依托信息技術探索高中化學的教學設計

范敏

隨著信息技術的快速發展，其在教育領域的應用越來越廣泛。對于高中化學教學而言，信息技術不僅為學生提供了更豐富、直觀的學習資源，還為教師提供了更多元、高效的教學手段。本文以“氧化還原反應”一課為例，探討如何依托信息技術，通過合理的教學設計提升高中化學教學的效果，著重培養學生的邏輯思維能力和實踐能力。

一、教材分析

“氧化還原反應”是高中化學的基石之一，位于人教版高中化學必修第一冊第一章“物質及其變化”的第三節。本節內容不僅是化學基本概念和理論的核心，而且是連接和整合其他化學知識的重要紐帶。從知識的層次結構上看，氧化還原反應是學生在初中化學基礎上對化學反應分類的進一步延伸與深化。

二、學情分析

進入高中后，學生的化學知識儲備和認知能力都有了顯著提升，因此有必要也有能力從更深層次和更廣泛的角度重新審視和理解氧化還原反應。我們可以從得氧、失氧的表象入手，引導學生思考這背后隱藏的化合價變化，進而深入原子、電子層面的探討。通過這樣的層層遞進，學生可以逐漸領悟到氧化還原反應的實質，即電子的轉移和化合價的變化。

三、教學目標

1.利用信息技術手段，如電子價類二維圖軟件，幫助學生從已有的化學反應知識出發，發現化學反應分類的新視角，并引入氧化還原反應的概念。

2.通過多媒體動畫展示化合價的變化過程，結合電子線橋表征技術，使學生更直觀地理解氧化還原反應的宏觀特征，并對常見的化學反應進行分類。

3.利用計算模擬和虛擬實驗等技術，揭示化合價變化與電子轉移之間的微觀聯系，讓學生從微觀層面深刻認識氧化還原反應的本質，并能夠進行獨立分析。

4.學生能夠通過電子線橋表征技術準確描述氧化還原反應的宏觀特征，即化合價的升降變化，體現其在新技術手段輔助下的理解和應用能力。

四、教學重難點

教學重點：（1）氧化還原反應的定義與分類;（2）氧化還原反應的特征;（3）氧化還原反應的實質。

教學難點：（1）氧化性與還原性的概念;（2）氧化性與還原性的強弱判斷。

五、教學過程

（一）情境導入

教師走進教室，手中拿著一個切開的蘋果。

師：大家看，這個蘋果切開后顏色為什么會變暗呢？還有我們生活中經常看到的鐵生銹，這其中又隱藏著怎樣的化學奧秘？

生A：我記得好像是和氧化有關。

師點頭：沒錯，A同學提到了氧化。那么，什么是氧化呢？為什么物質會被氧化？今天我們就來深入探究這個話題，揭示氧化還原反應背后的原理。

【PPT展示】屏幕上出現鐵在氧氣中燃燒的圖片，隨后是碳在氧氣中燃燒的圖片，最后是蘋果變暗的過程。

師：這些都是我們生活中常見的氧化現象。現在請大家思考，這些反應有什么共同特點？

生B：它們都有氧氣參與。

師：B同學觀察得很仔細。確實，氧氣在這些反應中都扮演了重要角色。那么，沒有氧氣參與的反應就不叫氧化反應了嗎？我們再來看一個實驗。

【PPT展示】屏幕上出現氫氣還原氧化銅的實驗裝置圖。

師：這個實驗大家還記得嗎？這是氫氣還原氧化銅的反應。在這個反應中，并沒有氧氣的參與，但它仍然是一個氧化還原反應。那么，判斷一個反應是不是氧化還原反應的標準究竟是什么呢？

生C：是不是和化合價的變化有關？

師：C同學提到了化合價的變化，這是一個非常重要的思路。今天我們就來深入探究氧化還原反應的本質，以及如何判斷一個反應是不是氧化還原反應。

（二）知識講解與演示

1.基礎知識講解

教師打開PPT，屏幕上出現“氧化還原反應”的標題。

師：大家好，今天我們要深入探究氧化還原反應。首先，讓我們回顧一下基本概念。

【PPT展示】氧化還原反應的定義、分類及基本特征。

師：氧化還原反應是化學反應中非常重要的一類，涉及電子的轉移和化合價的變化。根據電子轉移的情況，我們可以將氧化還原反應分為不同的類型。

生（舉手）：老師，能不能給我們舉個例子來說明一下？

師（點頭）：當然可以。如我們之前提到的鐵生銹，就是一個典型的氧化反應。鐵與氧氣反應，生成了鐵的氧化物，同時鐵的化合價升高了。

2.動態模擬演示

教師首先通過PPT或電子教材介紹氧化還原反應的基本概念、原理和分類，幫助學生建立初步的認知框架。在基礎知識講解中，教師需要特別強調氧化還原反應中電子轉移的重要性，并介紹表示電子轉移的方法：雙線橋法和單線橋法。

（1）雙線橋法：這種方法通過兩條箭頭線分別表示氧化劑和還原劑之間電子的得失。箭頭從氧化劑指向還原劑，表示氧化劑得到電子;箭頭從還原劑指向氧化劑，表示還原劑失去電子。箭頭上方標明電子轉移的數量。這種方法可以清晰地展示電子在氧化還原反應中的流動情況。

例如，在反應Zn+2HCl→ZnCl2+H2中，鋅（Zn）是還原劑，氫離子（H+）是氧化劑。教學中教師可以用雙線橋法表示這個反應中的電子轉移：一條箭頭線從鋅指向氫離子，表示鋅失去電子;另一條箭頭線從氫離子指向鋅，表示氫離子得到電子。箭頭上方標明電子轉移的數量為2e-。

（2）單線橋法：這種方法通過一條箭頭線表示電子的轉移。箭頭從還原劑指向氧化劑，表示還原劑失去電子，氧化劑得到電子。箭頭上方標明電子轉移的數量。單線橋法相對簡潔，但同樣能夠清晰地展示電子在氧化還原反應中的流動情況。

例如，在反應Fe+CuSO4→FeSO4+Cu中，鐵（Fe）是還原劑，銅離子（Cu2+）是氧化劑。教師可以用單線橋法表示這個反應中的電子轉移：一條箭頭線從鐵指向銅離子，表示鐵失去電子，銅離子得到電子。箭頭上方標明電子轉移的數量為2e-。通過講解和實例演示，學生掌握了這兩種表示電子轉移的方法，并理解它們在氧化還原反應中的應用。這將有助于學生更深入地理解氧化還原反應的過程和本質。

3.公式解析

【PPT展示】展示氧化還原反應的基本公式：氧化劑+還原劑→氧化產物+還原產物。

師：這是氧化還原反應的基本公式。在這個公式中，氧化劑是得到電子的物質，還原劑是失去電子的物質。通過這個公式，我們可以更清晰地看到氧化還原反應的過程。

4.案例分析

師：現在，讓我們結合生活中的實例，來感受一下氧化還原反應的應用。

【PPT展示】電池的工作原理圖。

師：大家看，這是電池的工作原理圖。電池的工作就涉及氧化還原反應。在電池內部，正極是氧化劑，負極是還原劑。通過氧化還原反應，電池能夠將化學能轉化為電能。

生：老師，那我們平時用的手機電池也是這樣工作的嗎？

師：沒錯，無論是手機電池還是其他類型的電池，其工作原理都離不開氧化還原反應。

（設計意圖：通過這樣的講解與演示，學生不僅對氧化還原反應有了更深入的理解，還感受到了化學知識在實際生活中的應用價值。）

本節知識梳理如圖1所示。

（三）實驗探究與驗證

1.虛擬實驗操作

師：現在，我們將借助虛擬現實（VR）技術進行氧化還原反應的實驗操作。這樣不僅可以加深大家的理解，還能培養大家的實驗技能。

【學生操作】學生戴上VR設備，進入虛擬實驗室。在教師的指導下，學生選擇實驗器材，設置實驗條件，并開始進行虛擬實驗操作。

生：老師，我看到電子在虛擬實驗中真的在轉移，太神奇了！

師：是的，通過虛擬實驗，我們可以更直觀地觀察到電子轉移的過程，從而深入理解氧化還原反應的原理。

2.數據收集與分析

師：在實驗過程中，大家要仔細觀察并記錄相關數據。這些數據將幫助我們分析氧化還原反應的特點和規律。

【學生操作】學生在實驗過程中記錄電極電勢變化、物質質量變化等數據，并利用數據分析軟件對數據進行處理和分析。

3.小組討論與分享

教師：現在，請大家結合實驗數據和自己的觀察，進行小組討論。分享你們的發現、心得和疑問。

小組討論：學生分成若干小組，圍繞實驗數據和觀察結果展開討論。大家積極發言，分享自己的見解和疑問。

小組I代表：我們小組發現，在氧化還原反應中，氧化劑和還原劑的濃度變化與反應速率有關：濃度越高，反應速率越快;濃度越低，反應速率越慢。

教師：很好，I小組的發現很有價值。確實，濃度是影響氧化還原反應速率的一個重要因素。

（設計意圖：通過這樣的實驗探究與驗證環節，學生不僅能夠親自體驗氧化還原反應的過程，還能通過數據分析和小組討論深入理解相關原理。同時，學生的實驗技能、數據分析能力和團隊合作意識也得到了有效提升。）

六、教學反思與建議

（一）深度融合信息技術與化學教學

本次教學實踐中，教師利用了信息技術工具進行虛擬實驗、數據收集和分析等，有效地提高了教學效率。

（二）強化學生的實踐操作能力

雖然虛擬實驗具有一定的優勢，但是真實實驗的操作感和直觀性仍不可替代。教師在教學中應加大真實實驗操作的比例，讓學生在親手操作中感受化學反應的奧妙，提高他們的實踐操作能力。

（三）注重培養學生的自主學習能力

在教學過程中，教師發現部分學生在遇到問題時過于依賴教師或其他同學，缺乏獨立思考和解決問題的能力。因此，教師需要更加注重培養學生的自主學習能力，如問題導向法、小組合作探究等方式，引導學生主動思考、積極探索，提高他們的自主學習和問題解決能力。

（作者單位：甘肅省正寧縣教學研究室）

編輯：陳鮮艷