氧化還原反應方程配平技能的影響因素分析

氧化還原反應方程配平技能的影響因素分析

1u3000學習進階和提高氧化還原反應程式配平技能的階段和階段氧化還原反應是高中化學課程的核心知識之一。它對學生的物質(zhì)性質(zhì)、規(guī)律和化學基本原理有重要的指導作用。化學方程式是化學特有的語言,表現(xiàn)了物質(zhì)在化學變化中存在的“質(zhì)”和“量”的關系?；瘜W方程式的配平是根據(jù)原子或電子守恒,通過使用一定的配平方法和分析、推理等思維過程來確定化學方程式的化學計量數(shù),明確參加反應的物質(zhì)存在的各種數(shù)量關系。氧化還原反應方程式的配平是學生在氧化還原反應、元素化合物知識的學習過程中必然會遇到的問題,也是學生需要發(fā)展的化學基本技能之一。由于氧化還原反應類型復雜,這些化學方程式配平過程的思維跨度較大,學生的氧化還原反應方程式配平技能無法一蹴而就,而高考的反撥作用又為學生的氧化還原反應方程式配平技能確定了最終的學習目標。學科知識和技能的學習是分階段和有明確的路徑的。人們在過往已經(jīng)認識到學科知識和技能的形成、建立和深化是一個螺旋式的學習過程。學習進階(learningu3000progressions)概念的提出更表明人們應該高度關注學生學習過程的方向、路徑和階段,以及每個學習階段的預期水平。許多研究者已經(jīng)對氧化還原反應方程式的各種配平方法進行深入總結,卻鮮少關注學生氧化還原反應方程式配平技能的學習進階。學生主要從“化學1”模塊階段、高考總復習階段來學習和提高氧化還原反應方程式配平技能。如何結合高中化學課程的教學實際情況,分析和規(guī)劃學生氧化還原反應方程式配平技能的學習進階,是值得探討的問題。2u3000氧化還原反應方程的影響因素2.1學生的基礎技能化合價升降配平法是常見的氧化還原反應方程式配平方法,也是學生應該理解和掌握的配平方法。該方法的配平步驟可以概括為:標變價,列變化,求總數(shù),配系數(shù),查守恒。通過對該方法的分析,可以分解出學生掌握氧化還原反應方程式配平技能所需的5種基礎技能:1了解常見元素的化合價,能夠準確標出化合物中元素的化合價;2認識氧化還原反應中存在著電子轉(zhuǎn)移和電子守恒的現(xiàn)象;3能夠找出氧化還原反應中具體的化合價變化的原子,確定化合價變化的情況;4能夠從參加反應的微粒的化學式中判斷用來分析配平過程的基準物質(zhì),列出化合價變化的守恒關系;5能夠用觀察法和最小公倍數(shù)法配平簡單的化學方程式。其中,1和5是學生在初三化學課程的學習中已經(jīng)形成的基礎技能,2、3和4是學生在高一化學課程的學習中新形成的基礎技能。學生的氧化還原反應方程式配平技能受初三、高一年級這2個學習階段形成的各種基礎技能綜合作用的影響。使用基礎技能3和4來準確、合理地分析氧化還原反應的電子守恒關系應該是氧化還原反應方程式配平技能的核心。2.2化合價變化的物質(zhì)和多種元素的作用氧化還原反應是復雜的,氧化還原反應方程式在形式上可以分為多種類型。根據(jù)發(fā)生化學變化的微粒種類,具有3種情況:1氧化劑、還原劑是2種物質(zhì);2氧化劑、還原劑是同種物質(zhì);3氧化劑、還原劑共多于2種物質(zhì)。根據(jù)發(fā)生化學變化的元素種類,常有4種情況:1一種物質(zhì)中一種元素的化合價升降;2一種物質(zhì)中同種元素的化合價升降;3一種物質(zhì)中多種元素的化合價升降;4一種物質(zhì)中多種元素的化合價升高(或降低)。另一方面,在一些氧化還原反應方程式中,某些化合價變化的元素在反應物、產(chǎn)物的化學式中并不具有相同的原子數(shù)。例如,在HClO的分解反應中,化合價變化的O元素在反應物HClO的化學式中有1個原子,在產(chǎn)物O2的化學式中有2個原子。在配平這些氧化還原反應方程式時,需要綜合考慮究竟是以反應物還是產(chǎn)物來作為基準物質(zhì)、如何計算某一元素的原子數(shù)等實際問題。學生如果無法認識或識別氧化還原反應方程式在形式上的特點,尤其是在陌生的情境中遇到較復雜的氧化還原反應方程式時,將難以分析各種線索而對它們的配平感到無從下手,容易形成較難逾越的學習困難。2.3氧化還原反應程式的配平學生的氧化還原反應方程式配平技能需要依靠“化學1”模塊的元素化合物知識作為學習載體,并且隨著學習內(nèi)容的豐富和深入而逐步形成、鞏固和強化。因此,《化學1》教科書元素化合物知識有關章節(jié)出現(xiàn)的內(nèi)容和順序會影響著學生氧化還原反應方程式配平技能的學習過程,也即影響著學習進階的階段。通過統(tǒng)計,人教版《化學1》教科書第3、4章的正文部分共出現(xiàn)54條化學方程式,其中氧化還原反應方程式有28條。過半數(shù)氧化還原反應方程式需要使用化合價升降配平法配平,其余可以用觀察法配平。從形式特點的角度對那些需要使用化合價升降配平法來配平的氧化還原反應方程式進行整理,得到表1。類型Ⅱ、Ⅲ的氧化還原反應方程式的配平過程與類型Ⅰ的差異,是需要根據(jù)化合價變化的元素所需的總原子數(shù)來確定同時作為氧化劑和還原劑的某種反應物的化學計量數(shù)。學生在學習“化學1”模塊后,需要基本能夠配平這3大類氧化還原反應方程式。因此,學生在第3、4章的學習中,應該通過具體的氧化還原反應方程式來認識和熟悉氧化還原反應方程式配平的基本思路和過程,初步形成程序化、自動化的使用化合價升降配平法的氧化還原反應方程式配平思維和行為。從數(shù)量上看,在《化學1》教科書中,需要在配平過程中判斷基準物質(zhì)的氧化還原反應方程式與不需要判斷的相近。換而言之,特別以類型Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1和Ⅲ的氧化還原反應方程式為范例,學生通過反復的螺旋式學習過程,了解如何判斷反應物或產(chǎn)物作為基準物質(zhì)來建立化合價變化的守恒關系的思維過程,初步形成有關的基礎技能。需要注意的是,從氧化還原反應方程式出現(xiàn)的先后順序來看,學生先接觸到要判斷產(chǎn)物、反應物作為基準物質(zhì)的氧化還原反應方程式,再接觸到不需要判斷的。這一認知順序可能會為學生認識和理解氧化還原反應方程式配平方法帶來負面影響。另外,類型Ⅲ的氧化還原反應方程式在教科書中只出現(xiàn)1次,而且HClO分解反應的化學方程式可以用觀察法配平,學生對這類化學方程式的配平過程可能會較少關注。2.4原反應程式的配平和考試雖然《化學1》教科書出現(xiàn)的氧化還原反應方程式總體上較簡單,但是從全國范圍來看,許多省份高考的命題和考試要求卻對學生的氧化還原反應方程式配平技能有較高的期待。高考中出現(xiàn)要求配平較復雜的氧化還原反應方程式的試題,這對教師的備考研究和教學實踐產(chǎn)生明顯的反撥作用。盡管學生在必修模塊學習后至高考總復習階段前,不再學習具體的常見元素和無機化合物知識,學生的氧化還原反應方程式配平技能也缺少系統(tǒng)、持續(xù)的訓練,學生卻要在高考總復習階段中迅速提升氧化還原反應方程式配平技能,以符合教師預期的高考命題和考試要求。3u3000氧化還原反應方程的學習階段3.1氧化還原反應型離子反應程式的配平過程,初步認識到表面活性劑和不含雜結合《化學1》教科書第3、4章出現(xiàn)的氧化還原反應方程式的形式特點和順序,學生可有如下學習經(jīng)歷:(1)在第3章第1節(jié)和第2節(jié),通過Na和H2O的反應、Na2O2和H2O、CO2的反應,初步認識氧化還原反應方程式配平的基本思路和過程,以及了解判斷產(chǎn)物作為基準物質(zhì)來建立化合價變化的守恒關系的思維過程;(2)在第3章第2節(jié),通過Fe2+和Fe3+的轉(zhuǎn)化反應,初步認識氧化還原反應型離子反應方程式的配平過程,了解判斷反應物作為基準物質(zhì)來建立化合價變化的守恒關系的思維過程;(3)在第4章第2節(jié)和第3節(jié),通過Cl2和H2O、NaOH的反應、HClO的分解反應、NO2和H2O的反應,反復多次加深對氧化還原反應方程式配平過程的認識;(4)在第4章第4節(jié),通過NH3和O2的反應,加強對有效判斷基準物質(zhì)的思維訓練,初步認識“同時產(chǎn)生2種還原產(chǎn)物”時的配平處理方法;通過Cu、C與H2SO4的反應、Cu和HNO3的反應,進一步加深對氧化還原反應方程式配平過程的認識,初步認識“作為氧化劑或還原劑的反應物部分參加氧化還原反應”時的配平處理方法。學生在學習經(jīng)歷(1)、(2)和(4)中,可能會對判斷基準物質(zhì)和建立化合價變化的守恒關系的思路與方法產(chǎn)生理解障礙,教師要特別關注學生的學習表現(xiàn)。3.2熟悉配平處理方法學生在高考總復習階段,通過氧化還原反應、常見元素和無機化合物等專題復習,進一步了解和熟悉在“氧化劑、還原劑共多于2種物質(zhì)”、“同時產(chǎn)生多種氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物”等較復雜的情況時的配平處理方法;并且利用一定數(shù)量的高考典型試題訓練,在較短時間內(nèi)提高氧化還原反應方程式配平技能。4運用預期水平進行學習估計當學生配平出某些具有一定復雜性的氧化還原反應方程式,即表示學生具有某一水平的氧化還原反應方程式配平技能。在不同的學習階段,學生會接觸到具有不同復雜性的氧化還原反應方程式,學生的氧化還原反應方程式配平技能具有不同的學習目標,也即是具有不同的預期水平。結合高中化學課程的教學實際情況,自擬出如下的預期水平方案(表2),并且對每一種預期水平列舉出可以參照的氧化還原反應方程式實例。水平1是最低的技能水平,學生在認識氧化還原反應方程式配平步驟后應該達到這一水平;水平2是稍高的技能水平,學生在完成“化學1”模塊學習后應該達到這一水平;水平3是較高的技能水平,學生在遷移與范例有關的配平經(jīng)驗后應該達到這一水平;水平4是最高的技能水平,許多省份的學生在高考總復習階段應該達到這一水平。根據(jù)對廣東近幾年高考試題的分析,廣東學生只要達到水平2即可以解決廣東高考試題中的氧化還原反應方程式配平技能考查問題。5u3000關于教育實踐和科學發(fā)展的建議5.1注重提高學生的學習意識和訓練力度由于教學內(nèi)容繁多、教學時間有限等原因,教師在“化學1”模塊元素化合物知識的教學過程中有較沉重的教學壓力,容易無暇顧及學生的氧化還原反應方程式配平技能的培養(yǎng)。化學教科書的編排方式不利于學生對元素化合物知識的學習,更容易影響學生的氧化還原反應方程式配平技能的形成和發(fā)展。然而,從上文的討論可見學生的氧化還原反應方程式配平技能有特別的學習要求和安排,教師適宜具有宏觀、整體的氧化還原反應方程式配平技能教學意識和認識。為了提高教學的針對性和有效性,教師在“化學1”模塊元素化合物知識的教學過程中,需要根據(jù)氧化還原反應方程式配平技能的學習階段和具體的學習經(jīng)歷來嚴格控制教學要求,避免盲目地提高教學要求和增加學生的學習負擔;通過《化學1》教科書提供的具體的氧化還原反應方程式,逐步引導學生突破判斷基準物質(zhì)和建立化合價變化的守恒關系的思維難點,完善對氧化還原反應方程式配平步驟、特殊處理方法的認識;通過適量與范例類似的氧化還原反應方程式來訓練學生實際的配平技能,回避或謹慎使用一些略顯復雜的氧化還原反應方程式。學生在進入高考總復習階段時,常會對“化學1”模塊元素化合物知識有較大程度的遺忘,遑論氧化還原反應方程式配平方法。因此,教師需要在多個復習專題中反復進行有關的復習和習題訓練,加大學生對氧化還原反應方程式配平技能的熟練程度,特別地強化氧化還原反應型離子反應方程式的配平技能,努力讓學生形成程序化、自動化的氧化還原反應方程式配平思維和行為;尤其需要同時加強學生對陌生情境下特殊信息的注意、吸收和分析能力,促使學生能夠判斷和寫出化學方程式中的缺項、陌生物質(zhì)中某一元素的化合價等,最終提高氧化還原反應方程式書寫的準確性。5.2影響學生生物活性利用能力的因素圍繞著學生的氧化還原反應方程式配平技能的發(fā)展,可以進行相當多的學術研究。從宏觀上看,不同年級、不同化學學業(yè)水平的學