氧化還原反應教與學中的問題及策略

1、；關于氧化還原內(nèi)容的已有研究較多，但是由于高中化學新課程課程結構和課程內(nèi)容組織安排的變化等原因，氧化還原內(nèi)容的教學仍存在較多問題：學生對于氧化還原反應本質(zhì)沒有形成很好的理解，學生沒有形成物質(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，運用原理解決問題的思維較差等。     通過教學實踐發(fā)現(xiàn)：由于教師沒有充分認識到氧化還原內(nèi)容的教學功能和價值，導致在化學1模塊教學中元素化合物知識學習缺乏理論的指導作用；教師過于關注氧化還原反應知識本身的教學，忽略了氧化還原反應教學價值的體現(xiàn)和落實，特別是忽略了氧化還原反應內(nèi)容學習對學生認識發(fā)展的作用。如何才能在

2、教學中真正實現(xiàn)氧化還原反應對物質(zhì)性質(zhì)學習的指導作用，真正落實學生的認識發(fā)展，這正是本研究所要解決的主要問題。為了達到這樣的教學目的，首先要分析氧化還原內(nèi)容對學生認識發(fā)展的作用。    二、氧化還原內(nèi)容對學生認識發(fā)展的作用    氧化還原反應是中學化學的核心知識之一，它對于學生的化學學習具有以下科學學習價值：能幫助學生更加深刻地理解物質(zhì)結構與性質(zhì)的關系；可以指導學生探究元素化合物的性質(zhì)；可以指導學生設計物質(zhì)的制備原理；指導推斷復雜反應的產(chǎn)物或反應物；指導學生探究設計合理的原電池和電解池；有利于學生理解相關的物質(zhì)含量的

3、定量分析；幫助學生形成正確的辯證統(tǒng)一的哲學觀點。那么，在化學1模塊中，通過氧化還原內(nèi)容的學習，學生的認識將會得到怎樣的發(fā)展變化？即氧化還原內(nèi)容對學生的認識發(fā)展具有怎樣的作用？    1.促進學生對化學反應及其應用的認識發(fā)展    氧化還原反應概念的建立，能夠使學生建立對化學反應分類的新視角，特別是對化學反應認識的新視角。原來學生對化學反應的宏觀認識是有新物質(zhì)的生成、發(fā)光發(fā)熱等，微觀認識是原子間的重新組合。學習了氧化還原反應之后，學生認識到化學反應有存在電子轉(zhuǎn)移和不存在電子轉(zhuǎn)移之分，即讓學生建立起“原子在重新組合過程

4、中是否發(fā)生電子轉(zhuǎn)移”這一認識視角，發(fā)展學生對化學反應的微觀認識，建立起對化學反應分類的更本質(zhì)的角度。此外，通過氧化還原反應應用價值的分析，讓學生初步構建化學反應利用的基本角度，如制備新物質(zhì)，實現(xiàn)物質(zhì)中不同元素價態(tài)的轉(zhuǎn)化；實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)變，為人類提供能量等。    2.促進學生對物質(zhì)及其性質(zhì)的認識發(fā)展    通過氧化性和還原性、氧化劑和還原劑概念學習，使學生建立認識物質(zhì)性質(zhì)的新視角，建立物質(zhì)分類的新視角。沒有學習這些概念之前，學生對物質(zhì)性質(zhì)的認識，局限于酸性和堿性，局限于哪些物質(zhì)之間能否發(fā)生化學反應。學習概念之后，看到物

5、質(zhì)學生能夠主動分析該物質(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，并且學生對已經(jīng)知道或接觸的物質(zhì)能夠建立氧化性和還原性的認識角度。例如學生原先知道金屬鐵、鋅等能與酸發(fā)生反應，學習氧化性與還原性、氧化劑與還原劑之后，學生應該認識到金屬一般具有還原性，通?？梢宰鬟€原劑，能夠脫離具體的化學反應，就物質(zhì)來談氧化性、還原性問題。面對物質(zhì)，學生是否自主地、能動地去分析物質(zhì)的氧化性和還原性、氧化劑和還原劑等問題，是判斷學生是否真正建立認識物質(zhì)性質(zhì)新視角和物質(zhì)分類新視角的重要依據(jù)。    3.促進學生對研究物質(zhì)性質(zhì)思路和方法的認識發(fā)展

6、60;   學生原先從物質(zhì)類別的角度認識和研究物質(zhì)的性質(zhì)，學習氧化還原內(nèi)容之后，學生應該建立認識和研究物質(zhì)氧化性或還原性的思路和方法。面對一種新物質(zhì)，學生應該能夠從所含元素的化合價角度預測物質(zhì)是否具有氧化性或還原性。物質(zhì)中具有多種價態(tài)元素，其化合價處于高價，能夠降低，即有氧化性。元素的化合價處于低價，能夠升高，即有還原性。若元素的化合價處于中間價態(tài)，既具有氧化性又具有還原性；然后選擇合適的氧化劑或還原劑，設計實驗驗證預測。如讓假設具有還原性的物質(zhì)與氧化劑接觸，通過實驗現(xiàn)象分析是否發(fā)生了氧化還原反應，從而驗證假設是否正確，從而得出物質(zhì)是否具有還原性的結論。 

7、;   4.促進學生對實際現(xiàn)象和問題的解釋分析    通過氧化還原反應內(nèi)容的學習，學生對于相關的實際現(xiàn)象和問題的解釋分析能力將得到進一步的發(fā)展。如從氧化還原角度對鐵生銹、燃燒等現(xiàn)象的解釋；從是否改變元素價態(tài)的角度分析物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，把氧化還原理論用于物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。如自然界中存在含有低價硫元素的物質(zhì)，人類生產(chǎn)生活需要含有高價硫元素的硫酸，可通過選擇合適的氧化劑實現(xiàn)硫元素價態(tài)的改變；同理自然界中含有高價元素的金屬礦物，人們生產(chǎn)需要金屬材料（單質(zhì)），需要選擇合適的還原劑實現(xiàn)金屬礦物到金屬單質(zhì)的轉(zhuǎn)化。   &

8、#160;當然，學生在中學階段氧化還原的相關認識不僅要在化學1階段得到發(fā)展，在其他模塊的學習中還要繼續(xù)發(fā)展，例如通過化學1模塊的學習發(fā)展學生基于化合價對化學反應和物質(zhì)性質(zhì)進行分析、解釋、預測、探究的應用水平；通過化學2模塊的學習發(fā)展學生基于電子轉(zhuǎn)移對化學反應、物質(zhì)性質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化問題進行分析、解釋、配平和計算的應用水平；再通過化學反應原理模塊的學習發(fā)展學生基于電化學對能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、腐蝕防腐問題進行分析、解釋、評價與設計的應用水平。    三、氧化還原專題的教學論問題分析    為了實現(xiàn)氧化還原內(nèi)容對學生的認識發(fā)

9、展作用，還需要了解學生相關認識發(fā)展存在哪些障礙點？教學內(nèi)容的選擇和深廣度會有哪些變化？教學內(nèi)容組織和處理有哪些重要問題要解決？下面專門提出促進學生認識發(fā)展的氧化還原內(nèi)容的教學論問題并且進行探討。    1.學生認識發(fā)展障礙點分析及解決對策    (1)如何讓學生建立氧化還原反應的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移這一認識    在進行化學1模塊學習時，學生具有的微觀認識較少，缺少深入的原子結構認識，更沒有化學鍵認識。在這樣的背景下，如何讓學生建立氧化還原反應中存在電子轉(zhuǎn)移的認識？有效的教學策略包

10、括：充分利用具體實例；讓學生通過宏觀現(xiàn)象進而“看到”電子轉(zhuǎn)移；從理論分析、實驗事實等不同角度讓學生建立電子轉(zhuǎn)移的認識，實現(xiàn)認識的逐漸建構。    結合上述教學策略，可以進行如下的教學設計：第1階段，以金屬鈉與氯氣反應為例，引導學生分析鈉原子和氯原子的原子結構特點，然后展示給學生氯化鈉形成過程（flash動畫），通過討論鈉與氯氣反應前后化合價的改變，得出化合價的改變是發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移的結果，讓學生初步將化合價變化與電子轉(zhuǎn)移聯(lián)系；第2階段，讓學生預測鋅與硫酸銅反應中是否有電子轉(zhuǎn)移，并解釋原因；第3階段，通過實驗驗證預測，演示鋅與硫酸銅反應的原電池實驗，使學生切

11、實地感受到電子轉(zhuǎn)移這個微觀過程是有宏觀表現(xiàn)的；第4階段，以氫氧燃料電池為例說明氧化還原反應的電子轉(zhuǎn)移已經(jīng)被應用到實際中。    (2)如何使學生能夠抓住物質(zhì)中的核心元素來預測分析氧化性或還原性    教學實踐發(fā)現(xiàn)學生知道通過分析物質(zhì)中所含元素的化合價來預測物質(zhì)的氧化性或還原性，但是學生不能抓住核心元素。為了解決這個問題，首先，可以讓學生建立元素觀念之一只要元素存在多種化合價，就存在物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化，該元素就可能為核心元素，常為變價元素；其次，通過頭腦風暴法，將一些有多種價態(tài)的元素分成幾個組，讓學生分小組討論，舉出

12、含有各元素不同價態(tài)的物質(zhì)，分析該元素的價態(tài)，討論后畫出元素的化合價數(shù)軸；第三，從元素的穩(wěn)定性趨勢分析，例如 等穩(wěn)定的化合價很難發(fā)生改變，即含有這些價態(tài)的元素為非核心元素，一般不適合作氧化劑或還原劑。    要讓學生真正學會運用化合價預測和分析物質(zhì)的氧化性或還原性，需要為他們搭建2個臺階：一是能夠正確分析化學反應中各元素的化合價；二是分析以后要學習的重點元素，又是典型的變價元素。目的之一是為實踐抓住物質(zhì)中核心元素預測氧化性或還原性的思路方法，目的之二是為后續(xù)的學習打下良好基礎。    (3)如何使學生建立研究物質(zhì)氧化

13、性和還原性的思路和方法    要想解決這個問題，需要清楚讓學生建立研究物質(zhì)氧化性和還原性的思路和方法所必備的知識有哪些？需要經(jīng)過怎樣的學習活動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；其次需要讓學生建立如何預測物質(zhì)氧化性和還原性的方法；第三，學生知道哪些物質(zhì)具有氧化性通?？梢宰鳛檠趸瘎?，哪些物質(zhì)具有還原性通?？梢宰鳛檫€原劑；第四，學生能夠設計實驗，選擇適當?shù)难趸瘎┗蜻€原劑驗證預測，從而得出物質(zhì)氧化性或還原性的結論；第五，學生建立的認識和方法需要通過具體的應用加以鞏固和強化。根據(jù)上述分析，在氧化還原教學中除了讓學生建立基本的

14、概念外，還需要通過具體的案例分析讓學生了解預測、設計實驗研究物質(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，讓學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對建立的思路和方法進行應用。因為概念和方法的學習過程需要通過應用環(huán)節(jié)促進發(fā)展，才能實現(xiàn)概念和方法的內(nèi)化，才能納入學生的長時記憶系統(tǒng)。    2.教學內(nèi)容的選擇及其深廣度    教學內(nèi)容的選擇和深廣度問題是高中化學新課程課堂教學的核心問題之一，由于課程結構分為必修和選修，相同內(nèi)容在必修和選修模塊中一般均有涉

15、及，必然產(chǎn)生教學內(nèi)容在不同模塊中處理的深廣度問題，在氧化還原專題教學中該問題也非常突出。通過3種版本化學1教材與舊教材（人教版）的比較分析，不難發(fā)現(xiàn)新教材與舊教材相比氧化還原內(nèi)容有所減少，刪減的內(nèi)容有：氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物、氧化性和還原性強弱的判定以及氧化還原反應方程式的配平。共有的內(nèi)容包括氧化還原反應、氧化反應、還原反應、氧化劑與還原劑、氧化性與還原性、單雙線橋的表示方法。由于教學習慣，在教學實踐中一線老師往往懷有這樣的疑惑：單雙線橋內(nèi)容是否要求，是否要進行專門的技能訓練？氧化還原反應方程式的配平是否作為基本要求等？    (1)單雙線橋內(nèi)容是否作為基本

16、要求，是否要進行專門的技能訓練    新課程對于氧化還原反應概念的要求降低了，新教材中雖然呈現(xiàn)了單雙線橋，但不作為技能性的要求。例如魯科版教材將單雙線橋放在了知識支持中，相當于介紹一種表示方式；人教版教材中基本上沒有提單雙線橋這個名詞術語，只是在寫出的反應中用單雙線橋進行了表示。因此，在教學中不宜過多擴展，不宜進行專門的技能訓練。    另一方面單雙線橋的教學功能已發(fā)生變化。在原來的教學中必有單雙線橋的講解和訓練，它的意義在于幫助學生分析氧化還原反應前后元素化合價的變化和得失電子數(shù)目，為配平做鋪墊。現(xiàn)在單雙線橋的教

17、學功能主要在于幫助學生更好地認識和理解電子轉(zhuǎn)移、電子轉(zhuǎn)移過程中的得與失相等。因此在教學中可以給學生介紹電子轉(zhuǎn)移是如何在化學方程式中表現(xiàn)的，并且結合案例進行演示，學生能看懂即可。    (2)氧化還原反應方程式的配平是否作為基本要求    雖然高中化學課程標準和化學1模塊教材中都沒有將氧化還原反應方程式的配平作為基本要求，但一些老師在氧化還原新授課的教學中仍然講解配平方法，甚至作為技能訓練。這些老師認為：化學1模塊有較多的化學方程式需要學生掌握，讓學生具有配平技能有利于化學方程式的掌握；即使化學1模塊不要求，但是高考

18、會要求，而且除化學1模塊外，其他模塊沒有再專門介紹氧化還原反應。    面對教師這樣的認識，我們認為關鍵在于教師仍不能夠客觀地遵守學生的認識發(fā)展規(guī)律。首先，教師應該深刻地知曉學生的認識需要螺旋發(fā)展過程，不可能“一步到位”，因此對于剛上高一的學生（微觀認識和抽象思維水平較低），在新接觸氧化還原較多概念時，新概念的建構是一個逐級過程，在較短時間內(nèi)不可能要求學生掌握太多的內(nèi)容，否則會事倍功半；其次，教師應該能夠從多角度分析課程和教學內(nèi)容，雖然在其他模塊沒有專門的章節(jié)或課題學習氧化還原反應，但是有一些內(nèi)容是與其密切相關的，例如元素周期律、電解、原電池等，在這些內(nèi)

19、容的學習中，完全可以促進和提高學生關于氧化還原的認識；第三，高考的方案和內(nèi)容及其形式都在發(fā)生變化，不作為化學1模塊要求的內(nèi)容不會作為該模塊的評價要求。    因此，我們應該深入地認識到，在整個高中階段學生關于氧化還原的認識是分階段和不同水平的，在化學1模塊新授課、化學1模塊復習、化學2模塊、化學反應原理模塊、高考復習等階段，學生的認識發(fā)展可以分為如下5種水平。    水平1：通過新授課的教學，學生建立氧化還原反應、氧化劑和還原劑、氧化性和還原性等基本概念，能夠分析哪些化學反應屬于氧化還原反應，能夠指出氧化劑和還原劑

20、，說出哪個物質(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)化合價預測物質(zhì)的氧化性和還原性，能夠初步設計實驗驗證預測。    水平2：在硫、氮、鋁等具體元素及其化合物知識的學習中，學生應用研究物質(zhì)氧化性或還原性的思路方法，初步體會到物質(zhì)的氧化性或還原性存在強弱關系，如二氧化硫與濃硫酸的氧化性強弱等；學生初步應用電子轉(zhuǎn)移守恒原則進行一些需要掌握的氧化還原反應的配平，如濃、稀硝酸與金屬銅的反應配平；學生能夠書寫簡單的氧化還原反應的離子方程式。    水平3：在化學2模塊學習中，學生對物質(zhì)氧化性和還原性的強弱

21、建立規(guī)律性認識，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)結構（原子結構）的角度預測分析物質(zhì)的氧化性和還原性以及強弱關系。        3.教學組織及處理問題    教師關于氧化還原內(nèi)容的教學組織和處理具有穩(wěn)定的、習慣性的方式，在新課程的背景下，面對新的要求，必然會產(chǎn)生相關教學論問題，如氧化還原反應概念教學是否一定要經(jīng)歷“得失氧、化合價變化、電子轉(zhuǎn)移”三段式？在氧化還原反應概念的教學中如何避免枯燥？為什么要探討氧化還原反應與4大反應類型的關系等。 

22、60;  (1)氧化還原反應概念教學是否一定需要從得失氧到化合價變化、電子轉(zhuǎn)移的三段式    氧化還原反應概念教學原先處理采用得失氧、化合價變化、電子轉(zhuǎn)移三段式，主要是考慮到了學生原有初中氧化還原知識的背景，考慮了從學生熟悉的化學反應和基本化學反應類型出發(fā)，符合學生的認識發(fā)展，體現(xiàn)了從表面現(xiàn)象到特征再到本質(zhì)的認識過程。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，初中課程標準對氧化還原反應也不再作要求；其次，高中所講的氧化還原反應已不在得失氧的水平；第三，讓學生從得失氧角度轉(zhuǎn)到化合價變化角度，突破這一認識在教學上是個難點。因此

23、教師需要突破原有的教學范式，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，再深入到本質(zhì)；或者直接進入本質(zhì)，然后再使電子轉(zhuǎn)移與化合價建立聯(lián)系。    那么，是否徹底不談與得失氧相關的氧化還原反應？如何處理學生的差異？可以從化合價或電子轉(zhuǎn)移入手，當學生建立這些認識后，通過開放性任務，讓學生的不同認識得到統(tǒng)一和深化。    (2)在氧化還原反應概念教學中如何避免枯燥    氧化還原概念教學通常是老師講授為主，平鋪直敘，而不是學生主動的建構概念，課堂教學氛圍比

24、較沉悶，學生興趣不高，如何才能避免枯燥？可以從具體的任務出發(fā)，該任務學生能夠順利完成，在此基礎上引出問題。例如從學生比較熟悉的氯化鈉入手，讓他們列舉制備氯化鈉的反應。學生通常舉出鹽酸和氫氧化鈉的反應，也有學生會提到鈉與氯氣的化合反應。然后讓學生從微粒的角度分析反應前后元素的形態(tài)是否發(fā)生了改變。學生很容易發(fā)現(xiàn)，對于鹽酸和氫氧化鈉反應，離子前后是沒有變化的，而對于鈉和氯氣的反應前后微粒發(fā)生了變化，這種變化帶來的直接結果就是化合價的不同。    (3)為什么要探討氧化還原反應與4種基本反應類型的關系    4種基本反應類

25、型并不能囊括所有的反應，它主要是從反應前后宏觀的物質(zhì)個數(shù)角度的分類，氧化還原反應是一種更本質(zhì)的分類，是涉及反應本質(zhì)的分類。探討氧化還原反應與4種基本反應類型的關系這一環(huán)節(jié)是必須要有的。首先，它是概念原理教學中非常重要的一個環(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)驗進行整合，在整合過程中實現(xiàn)知識的系統(tǒng)化；其次在關系的明確過程中有利于幫助學生進一步理解氧化還原反應本身的特征，精致和發(fā)展認識，在某種程度上也是一種應用。    不同教師在這一環(huán)節(jié)的處理過程中有所區(qū)別，有些將其當作概念辨析處理，有些將其當作概念整合處理，其中比較有智慧的處理是點出了氧化還原的分類與原有分類相比，對學生認識的發(fā)展點，使學生認識到從化合價有無變化、有無電子轉(zhuǎn)移角度對化學反應進行分類更本質(zhì)、更有意義。    四、氧化還原專題的單元整體教學設計