尹明月，王卫东

(湖北师范大学 化学化工学院，湖北 黄石 435002)

氧化还原反应是中学化学中重要学科核心概念性知识，其教学内容具有“宏观联系实际”和“理论联系实际”的指导作用，是发展学生学科核心素养的良好载体[1]。核心素养的目的是让学生通过化学知识的学习掌握，来挖掘学生适应社会发展和终身发展的关键能力和必备品质。但核心概念本身就持有一定的抽象性，理解较为困难，如何降低其教学难度一直是中学化学教学的重点研究内容[2]。笔者就“氧化还原反应”第一课时为例，探索如何在有限的时间内降低教学难度、发挥学科价值，如何培养发展学生的化学学科核心素养。

1 设计理念依据

2018年1月16日，国家教育部正式颁布了《普通高中化学课程标准》(2017年版)，明确提出“全面发展学生化学核心素养的宗旨” 的课程体系目标，并首次提出了“学业质量”标准[3]。核心素养的建立，展现了学生在教学中应该形成的重要能力及品格，为学校的人才培养树立新的目标，全面体现了社会主义核心价值观导向下国家教育课程育人的根本需求[4]。

2 教学背景分析

2.1 新课程标准分析

2017年版的新课标对该部分知识做出了三点要求：1)认识氧化还原反应的特征是化合价变化；2)掌握电子转移是氧化还原反应的本质；3)知道常见的氧化剂和还原剂[5]。同时该部分知识在必修二的“原电池”章节和选修四的“电解池”章节都做出了相应的课程标准要求。笔者选取了氧化还原反应第一课时，对其概念知识进行教学设计，将化学学科核心素养融入到教学设计中。

2.2 教材分析

“氧化还原反应”第一课时，选自于人教版高中化学必修1第二章第三节，是中学化学中基本概念和基本理论的重要部分。研究氧化还原反应是对初中所学氧化和还原反应的拓展与深化，是对后面所学元素以及化合物、金属冶炼和腐蚀及电化学知识等都离不开氧化还原反应。此外还可以帮助学生建立氧化还原反应的三重表征，学习者可以利用所学知识深刻理解生活中的氧化还原反应。

2.3 学情分析

已有知识能力：学生在初中从得失氧的角度对氧化反应和还原反应有初步的认识，认识到化学价态与原子最外层电子存在一定的关系，但并没有深刻理解化合价态的变化与电子转移间的联系。

发展知识能力：在教学设计过程中，教师都应当充分考虑学生已有的知识水平，通过利用包括制造认知冲突在内的一系列手段激发学生学习兴趣，促使其主动寻求知识[2]。需要根据化学学科的三重表征来帮助学生建立知识结构，使学生深刻理解对氧化还原反应本质。

3 教学目标

基于核心素养的教学目标如图1所示。

图1 基于核心素养的教学目标

4 教学流程

教学流程总设计思路如图2所示。

图2 教学过程总设计思路

在设计理念指导下，通过进行教学背景分析，本节内容将采用探究线、知识线、应用线相结合的方式，以逐步构建学生对氧还原反应的本质的理解为主线，选取探究式的教学方法体会氧化还原反应与日常生活的紧密联系，发展学生的核心素养。

5 教学过程

5.1 复习回顾，导入新课

根据学生初中化学中已学习过四大基本反应类型对常见的化学反应方程式进行分类，在教学过程中学生会认识到有些化学反应并不能用已有的知识分类，这就引起了学生的认知冲突，激发了学生的学习本节内容的兴趣，具体教学过程如下。

教师活动学生活动设计意图【温故知新】学生根据初中学习过的四大基本反应类型对图3所示的化学反应方程式进行分类。【点拨】仅根据四大基本反应类型对化学反应方程式进行分类是有局限性的,需要换个进行分析。【学生思考回答】学生正确回答出(1)至(3)的反应类型,但发现(4)并不属于任何一种基本反应类型。通过进行旧知回顾,唤起学生已有的知识和经验,产生认知冲突,激发学生的求知欲,引出新的问题,自然导入本节所学内容。

图3 化学方程式分类

5.2 建立概念认知，认识氧化还原反应

以初中常见化学反应一氧化碳还原氧化铁为例，让学生初步认识到氧化还原反应是物质得失氧元素的反应，建立概念认知，再结合生活中常见的暖宝宝使用前后产生的质量差，让学生亲身体会氧元素在氧化还原反应过程中的变化。在该部分内容中可以适当穿插一些化学史料，化学史有利于发展学生化学学科核心素养，帮助学生认识氧化还原反应，具体教学过程如下。

教师活动学生活动设计意图【教师提问】观察(4)Fe2O3+3CO=Fe+3CO2是何种反应,请同学们从物质得氧失氧的角度来考虑。【教师讲解】既是氧化反应又是还原反应的这种类型的反应,我们就称它为氧化还原反应。【任务安排】任务一:在教师的指导下,让学生拆开暖宝宝,用吸铁磁来验证暖宝宝使用前后的主要成分是否均为铁粉。任务二:用准备好的托盘天平分别进行称量,观察记录两者的质量读数。【教师提问】暖宝宝使用前后为何产生质量差?【教师讲解】对暖贴的发热原理做了必要的补充。【化学史资料】1773年,氧气(O2)被化学家拉瓦锡所发现,他认为燃烧是物质与氧气发生的氧化反应;1777年,拉瓦锡推翻了他的燃素学说,证明物质与氧化合的反应叫做氧化反应。同时,拉瓦锡也是从质量入手来研究的氧化还原反应。【学生回答】氧化反应和还原反应。【学生活动】课前已让每组学生准备好两个暖宝宝一个是全新的,另一个是使用过一段时间的。学生通过阅读说明书了解到,暖宝宝里面的主要成分为铁粉、活性炭、水、盐等材料。【学生讨论回答】(1)新的暖宝宝,磁铁表面吸有大量铁粉;使用过的暖宝宝,磁铁表面的铁粉很少,验证了暖宝宝的主要成分为铁粉。(2)通过天平称量发现,暖宝宝使用过的的质量比未用过的质量大一些。【学生思考讨论】使用过的暖宝宝,里面的铁粉接触到空气,在较高温度下发生化学反应生成了铁的氧化物。学生认真阅读教师补充的化学史料,切身体会氧元素在反应过程中的转化。从宏观角度进行辨识,以得失氧的角度来得出氧化还原反应的基本概念,复习回顾初中知识的同时也为进一步探究氧化还原反应的本质打下基础。从日常生活中存在的化学现象着手,借用暖宝宝使用前后产生的质量差来让学生亲身体会氧的得失。教学过程中适当补充化学史知识,让学生了解到拉瓦锡也是从质量入手来研究的氧化还原反应。此阶段的教学设计,利于发展学生分析问题和解决问题的能力,利于发展学生“宏观辨识”的核心素养。

5.3 建构模型，辨识氧化还原反应

为了进一步探究氧化还原反应的特征，开展了以氧原子为“球”的“传球游戏”(如图4所示)，建立简单的模型示意图。通过氧原子的移动观察到其他元素化合价发生改变，引导学生对氧化还原反应的得失氧的认识过渡到元素化合价态的改变，得出氧化还原反应的特征和判断标准，具体教学过程如下。

教师活动学生活动设计意图【动画演示】“踢球”游戏,以CuO+H2=Cu+H2O为例,以氧原子为“球”制作flash动画,来演示反应过程中“球”(氧原子)的移动变化,过程示意图如4所示。【提问】随着氧原子的移动,铜元素和氢元素是否发生变化。【教师小结】氧化还原反应的判断标准为:反应发生前后有无元素化合价态改变。【学生讨论回答】在发生得氧失氧的同时,元素的化合价在反应前后发生的改变,铜元素的化合价降低,氢元素的化合价升高。通过播放氧原子转移的flash动画,建立简单模型示意图,来发展学生“模型认知”的核心素养。同时,使学生对氧化还原反应的得失氧的认识自然过渡到元素化合价态的改变。

图4 氧原子转移示意图

5.4 探究本质，应用氧化还原反应

探究氧化还原反应的本质是本节内容的难点。首先向学生播放生动形象的氯化钠生成过程的小视频并用趣味性的语言进行讲解，让学生从电子得失的微观角度理解化合价改变的原因；再结合氢气与氯气的反应，让学生明白电子对偏移也会引起化合价态改变。最后通过原电池实验中电流计指针的偏转证明电子发生了转移，促进学生理解氧化还原反应的实质。

为了帮助学生达到学以致用的效果，让学生讨论如何运用氧化还原反应来处理汽车尾气。这一问题的提出可以有效强化学生认识到化学对社会的价值，能有效发展学生“科学态度与社会责任”的核心素养，具体教学过程如下。

教师活动学生活动设计意图【教师提问】元素化合价态改变的原因。以金属钠与氯气反应为例分析。向学生播放生动形象的氯化钠生成过程的小视频。【教师讲解】总结化合价态改变的原因是存在电子得失。【追问】氢气与氯气的反应也是因为发生了电子得失吗?【点拨提示】是共用电子对,但由于氯原子得电子能力强,所以电子对是偏向氯原子偏离氢原子,导致元素化合价发生改变。【教师小结】引起化合价态的改变包括电子得失和电子对偏移,简称为电子的转移。【追问】如何通过实验来证明氧化还原反应中存在电子转移。【学生思考讨论】钠原子为了使自身达到稳定结构要失去一个电子,氯原子则需要得到一个电子;钠原子正好将失去的电子给了氯原子,变成离子结合在一起,在这个过程中发生了电子的得失。【学生思考回答】可能氯原子和氢原子之间共用了一个电子对。【学生观察】通过实验现象观察到电流计指针偏转了。电路中有电流,说明存在电子,可证明反应过程中发生了电子转移。通过生动形象的视频动画以及教师趣味性的语言讲解,易于学生从微观角度理解氧化还原反应的实质,有效发展学生“宏观辨识与微观探析”核心素养。从化合价到电子转移,再通过实验验证电子转移,来发展学生“证据推理和模型认知”与“科学探究与创新意识”核心素养。

续表

教师活动学生活动设计意图【实验演示】准备好实验用品,连接好实验装置图(原电池装置Zn与稀H2SO4的反应),实验过程中观察实验现象。【教师提问】为什么电流计指针发生偏转?【小结】电子转移是氧化还原反应发生的实质。【学以致用】如何运用氧化还原反应来处理汽车尾气(简单介绍汽车尾气的主要成分)。【学生讨论】根据氧化还原反应的反应特征和实质,NO2的氮元素化合价会降低,CO中碳元素化合价要升高。反应方程式为:2NO2+4CO催化剂 N2+4CO2通过对氧化还原反应生活实例的应用,从STSE角度强化学生认识化学对社会的价值,有效发展学生“科学态度与社会责任”的核心素养。

6 结语

该教学设计体现了学生知识建构的结构化，结构化水平决定着学生核心素养发展水平。根据氧化还原反应的概念，从宏观(元素化合价)到微观(电子转移)，从质变(化合价升降、电子得失)与量变(电子转移数目)，以不同的角度揭示学生对氧化还原反应的认知，为学生建构初步的氧化还原反应模型框架，为后面完善整体模型奠定基础。