基于化学学科核心素养的教学实践与反思

李超

摘要：以“氧化还原反应（第一课时）”为例，探索在高中化学教学中如何进行情境、问题、活动的整体设计，实现学生高水平建构知识的同时，高阶思维能力和化学学科核心素养协同发展。

关键词：化学学科核心素养  高阶思维  教学实践与反思  氧化还原反应

新课程理念倡导“素养为本”的教学和学生高阶思维能力的培养。在日常教学中，如何实现“知识为本”转变为“素养建构”，并使得高阶思维能力能够得到有效提升，笔者结合“氧化还原反应（第一课时）”的教学，谈谈自己的探索和思考。

一、设计思路

本节课分为引入概念、建构概念、应用概念三个板块（见图1），通过创设情境和核心问题链驱动学生开展自主、合作、探究学习，让学生建构氧化还原反应概念的同时，高阶思维能力和核心素养协同发展。

二、教学过程

环节一：创设情境 引入概念

[问题]在初中，根据反应前后物质的种类和数目将化学反应分为“四种基本反应类型”，请判断3CO+Fe2O32Fe+3CO2是否属于“四种基本反应类型”。

[学生]不属于，说明这种分类方法有一定的局限性。

[教师]为了进一步完善对化学反应的认识和分类，我们学习一种新的反应类型——“氧化还原反应”。

[视频]介绍在电池反应、金属冶炼、钢铁腐蚀、食物腐败等方面广泛存在的氧化还原反应。

[教师]为了发挥氧化还原反应的正面作用、减小其负面影响，我们先要充分认识氧化还原反应。下面就让我们沿着科学家的足迹，踏上探索氧化还原反应之旅。

环节二：证据推理 建构概念

[化学史]1774年，拉瓦锡提出氧化学说。

[教师]请回忆并列举初中学习的氧化反应、还原反应。

[学生1]氧化反应：C+O2CO2  2Cu+O22CuO

[学生2]还原反应：H2+CuOCu+H2O  3C+2Fe2O34Fe+3CO2

[理论证据]根据质量守恒定律，物质得氧、失氧应该同时发生并且数目相等。

[问题]请思考初中时对两个反应的理解正确吗？

[分析推理]不正确。二者不可分割讨论，是一个有机整体。

[模型建立]氧化反应和还原反应在一个反应中同时发生，这样的反应叫作氧化还原反应。

[模型应用]请分析反应3CO+Fe2O32Fe+3CO2、H2+CuOCu+H2O得氧、失氧的情况。（见图2）

[化学史]1852年，弗兰克兰提出化合价的概念。

[问题]分析反应3CO+Fe2O32Fe+3CO2、H2+CuOCu+H2O化合价的变化，并讨论它与氧化还原反应有何关系？（见图3）

[分析]

[结论]物质所含元素化合价升高发生氧化反应，化合价降低发生还原反应。

[事实证据]（见图4）

[教师]结合锌与稀硫酸的反应，你有什么新的认识？

[分析推理]反应中并非一定有得失氧情况发生。

[模型建立]有元素化合价变化的反应就是氧化还原反应。

[化学史]1897年，汤姆孙发现电子，人们深入到原子结构的微观角度研究氧化还原反应。

[教师]什么原因导致化合价变化？

[问题]以反应2Na+Cl2△2NaCl，H2+Cl2点燃2HCl为例，观看产物NaCl和HCl形成的flash动画，从原子结构的微观视角对比分析两个反应化合价变化的原因。

[分析推理]钠和氯气反应时电子得失导致化合价变化，而氢气和氯气反应时共用电子对偏移导致化合价变化，具体关系如下图5所示。

[模型建立]氧化还原反应的本质是电子转移。

[问题]电子转移能直观呈现吗？以反应Zn+H2SO4=H2↑+ZnSO4为例，请根据提供的装置和试剂，设计实验方案。

[装置、试剂]锌片、铜片、稀硫酸、导线、灵敏电流计、烧杯。

[方案]电子的转移可以通过形成电流证明。将锌片一端连接灵敏电流计，另一端插入稀硫酸，为了形成闭合回路，电流计再连接插入稀硫酸的铜片。装置如图6所示。

[学生]动手实验，通过电流计指针的偏转，证明反应中存在电子的转移。

环节三：概括提升 应用概念

[教师]通过一百多年充满曲折和艰辛的探索，科学家最终建立氧化还原反应概念模型。同学们既要认真体会学习过程中用到的思想和方法，也要概括、总结相关概念，深入理解其中所蕴含的对立统一的哲学关系。（见图7）

[問题]据统计，2019年我国汽车保有量达到2.6亿辆，汽车尾气中的NO和CO对人体和环境有很大危害。请运用氧化还原反应的原理推测NO和CO在一定条件下能否反应，从而实现尾气的绿色化处理。

[学生]有可能。NO被还原生成N2，CO被氧化生成CO2。

[教师]很好！同学们的想法和科学家是一样的，科学家依据此设想设计出三元催化器将尾气处理变为现实，让氧化还原反应发挥出了重要价值。

[展示]在三元催化器作用下汽车尾气处理的科普视频。

[问题]该尾气处理过程如何用方程式表示？

[学生]2NO+2CO催化剂△N2+2CO2

三、教学反思

（一）注重情境、问题解决和活动的整体设计

通过创设情境让学生认识到“四种基本反应类型”的不足之处和氧化还原反应的重要作用，激发其探究欲望。然后，以化学史为线索引导学生像科学家一样通过分析、讨论、概括、解释、推理、实验等活动解决层层推进的问题从而最终完成氧化还原反应概念的动态生成和自主建构，学生的主体性得到充分发挥。

（二）注重化学高阶思维活动的开展

化学高阶思维能力的形成和发展，离不开化学高阶思维活动。本节课通过引导学生结合具体反应实例分析、讨论化合价升降、电子转移与氧化还原反应的关系，提升概括关联能力;通过实验证明反应中存在电子转移，提升设计验证能力;通过汽车尾气处理的讨论，提升推断预测能力。学生在高水平建构化学知识的同时，核心素养和高阶思维协同发展。

（三）注重“证据推理与模型认知”素养的提升

“证据推理与模型认知”是化学学科核心素养的思维核心。本节课引导学生以具体的反应为证据，从得失氧、化合价升降、电子转移层面进行分析、归纳和推理，从而由表象到实质不断深入建构氧化还原反应的认知模型，最后通过汽车尾气的处理实现模型的应用，既培养了学生寻找证据、分析推理和建模、用模的能力，又提高了学生分析、解决问题的能力。

参考文献：

[1]房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准解读（2017年版）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]王晶，毕华林.普通高中课程标准实验教科书·化学必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019：24.

[3]王磊.基于学生核心素养的化学学科能力研究[M].北京：北京师范大学出版社，2017.