基于化學學科核心素養的教學實踐與反思

李超

摘要：以“氧化還原反應（第一課時）”為例，探索在高中化學教學中如何進行情境、問題、活動的整體設計，實現學生高水平建構知識的同時，高階思維能力和化學學科核心素養協同發展。

關鍵詞：化學學科核心素養? 高階思維? 教學實踐與反思? 氧化還原反應

新課程理念倡導“素養為本”的教學和學生高階思維能力的培養。在日常教學中，如何實現“知識為本”轉變為“素養建構”，并使得高階思維能力能夠得到有效提升，筆者結合“氧化還原反應（第一課時）”的教學，談談自己的探索和思考。

一、設計思路

本節課分為引入概念、建構概念、應用概念三個板塊（見圖1），通過創設情境和核心問題鏈驅動學生開展自主、合作、探究學習，讓學生建構氧化還原反應概念的同時，高階思維能力和核心素養協同發展。

二、教學過程

環節一：創設情境 引入概念

[問題]在初中，根據反應前后物質的種類和數目將化學反應分為“四種基本反應類型”，請判斷3CO+Fe2O32Fe+3CO2是否屬于“四種基本反應類型”。

[學生]不屬于，說明這種分類方法有一定的局限性。

[教師]為了進一步完善對化學反應的認識和分類，我們學習一種新的反應類型——“氧化還原反應”。

[視頻]介紹在電池反應、金屬冶煉、鋼鐵腐蝕、食物腐敗等方面廣泛存在的氧化還原反應。

[教師]為了發揮氧化還原反應的正面作用、減小其負面影響，我們先要充分認識氧化還原反應。下面就讓我們沿著科學家的足跡，踏上探索氧化還原反應之旅。

環節二：證據推理 建構概念

[化學史]1774年，拉瓦錫提出氧化學說。

[教師]請回憶并列舉初中學習的氧化反應、還原反應。

[學生1]氧化反應：C+O2CO2? 2Cu+O22CuO

[學生2]還原反應：H2+CuOCu+H2O? 3C+2Fe2O34Fe+3CO2

[理論證據]根據質量守恒定律，物質得氧、失氧應該同時發生并且數目相等。

[問題]請思考初中時對兩個反應的理解正確嗎？

[分析推理]不正確。二者不可分割討論，是一個有機整體。

[模型建立]氧化反應和還原反應在一個反應中同時發生，這樣的反應叫作氧化還原反應。

[模型應用]請分析反應3CO+Fe2O32Fe+3CO2、H2+CuOCu+H2O得氧、失氧的情況。（見圖2）

[化學史]1852年，弗蘭克蘭提出化合價的概念。

[問題]分析反應3CO+Fe2O32Fe+3CO2、H2+CuOCu+H2O化合價的變化，并討論它與氧化還原反應有何關系？（見圖3）

[分析]

[結論]物質所含元素化合價升高發生氧化反應，化合價降低發生還原反應。

[事實證據]（見圖4）

[教師]結合鋅與稀硫酸的反應，你有什么新的認識？

[分析推理]反應中并非一定有得失氧情況發生。

[模型建立]有元素化合價變化的反應就是氧化還原反應。

[化學史]1897年，湯姆孫發現電子，人們深入到原子結構的微觀角度研究氧化還原反應。

[教師]什么原因導致化合價變化？

[問題]以反應2Na+Cl2△2NaCl，H2+Cl2點燃2HCl為例，觀看產物NaCl和HCl形成的flash動畫，從原子結構的微觀視角對比分析兩個反應化合價變化的原因。

[分析推理]鈉和氯氣反應時電子得失導致化合價變化，而氫氣和氯氣反應時共用電子對偏移導致化合價變化，具體關系如下圖5所示。

[模型建立]氧化還原反應的本質是電子轉移。

[問題]電子轉移能直觀呈現嗎？以反應Zn+H2SO4=H2↑+ZnSO4為例，請根據提供的裝置和試劑，設計實驗方案。

[裝置、試劑]鋅片、銅片、稀硫酸、導線、靈敏電流計、燒杯。

[方案]電子的轉移可以通過形成電流證明。將鋅片一端連接靈敏電流計，另一端插入稀硫酸，為了形成閉合回路，電流計再連接插入稀硫酸的銅片。裝置如圖6所示。

[學生]動手實驗，通過電流計指針的偏轉，證明反應中存在電子的轉移。

環節三：概括提升 應用概念

[教師]通過一百多年充滿曲折和艱辛的探索，科學家最終建立氧化還原反應概念模型。同學們既要認真體會學習過程中用到的思想和方法，也要概括、總結相關概念，深入理解其中所蘊含的對立統一的哲學關系。（見圖7）

[問題]據統計，2019年我國汽車保有量達到2.6億輛，汽車尾氣中的NO和CO對人體和環境有很大危害。請運用氧化還原反應的原理推測NO和CO在一定條件下能否反應，從而實現尾氣的綠色化處理。

[學生]有可能。NO被還原生成N2，CO被氧化生成CO2。

[教師]很好！同學們的想法和科學家是一樣的，科學家依據此設想設計出三元催化器將尾氣處理變為現實，讓氧化還原反應發揮出了重要價值。

[展示]在三元催化器作用下汽車尾氣處理的科普視頻。

[問題]該尾氣處理過程如何用方程式表示？

[學生]2NO+2CO催化劑△N2+2CO2

三、教學反思

（一）注重情境、問題解決和活動的整體設計

通過創設情境讓學生認識到“四種基本反應類型”的不足之處和氧化還原反應的重要作用，激發其探究欲望。然后，以化學史為線索引導學生像科學家一樣通過分析、討論、概括、解釋、推理、實驗等活動解決層層推進的問題從而最終完成氧化還原反應概念的動態生成和自主建構，學生的主體性得到充分發揮。

（二）注重化學高階思維活動的開展

化學高階思維能力的形成和發展，離不開化學高階思維活動。本節課通過引導學生結合具體反應實例分析、討論化合價升降、電子轉移與氧化還原反應的關系，提升概括關聯能力;通過實驗證明反應中存在電子轉移，提升設計驗證能力;通過汽車尾氣處理的討論，提升推斷預測能力。學生在高水平建構化學知識的同時，核心素養和高階思維協同發展。

（三）注重“證據推理與模型認知”素養的提升

“證據推理與模型認知”是化學學科核心素養的思維核心。本節課引導學生以具體的反應為證據，從得失氧、化合價升降、電子轉移層面進行分析、歸納和推理，從而由表象到實質不斷深入建構氧化還原反應的認知模型，最后通過汽車尾氣的處理實現模型的應用，既培養了學生尋找證據、分析推理和建模、用模的能力，又提高了學生分析、解決問題的能力。

參考文獻：

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