基于“知識承接建構型”教學邏輯的“氧化還原反應”教學設計

李元

摘要：在充分利用學生已有知識經驗的基礎上，借鑒美國教科書中的相關內容，基于建構主義理論從宏微觀視角、新舊知識聯系和生活中的化學現象三個方面對“氧化還原反應”進行教學設計。采用“知識承接建構型”教學邏輯幫助學生建構氧化還原反應的微粒本質觀、宏觀化合價觀等化學觀念，注重知識的承前接后，從而將建構主義理論應用于化學概念教學中。

關鍵詞：“知識承接建構型”教學邏輯;建構主義理論;氧化還原反應;教學設計

文章編號：1008-0546（2022）08-0038-05?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.08.008

“氧化還原反應”的概念系統中包含眾多化學概念，是中學化學教學中的重點和難點。教師授課過程中對此核心概念的重視程度普遍偏高。在課標要求的基礎上，王磊教授在解讀魯科版高中化學必修新教材的編寫思路時，明確了“氧化還原反應”概念體系的化學學科核心素養的相關發展要求，其中包括“初步建構元素觀、微粒觀和變化觀等化學核心觀念及重要概念”[1]。

“氧化還原反應”是學生進入高中不久后學習的化學概念內容。鄧祖敏等人[2]在分析十余篇論文的基礎上，發現“化學概念教學的研究較多，但關于初高中化學概念銜接教學以氧化還原反應為例的研究仍然比較缺乏。”教師若在實際教學中不充分地與學生已有知識建立聯系，以“滿堂灌”的方式教授化學概念，將難以激發學生對化學學科的學習興趣。對于剛進入高中的學生而言，在死記硬背中更容易混淆氧化還原反應涉及的多個概念和變化規律，易導致學生由于缺乏對化學概念的理解而產生“化學是文科”的初始印象，這種授課方式產生的結果與我們所倡導發展的化學學科核心素養大相徑庭。

建構主義學習理論強調以學生為中心，不僅要求學生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉變為信息加工的主體、知識意義的主動建構者，而且要求教師要由知識的傳授者、灌輸者轉變為學生主動建構意義的幫助者和促進者[3]。故將該理論應用于以往枯燥的化學概念教學過程中，以改善學生被動學習抽象的化學概念問題。本文從建構主義理論中涉及到的情境、學生已有知識、信息資源、教師的引導作用等方面展開對該節課的教學設計。該理論的教學設計將有利于學生掌握化學概念，為學生建構基本的微粒本質觀、宏觀化合價觀、分類觀等打下良好的基礎。

一、教學內容價值分析

本課題選自魯科版高中化學（必修1）第2章“元素與物質世界”第3節“氧化還原反應”。

該部分內容涉及初中所學的四大基本化學反應類型及氧化反應和還原反應，以此為鋪墊展開對“氧化還原反應”更準確和更深層次的學習，成為今后學習元素化合物知識的重要紐帶。故該部分化學核心概念的內容不僅能夠幫助學生理解與其相關的化學事件和化學現象，還可以促進學生化學學科知識結構的形成與完善，使其能夠以此為基礎獲取自身所需的化學知識，實現自主學習[4]。在學習過程中，學生將基于初中得氧失氧的物質視角，轉變為從微觀粒子角度學習氧化還原反應實質的視角，繼而總結出宏觀元素化合價的變化規律，有助于學生深入理解化學概念，形成宏觀和微觀相結合地認識事物的思維。同時，拓展反應類型的分類方式，學生也在自主探究過程中發展嚴謹細心的探究精神和科學態度，深入體會化學規律中蘊含的哲學道理。

二、教學設計創新分析

馬寧寧等人[5]綜述了近年來在化學基本觀念建構方面進行的教學研究，肯定了觀念建構在化學教學中的應用。故本文將建構主義應用于“氧化還原反應”的教學過程，教師通過問題的引導激發學生已有知識經驗，使學生能夠自主建構氧化還原反應的實質與特征。閆春更等人[6]歸納了“氧化還原反應”的四種教學邏輯——“分類標準直給型”教學邏輯、“分類標準批判型”教學邏輯、“反應本質揭示型”教學邏輯、“知識演繹批判型”教學邏輯。但這四種教學邏輯在教師組織“氧化還原反應”教學時，對于反應特征和反應實質兩部分內容在學生認知邏輯和學習思路方面均有待提升和改進。故本文的教學設計采用圖1的“知識承接建構型”教學邏輯實施教學，通過該教學邏輯將學生的已有知識經驗與新知識進行合理承接過渡，以幫助學生建構“氧化還原反應”的新知識。

“知識承接建構型”教學邏輯參照了化合價理論形成的歷史演變：20世紀初，原子結構理論的建立為揭示化合價的本質奠定了理論基礎。特魯多（Trude）提出：正價數等于一個原子可給出的電子數，負價數等于一個原子可接受的電子數，從而將正負價的形成與得失電子相聯系[7]。故在教學順序上，學生首先依據微粒轉化推導電子轉移過程，相繼畫出原子結構示意圖。再通過觀察原子結構示意圖得出化合價變化規律。這種教學邏輯思路在新授知識上逐步承接，與化合價微觀本質的發展相一致;同時也注重學生已有知識與新授知識間的承接，使初、高中知識銜接自然，符合學生知識建構的順序和思維。

此外，本文參照了美國高中化學教科書中“氧化還原反應”部分的圖片[8]和知識內容[9]，對教學設計加以完善。圖片是學生知識建構過程中的“催化劑”，大量精美的圖片可以刺激學生對氧化還原反應產生感性認識，同時也可以降低學生的認知難度，激發學習興趣。教師借助互聯網或者其他方式、手段來制作相關圖片，這樣在有利于開展課堂教學活動的同時，也能夠提升教師的教學技術[8]。故在本文中穿插關系圖、括號圖等，將知識思維“可視化”，在教師的引導下學生建構知識經驗[10]。此外，參考美國教材知識內容[9]，根據高一學生的思維接受程度簡要介紹電負性內容，以補充氧元素與氧化還原反應建立聯系的原因，增進學生對氧化還原反應的深入理解和學習。

三、教學過程

1.教學設計思路

教學設計流程如圖2所示。

2.具體教學過程

（1）在宏微觀中把握氧化還原反應

【創設情境】對比展示鮮切蘋果與褐變蘋果，引導學生猜想與假設：蘋果是經過什么途徑生成新的褐色物質？

【學生回答】通過化學反應生成新的褐色物質。

【追問】蘋果切開后，暴露在空氣中的部分發生褐變，大家不妨進一步推測一下：發生的是哪種類型的化學反應呢？

【學生回答】蘋果與氧氣發生了氧化反應。

【引入課題】大家推測的氧化反應是否正確？帶著這樣的疑問，讓我們今天來進一步認識氧化還原反應。

【復習】CO + CuO =Cu + CO2

初中階段我們就已學過：CO得氧、被氧化、發生氧化反應;CuO失氧、被還原、發生還原反應。

【解釋與結論】從上述反應我們可以看出，在同一個化學反應中氧化反應和還原反應是同時發生的，故我們稱該反應為氧化還原反應。

【引發思考】對氧化還原反應的認識不能僅僅停留在表面上，還需進一步從微觀分析反應的特征和實質。我們以2Mg + O22MgO為例，從微觀角度分組討論并回答：反應物和產物微粒分別是什么？這些微粒是如何轉化的？

【學生回答】根據反應方程式分析：反應物中有鎂原子和氧原子，產物是鎂離子和氧離子。離子與原子的轉化使我們聯想并畫出了原子結構示意圖（見圖3），鎂原子容易失去2個電子，氧原子容易得到2個電子，電子轉移后生成兩種離子均達到最外層八電子穩定結構，也就轉化生成了MgO。

【實驗驗證】“實踐是檢驗真理的唯一標準”，在本章研究氯化鈉導電性時，我們通過觀察電燈泡是否亮燈來判斷其導電性。為了驗證氧化還原反應中存在電子轉移，我們同樣可以將氧化還原反應——鋅與硫酸銅的反應容器串聯在含有小燈泡的電路中，通過實驗來證明我們理論推導的正確性。閉合回路，發現小燈泡亮燈，因此我們可以得出結論：氧化還原反應的實質是電子發生轉移。

【追問】電子的轉移過程體現了“失之東隅，收之桑榆”的道理，既然我們理論分析的實質過程是正確的，那么繼續觀察微粒轉化的過程圖（見圖3），大家是否發現反應前后存在的參數變化呢？

【學生回答】反應物中的某種元素既存在化合價升高的情況，也存在化合價降低的情況，且存在著化合價升高總數與降低總數相等的守恒規律。

【教師講解】顯而易見，反應前后的微粒價態發生了變化。鎂元素由0價升高至+2價，我們稱鎂發生氧化反應，即反應物所含某種（或某些）元素化合價升高的反應稱為氧化反應，該反應物稱為還原劑，其具有還原性;氧元素由0價降低至-2價，我們稱氧氣中的氧元素發生還原反應，將反應物氧氣稱為氧化劑，其具有氧化性。正如蹺蹺板一樣，既有升高、又有降低的情況，二者之間存在著既對立又統一的關系（見圖4）。因此我們得出氧化還原反應的特征——元素化合價發生變化。我們也以此標準從化合價視角將化學反應分類為氧化還原反應和非氧化還原反應。

設計意圖：在老師的引導下，學生自主從微粒角度分析推導氧化還原反應的實質，在本章已學的氯化鈉導電性實驗的啟發下進行實驗驗證，將宏觀物理現象與化學學科相聯系、將抽象的微觀過程具體形象化，促使學生對反應實質進行意義建構，繼而在微觀分析正確的基礎上觀察到化合價變化的特征。該“知識承接建構型”教學邏輯注重知識間的前后關聯，充分發揮了學生的自主探究性，有助于培養學生縝密嚴謹的探究思維。此外，教師在此過程中將抽象的自然科學規律與學生熟悉的蹺蹺板相聯系，幫助學生更好地體會和記憶化合價升降的對立統一規律，建構宏觀化合價觀。

（2）在新舊知識中更新對氧化還原反應的認識

【課堂練習】請大家判斷下列化學反應的反應類型

2Na + Cl22NaCl???????? （式1）

Fe + Cu2+=Cu + Fe2+??????????????? （式2）

2H2O 2H2↑+ O2↑?????? （式3）

2NaOH + CuSO4= Cu（OH）2↓+ Na2SO4? （式4）

【學生回答】前三個是氧化還原反應。最后一個不是氧化還原反應，而是復分解反應。

【追問】值得肯定的是，這位同學已經掌握依據本節課學習的特征來判斷化學反應類型，那么，氧化還原反應一定有氧元素參與嗎？通過（式1）和（式2）兩個反應，我們可以推翻這一說法，而不再拘泥于從得失氧的角度來辨別氧化還原反應。那么為何曾以氧元素為標準來判斷反應類型，而不考慮其他元素呢？

【資料補充】美國化學課本中作出如下解釋：氧元素的原子吸引電子的能力較強，當它與其他元素的原子結合時，通常導致這些原子失去電子[8]，即發生了電子的轉移，故氧化還原反應中大都有氧元素的身影。

【進一步追問】剛才同學的回答已經根據兩種不同的分類角度對最后一個反應式進行了判斷，那么前三個反應僅僅是氧化還原反應嗎？有沒有同學繼續補充答案？

【學生回答】除了氧化還原反應，前三個反應還分別屬于化合反應、置換反應、分解反應。

【強調分類觀】目前為止，我們學習了兩種不同的分類角度，分別是氧化還原反應、非氧化還原反應以及四大基本反應類型。同學們在判斷反應類型之前，理應先宏觀把握分類角度，再詳細確定反應類型，時刻把握分類觀念。那么，氧化還原反應與四大基本反應類型有著怎樣的關系呢？小組討論交流。

【小組討論后回答】置換反應全部屬于氧化還原反應，分解反應、化合反應與氧化還原反應存在交集，復分解反應與氧化還原反應無交集。

【關系圖展示】總結得很正確，如圖5所示，大家可以通過關系圖來理清其聯系，同時，還可以類比米老鼠圖片來對應聯想記憶，同學們在課下也可以嘗試用不同的方法來幫助記憶。

設計意圖：通過課堂練習題檢測學生是否掌握通過化合價變化判斷氧化還原反應，進一步通過實例讓學生體會氧化還原反應不一定有氧元素參與的結論。在學習新知識后，學生通常運用本節課新學方法來判斷反應類型而常常忽視原有知識，故充分考慮學生這一學習特點引出新舊知識的關系。此外，教師還創設了富含化學知識的米老鼠形象關系圖將新舊知識聯系起來，更新建構學生的分類觀，通過圖片提升學生學習興趣，潛移默化地向學生傳授學習方法，促進學生更好地學會學習。

（3）在生活現象中感受氧化還原反應的存在

【閱讀文獻資料】學完本堂課后，回想一下我們課前的猜想與假設是否正確呢？老師查閱了初中課本以及相關文獻，其中還包括簡單的應對措施，請大家自行閱讀。

人教版初中化學課本中將氧化反應分為較劇烈氧化反應和緩慢氧化，在生活中，緩慢氧化的例子很多，如動植物的呼吸、食物的腐爛、酒和醋的釀造、農家肥料的腐熟等都包含物質的緩慢氧化[11]。

果蔬切割過程中，細胞壁、細胞質內的多酚氧化酶與液泡中的酚類物質接觸[12]，同時氧大量侵入，植物組織內的酚類物質經酶的催化氧化為醌類物質，而醌類物質進一步聚合形成黑色素，最終在果蔬表面發生褐變[13]。

為避免切過的蘋果變褐色，可以將其放在冷水中，這樣一來，蘋果與空氣隔絕，也就無法發生氧化還原反應，自然也就不會變褐色[14]。

【呼吁提倡】這是我們身邊存在的氧化還原反應現象！值得一提的是，最后一篇文獻[14]是其作者在高中時期撰寫的，“見賢思齊焉”，希望大家也能處處留心、勤于思索，在生活現象中發現化學的蹤影！

設計意圖：以首尾呼應的方式重視生活情境對意義建構的作用。充分利用文獻資源來證實課前猜想與假設的情境內容，豐富了學生對于身邊存在的氧化還原反應的認識，也有助于促進其生物學相關內容的學習。同時，借助優秀學生發表的論文鼓勵學生在日常生活中聯系和應用化學知識，建構化學與生活的聯系觀。

四、總結與反思

本節課采用“知識承接建構型”教學邏輯實施教學，分別從宏微觀視角、新舊知識聯系、生活中的化學現象三個層面學習氧化還原反應的相關內容，以此為主線幫助學生建構新知識。

在學生原有知識基礎之上，學生自主通過理論來分析探索氧化還原反應的實質，進而總結出氧化還原反應的特征，在宏觀視角和微觀視角切換中建構反應的知識內容。“知識承接建構型”教學邏輯符合化合價本質探索的歷史演變規律，有助于提升學生的認知視角和課堂參與度，良好地貼合了學生在新授知識中逐步承接的邏輯順序，為學生建構了“氧化還原反應”的相關化學觀念。故教師在教學研究中要深入了解和利用化學發展史，同時要思索設計符合學生心理接受順序的教學邏輯。

教師通過穿插圖片，挖掘化學規律背后的哲學道理等方式，提高學生學習興趣，幫助學生理解記憶較為枯燥的化學知識，以起到幫助和促進作用。因此教師在備課時要充分聯想和應用生活中的模型，充分利用模象直觀和實驗直觀等教學形式，以增強學生知識形成的途徑。

以例題為線索，學生在新舊知識的矛盾中不斷更新對氧化還原反應的認識，教師及時通過資料補充完善學生對于氧化還原反應與氧元素之間聯系的困惑，提高學生化學概念學習的積極性和深入性。在教師的引導下，學生結合已學的分類方式建立新的分類觀念，建立新舊知識間的聯系。故教師要重視聯系和承接學生已有相關知識，使學生在知識更新中自主建構新內容，從而避免新舊知識的混淆和思維的混亂。

首尾呼應，借助文獻資料幫助學生解答課前猜想與假設的內容，重視建立化學與生活聯系的真實情境，豐富學生對于身邊存在的氧化還原反應的認識，提高學生對于化學密切聯系生活的認識，使學生對化學學科產生濃厚的學習興趣。隨著網絡數據庫的發展，教師應在課堂中融入文獻資源，積極為學生科普權威的知識內容、拓展科學前沿的研究方向和研究內容，幫助學生樹立查閱文獻的意識，提升學生的學術意識和科學素養。

參考文獻

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