么要探討氧化還原反應(yīng)與4大反應(yīng)類型的關(guān)系等。

(1)氧化還原反應(yīng)概念教學(xué)是否一定需要從得失氧到化合價(jià)變化、電子轉(zhuǎn)移的三段式

氧化還原反應(yīng)概念教學(xué)原先處理采用得失氧、化合價(jià)變化、電子轉(zhuǎn)移三段式，主要是考慮到了學(xué)生原有初中氧化還原知識(shí)的背景，考慮了從學(xué)生熟悉的化學(xué)反應(yīng)和基本化學(xué)反應(yīng)類型出發(fā)，符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展，體現(xiàn)了從表面現(xiàn)象到特征再到本質(zhì)的認(rèn)識(shí)過程。但是初中新課程已經(jīng)不再從得失氧的角度介紹氧化還原反應(yīng)，初中課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氧化還原反應(yīng)也不再作要求；其次，高中所講的氧化還原反應(yīng)已不在得失氧的水平；第三，讓學(xué)生從得失氧角度轉(zhuǎn)到化合價(jià)變化角度，突破這一認(rèn)識(shí)在教學(xué)上是個(gè)難點(diǎn)。因此教師需要突破原有的教學(xué)范式，跳開三段論重新考慮氧化還原概念的形成問題，例如，可以先直接分析化合價(jià)，再深入到本質(zhì)；或者直接進(jìn)入本質(zhì)，然后再使電子轉(zhuǎn)移與化合價(jià)建立聯(lián)系。

那么，是否徹底不談與得失氧相關(guān)的氧化還原反應(yīng)？如何處理學(xué)生的差異？可以從化合價(jià)或電子轉(zhuǎn)移入手，當(dāng)學(xué)生建立這些認(rèn)識(shí)后，通過開放性任務(wù)，讓學(xué)生的不同認(rèn)識(shí)得到統(tǒng)一和深化。

(2)在氧化還原反應(yīng)概念教學(xué)中如何避免枯燥

氧化還原概念教學(xué)通常是老師講授為主，平鋪直敘，而不是學(xué)生主動(dòng)的建構(gòu)概念，課堂教學(xué)氛圍比較沉悶，學(xué)生興趣不高，如何才能避免枯燥？可以從具體的任務(wù)出發(fā)，該任務(wù)學(xué)生能夠順利完成，在此基礎(chǔ)上引出問題。例如從學(xué)生比較熟悉的氯化鈉入手，讓他們列舉制備氯化鈉的反應(yīng)。學(xué)生通常舉出鹽酸和氫氧化鈉的反應(yīng)，也有學(xué)生會(huì)提到鈉與氯氣的化合反應(yīng)。然后讓學(xué)生從微粒的角度分析反應(yīng)前后元素的形態(tài)是否發(fā)生了改變。學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)，對(duì)于鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)，離子前后是沒有變化的，而對(duì)于鈉和氯氣的反應(yīng)前后微粒發(fā)生了變化，這種變化帶來的直接結(jié)果就是化合價(jià)的不同。

(3)為什么要探討氧化還原反應(yīng)與4種基本反應(yīng)類型的關(guān)系

4種基本反應(yīng)類型并不能囊括所有的反應(yīng)，它主要是從反應(yīng)前后宏觀的物質(zhì)個(gè)數(shù)角度的分類，氧化還原反應(yīng)是一種更本質(zhì)的分類，是涉及反應(yīng)本質(zhì)的分類。探討氧化還原反應(yīng)與4種基本反應(yīng)類型的關(guān)系這一環(huán)節(jié)是必須要有的。首先，它是概念原理教學(xué)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。氧化還原概念建立之后不可能孤立存在，必然要跟原有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整合，在整合過程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)化；其次在關(guān)系的明確過程中有利于幫助學(xué)生進(jìn)一步理解氧化還原反應(yīng)本身的特征，精致和發(fā)展認(rèn)識(shí)，在某種程度上也是一種應(yīng)用。

不同教師在這一環(huán)節(jié)的處理過程中有所區(qū)別，有些將其當(dāng)作概念辨析處理，有些將其當(dāng)作概念整合處理，其中比較有智慧的處理是點(diǎn)出了氧化還原的分類與原有分類相比，對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)的發(fā)展點(diǎn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到從化合價(jià)有無變化、有無電子轉(zhuǎn)移角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類更本質(zhì)、更有意義。

四、氧化還原專題的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)

在分析探討了氧化還原內(nèi)容的教學(xué)論問題后，需要站在單元整體的視角進(jìn)行氧化還原每課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)。如氧化還原內(nèi)容的單元整體教學(xué)目標(biāo)是什么，學(xué)生在整個(gè)單元中的認(rèn)識(shí)發(fā)展是怎樣的，每課時(shí)中學(xué)生的認(rèn)識(shí)是如何建構(gòu)的；為了達(dá)到單元目標(biāo)，不同課時(shí)的關(guān)系是怎樣的，教學(xué)內(nèi)容如何選擇和組織，以期在氧化還原單元整體教學(xué)中做到三維目標(biāo)的有機(jī)融合，讓學(xué)生體驗(yàn)到多樣化的教學(xué)方式，達(dá)到整體教學(xué)效果的最優(yōu)化。

五、氧化還原專題的單元整體教學(xué)效果

為了探明上述關(guān)于氧化還原內(nèi)容教學(xué)論問題分析的合理性和單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)的效果，研究者通過對(duì)比教學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。選取北京市第八十中學(xué)水平相當(dāng)?shù)?個(gè)班級(jí)作為被試，控制學(xué)生水平、教學(xué)時(shí)間、教學(xué)內(nèi)容深廣度等無關(guān)變量。自變量為教學(xué)處理思路，對(duì)比班采用常規(guī)的教學(xué)處理，實(shí)驗(yàn)班采用上述的單元整體教學(xué)處理。因變量為學(xué)生氧化還原知識(shí)的掌握情況，學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)性質(zhì)及研究物質(zhì)性質(zhì)的思路和方法等方面的認(rèn)識(shí)發(fā)展，以及解決分析氧化還原相關(guān)問題的水平等。

教學(xué)研究結(jié)果表明，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的氧化還原內(nèi)容單元整體教學(xué)是非常有效的，學(xué)生在各方面獲得明顯發(fā)展，特別是學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)、對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)、對(duì)物質(zhì)性質(zhì)研究思路和方法的認(rèn)識(shí)獲