氧化還原反應觀念建構教學實踐的研究

馬寧寧，陳玉娥，陳海鵬

（洛陽師范學院化學化工學院，河南洛陽 471934）

氧化還原反應是貫穿整個高中化學學習過程的基礎和重要知識點，在教學設計方面，必須持全局觀［1］。重要化學元素及其化合物、金屬腐蝕和電化學等內容是氧化還原反應的重要基礎性應用。基于此，掌握氧化還原反應的基本概念，理解反應的實質，建立基本的化學觀念，是學好高中氧化還原反應及其相關內容的重要方法［2］。

瑞士學者讓·皮亞杰提出的建構學習理論認為，情境、協作、會話和意義建構四個關鍵要素構成了有意義的社會協商式的學習活動［3-9］。將建構學習理論應用于氧化還原反應教學，在教學設計中突出以學生為中心，發揮學生主體作用，培養學生化學核心素養，讓化學學習成為引導學生進一步學習科學、樹立社會責任感、參與和解決社會問題的一個重要過程［10-12］。本研究中，采用基本觀念建構的理論方法，對氧化還原反應開展教學設計與實踐，充分發展學生知識建構脈絡，為學生科學能力的培養打通方向、找對方法。教學實踐達到了發展“知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀”三位一體的教學目標。

一、氧化還原反應教學分析

作為化學基礎知識教學體系的重要組成部分，氧化還原反應教學設計策略應該注重調動學生思維，讓學生積極參與教學過程。在活動設計中側重于利用化學思維探討氧化還原反應的本質，讓學生用化學語言來總結和討論。引導學生歸納氧化還原反應的概念，促使學生建立化學基本觀念，掌握一定的科學探究能力和方法，能解決一些簡單的氧化還原相關問題。

氧化還原反應的總體教學目標是讓學生在初中化學知識基礎上對氧化還原反應產生更加深刻的認識，歸納總結氧化還原反應的概念，探究氧化還原反應的本質，最終構建氧化還原反應基本觀念。具體教學目標分為5 個層面：（1）基礎知識層面：讓學生從電子轉移的角度重新認識氧化還原反應，能夠熟練掌握氧化還原反應的核心概念。（2）知識技能層面：讓學生認識外界條件對物質氧化還原的影響，提高判斷化學物質氧化性、還原性強弱方法。（3）學習過程層面：讓學生從物質微觀電子本質的角度，理解反應過程中氧化劑、還原劑內涵，深刻理解氧化還原反應過程，為構建基本觀念做準備。（4）能力方法層面：讓學生嘗試用氧化還原反應的觀點解釋實際問題，構建氧化還原反應基本觀念。（5）價值觀層面：組建小組對氧化還原反應進行深入探討，在培養學生的團結協作意識的同時，培養學生的表達能力，將氧化還原反應的認識過程升華，鞏固所形成的基本觀念。

二、基于觀念建構的氧化還原反應教學分析

高中氧化還原反應涉及整個中學階段化學的重要核心概念，主要內容包括了微粒觀、變化觀、守恒觀、價值觀等化學基本觀念。氧化還原反應內涵是對化學變化抽象概括和總結歸納，內容總體屬于概念知識類，蘊含了轉化觀念。例如，反應前后元素種類和數目不變、電子得失總數相同等規律，遵循守恒定律，體現守恒觀。氧化還原反應的本質是電子的轉移，導致氧化性或者還原性，這就涉及了微粒觀。在現實生活中，氧化還原反應也隨處可見，如鐵生銹、燃燒、電池等現象。這些生活現象，使學生把化學反應與生活結合起來，直觀地用到學習中去，提高了運用化學知識解決生活中遇到問題的能力，體現了化學的社會價值觀。

（一）微粒觀的構建

在概念知識點上，氧化還原反應體現了物質微觀層面電子轉移導致化學反應的發生。根據元素單質性質，揭示“物質的原子結構變化導致物質性質的改變”。通過同周期同組元素性質的學習，比較得出原子結構是物質性質發生改變的內在原因。化學電池內容是將前面幾個階段知識進行有機融合，把不同氧化性（還原性）與電子作用進行提升。在整個氧化還原反應知識點的脈絡上，體現了微粒觀的構建思路。同時，教材設計也做了精心安排，安排以學生為主的探究活動，合理開展實驗探究、數據分析、總結歸納等多形式拓展活動。

（二）守恒觀的構建

關于守恒觀的構建，教材主要從電子守恒和能量守恒兩個方面入手，分三個階段進行構建。第一階段從物質變化角度，明白電子得失守恒，即“有得必有失”；在充分了解燃料燃燒和電化學現象后，對這兩類氧化還原反應進行深層次剖析，所以第二、三階段將視角從元素維度發展到能量維度。從能量轉化角度建立電子轉移和能量轉移思維模式，構建電子守恒和能量守恒基本觀念。

（三）變化觀的構建

變化觀構建主要通過分析電子得失或偏移導致化合價的變化，讓學生從化學認識層面到微觀本質實現認知轉變。建立氧化反應和還原反應既對立又依存的辯證統一關系。通過金屬及其化合物、非金屬及其化合物的認識和實驗分析，掌握不同物質間的氧化性或還原性有強弱區分，構建氧化還原反應變化觀。

以上三種氧化還原反應化學觀念間存在內在聯系，三種化學觀念屬于不同的認知維度。微粒觀是從化學反應實質和微觀角度闡釋氧化還原反應，體現了“結構決定性質的”基本化學觀念。守恒觀是從物質元素和能量宏觀視角闡釋氧化還原反應，屬于表征認知。而變化觀對微粒觀和守恒觀的構建起到了決定作用，三者相互關聯，密不可分，從不同維度豐富了氧化還原反應的認知。

三、氧化還原反應教學設計實施

觀念建構教學提倡圍繞某一核心概念的知識內容進行思維建構，通過教師引導作用，使學生通過學習而提煉升華，將化學觀念構建在思維之中。通過學生訪談，了解關于氧化反應、還原反應的知識掌握情況；通過設置調查問卷，了解學生對相關知識點的熟悉情況；通過學生訪談，分析學生對氧化、還原相關的一些基本概念的理解力及其運用能力；通過教師座談，了解傳統教學過程中教學思路。根據課程標準、教材內容和課前訪談，歸納出教學的重難點，把水平相當的兩個班采用不同的教學策略來進行教學對比，分析教學成果。

（一）學生訪談

通過學生訪談進一步了解所研究班級的學情。為了讓學生暢所欲言，達到訪談效果，訪談氛圍設置輕松愉快，最終分析所研究班級的階段性學情。訪談過程應避免讓學生回答已經掌握的化學觀念，重點在于摸清學生對氧化反應、還原反應及其相關現象的基本概念理解及其運用能力。通過學生訪談，分析發現所研究班級中學生們對于化學反應有一定的認識，掌握了一部分相關的化學知識，存在一定的化學價值觀。發現的問題包括，學生對于化學反應只具備初步的記憶能力，不能構建化學分類觀，難以做到主動分析化學問題。學生對化學知識的實際運用存在一定認識，但整體處于試探階段。

（二）教師座談

教師座談對象選擇所實驗教學班級的班主任。所選教師既是班主任也是化學教師，其教學經驗豐富。通過座談得知，所研究的兩個班級學情基本相似。雖然第二節氧化還原反應章節，是初中氧化反應和還原反應的延伸，但又存在新知識點，需要適當注意概念講解和分類方法。在實際的教學過程中，通過回顧初中的氫氣還原氧化銅的反應，以引入本課程氧化還原知識點。借助提出相關問題，進一步引導學生總結分析氧化還原反應的化合價變化，最終歸因于電子轉移本質。

（三）明確教學目標、重難點與針對性教學方法

實施氧化還原反應教學研究之前，再次認識教學目標的重要性。力爭從知識層面、技能層面、過程層面、能力層面、價值觀層面，進一步明確教學目標，對氧化還原反應的基本觀念進行合理構建。教學進一步梳理氧化還原反應教學重難點。從構建氧化還原反應觀念的角度理解基本概念，教學過程方法采用教師講授法、問題討論法、小組合作討論、合作探究法。

在了解學情、明確教學目標等充分教學準備基礎上，對高一1 班采用傳統的教學策略模式開展教學活動，高一2 班則采取觀念建構的教學策略開展教學活動。教學完畢后，對兩個班的教學成果進行測評。本研究設計了一套測試卷來測試兩種教學活動的效果。此次測試共發放問卷69 份，收回69份，符合測試問卷回收的要求。

四、氧化還原反應教學結果分析

圖1 為氧化還原反應教學成果測試的命題范圍及結果。測試卷由10 道選擇題構成，本次測試問卷題目涵蓋了元素觀建構、分類觀建構、微粒觀建構、變化觀建構、探索觀建構、價值觀建構等范圍，能夠有效測試學生對氧化還原反應章節的學習情況。

圖1 氧化還原反應測試結果

對學生答題結果進行統計分析發現，采用傳統教學的高一1 班答題正確率小于采用觀念建構教學策略的高一2 班。例如第一題，采用傳統教學，選擇正確答案的人數占比70.6%，而經過觀念建構教學的高一2 班選擇正確答案人數占比82.4%，說明觀念建構教學確實提高了學生對本類型題目的掌握程度。沒有經過觀念建構教學的同學對于元素的化合態轉化本質情況掌握不夠扎實。通過觀念建構教學對同學的元素觀和變化觀的構建起到了重要的作用。試題7 題目設置較難，著重考查關于氧化還原反應相關核心概念，需要學生對氧化還原反應有深刻的認識。經過觀念建構教學的高一2班選擇正確答案人數占比70.6%，顯著高于傳統教學的正確率。這說明觀念建構教學確實加深了學生對氧化還原反應的本質理解，對于學生分類觀、微粒觀和探索觀的建立有重要的作用。

從實驗班和對照班的教學結果來看，經過化學觀念構建教學，學生對氧化還原反應的內涵理解有較大的提升，說明學生思維中形成了一定的化學基本觀念，這有利于在學生思維中構建元素觀、分類觀、反應觀、價值觀等基本化學觀念。此外，觀念建構教學利于結合日常生活中的相關內容，教學設計易于復制，適合在高中化學教學中推廣應用。

五、結語

觀念建構教學有利于提高“氧化還原反應”章節的教學效果，能夠顯著增強學生對氧化還原反應本質的理解，促進學生知識的結構化，提高學習興趣，幫助學生完善化學核心素養，形成化學基本觀念。在觀念建構教學過程中，以小組交互學習探究氧化還原反應的本質，讓學生獲得知識成就感的同時，能夠顯著提高學生的探究能力和解決問題的能力，利于在學生思維中構建元素觀、分類觀、反應觀、價值觀等基本化學觀念，教學設計易于復制，適合在高中化學教學中推廣應用。