氧化還原認知模型在氯及其化合物復習課中的應用

劉 雯

(杭州市艮山中學，浙江 杭州 310000)

“普通高中化學學科核心素養”提出“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任”等五個維度的素養[1]。化學學科的學習過程，不僅是積累學科知識，更是一種對社會的責任和對世界的思考，以及認識世界的新思維。化學學科具有較強的基礎性與遷移性，以及強大的概括能力與理解能力[2]。化學元素部分知識多且雜，核心素養中“模型認知”思維與應用在化學學科學習中尤為重要。

1 氯及其化合物的復習案例

氯元素作為非金屬元素，其特點是價態比較多，從-1價到+7價均有，不同的價態又有多種化合物，因此氯元素化合物多，不同物質之間轉化絕大部分是氧化還原反應，應用氧化還原認知模型來聯系和記憶氯氣及其化合物的知識，能整體把握氯氣及其化合物的轉化框架。

1.1 氧化還原認知模型

在氧化還原反應學習中，學生已經建立了氧化學劑與還原劑的概念，了解氧化劑與還原劑有強弱之分[3]，從微觀的角度認識了電子得失引起了化合價升降，也構建了氧化還原認知模型，即

由以上氧化還原認知模型提煉出實現價態之間變化與氧化劑、還原劑關系的氧化還原價態模型，學生建立了價態模型，在復習含氯元素物質間轉化時，看到價態變化，容易聯系氧化還原相關知識，尋找合適的氧化劑或還原劑實不同價態的轉化。

1.2 氧化還原認知模型和圖表模型的應用教學實施

[任務一]畫含氯物質分布圖

[教師活動]氯氣及其化合物，各類繁多，價態多變，請同學們回憶我們所學的含氯物質常見的有哪些，并將其按價態由低到高排列，以化合價為橫坐標，物質類別為眾坐標，畫出二維含氯物質分布圖。

[學生活動]學生通過回憶所學知識，獨立完成后，相互討論并完善，最終形成含氯物質分布圖，如圖1所示。

圖1 含氯物質分布圖

[學生表現]通過含氯物質分布圖的完成，學生初步形成物質可以根據價態不同，物質類別不同，分類展現在二維圖中，清楚明了。

[任務二]回憶羅列氯氣及其化合物知識點

[教師活動]在氯氣及其化合物中，我們首先學習了氯氣的生產原理，其次學習了氯氣的性質，其中氯氣的性質內容較多，你能將氯氣性質這部分內容細化，并羅列氯氣及其化合物的主要知識點嗎？

[學生活動]學生通過結合自主羅列，小組討論等方式列出氯氣及其化合物須掌握的知識點：(1)氯氣的生產原理；(2)氯氣與金屬和非金屬的反應；(3)氯氣與水反應；(4)制漂白粉，氯氣尾氣吸收；(5)漂白粉變質。

[學生表現]通過知識點的回憶，學生心中建立氯氣及其化合物知識框架，可以初步形成含氯物質的整體意識。

[任務三]建立含氯物質間轉化關系模型圖

知識點羅列之后，教師引導學生如何將知識以及物質間的轉化關系在二維圖上體現出來[4]。例如氯氣的生產原理中，如何體現物質間的轉化，可以進行以下教學過程。

[教師活動]Q1：氯氣非常活潑，因此在氯氣的生產中，需將其他價態的氯轉化為零價，哪些價態的含氯化合物可以轉化為氯氣呢？

[學生活動]-1價，+5價。

[教師活動]Q2：工業生產為什么選擇電解NaCl，實驗室制氯氣的原理是什么？

[學生活動]學生討論并回答，工業生產追求經濟利益，NaCl大量存在，原料成本低。實驗室制氯氣是用濃HCl與MnO2反應

[教師活動]Q3：如何從氧化還原的角度理解氯氣的實驗室制法？

[學生活動]氯以-1價穩定，選擇濃HCl轉化為Cl2，根據氧化還原認知模型，低價轉化為高價需要加入氧化劑，MnO2是氧化劑。

[教師活動]教師積極的評價學生的回答，并要求學生在二維圖上畫出轉化關系

[學生活動]學生初步建立模型。

[教師活動]Q4：除了MnO2還有其他合適的氧化劑嗎？

[學生活動]小組討論尋找其他合適氧化劑。師生共同補充修改模型，見圖2。

圖2 含氯物質間轉化關系模型

[教師活動]

(1)寫出氯氣的工業制法原理

(2)2 mol的濃鹽酸和足量的二氧化錳共熱制氯氣，生成的氯氣在標準狀況下的體積為( )

A.11.2 L B.22.4 L

C.小于11.2 L D.大于11.2 L

[學生活動]學生獨立完成鞏固練習。

[學生表現]通過隨堂鞏固，能加深學生對物質間轉化的印象，并能掌握轉化中所需要的條件。

[教師活動]我們通過自己的努力和合作學習，將氯氣的生產原理中所涉及的物質轉化建立了圖2模型，并且通過模型我們可以清楚地看到通過化合價的升高，Cl2可以來自NaCl、HCl，NaCl是通過電解其水溶液實現氯元素化合價升高，而HCl實現化合價升高可以借助MnO2、KClO3、HClO等氧化劑；HClO、KClO3通過加入合適還原劑能實現氯元素化合價下降，轉化為Cl2。我們感受到圖表模型的優點，接下來請大家將任務二羅列的其余四個知識點中含氯物質的轉化關系展示在二維圖中。

[學生活動]寫出Cl2與氫氣、Cl2與鐵、Cl2與水、Cl2與氫氧化鈉、Cl2與氫氧化鈣反應的方程式，并將氯氣反應后的產物及其他含氯物質的轉化關系標在二維圖中。

[教師活動]教師展示學生成果，積極評價，最終完成含氯物質間轉化關系模型，見圖3。

圖3 含氯物質間轉化關系模型

2 結 語

認識論的傳統知識觀“獲得”式教學模式長期占據課堂，學生缺少思考時間，課堂失去生命活力。化學元素部分知識點多，學生需要大量識記物質的性質，書寫化學反應方程式，不斷重復記憶，“填鴨式”教學模式下學生死記硬背，不易理解，容易遺忘。核心素養的提出和發展，尤其是近年來教師們對“模型認知”的研究解放了學生的思想，使其思維得到了發展，對知識由死記轉化理解性記憶和整體性記憶，若引導學生建立模型認知，就可以快速高效地在學會知識的同時掌握學習方法。

本課氯氣及其化合物的復習課，利用氯元素含有多種價態化合物的特點，引導學生用價態串聯含氯物質，應用氧化還原認知模型聯結含氯物質，形成一個轉化的關系模型，在建模和應用模型的過程中，學生加深了對氧化還原知識的理解和應用，也初步形成了理解和應用氧化還原思維模型[5]的方法。

在以后的教學中，我們更需要關注學生“模型認知”能力的培養，引領學生運用所學化學知識，正確判斷、解釋、說明有關化學現象及問題，提升理解模型、運用模型、建構模型的綜合素養[6]。