基于核心素养的“氧化还原反应”学习进阶探讨

2022-03-16孙嘉茵王升富

化学教与学 2022年5期

孙嘉茵王升富

摘要：氧化还原反应是中学化学一个重要的学习主题，贯穿于整个中学化学的学习过程，与其它主题的学习紧密联系，对于中学化学学习至关重要。为了整合知识点和促进学生学科核心素养的连贯发展，依据现有研究、化学课程标准和人教版新化学教材、学生学情及认知规律，将“氧化还原反应”在中学化学的学习分为六个阶段，为学习内容和学科核心素养设计合理的学习进阶过程。

关键词：学习进阶;氧化还原反应;学科核心素养

文章编号：1008-0546（2022）03-0017-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.004

中学化学围绕氧化还原反应这一主题学习衔接了学生初中阶段的基础学习和高中阶段必修课程及选择性必修课程的进一步学习。从知识层面上分析，该主题的知识点冗杂，不仅涉及化学反应的本质和原理以及物质的化学性质，还涉及到同种元素不同物质的转化和电化学原理以及化学能源的应用前景等。从学科核心素养层面分析，围绕氧化还原反应这一主题的学习内容不仅有利于学生构建化学思想观念，还可以培养学生的科学探究和问题解决的能力，同时树立学生的社会责任感。

学习进阶（learning progressions，简称 LPs）[1]指学生在各学段学习同一主题概念时，遵循连贯的学习路径。学习进阶理论认为[2]，学习是一个可持续发展的过程，学生对某一内容主题的理解存在多个不同的中间水平，在这个学习的时间段中，学生对该内容的理解和思考逐渐成熟，不断深入。

依据学习进阶理论，相互关联的知识点将作为一个整体呈现[3]。以氧化还原反应的学习为例，把学习分为下文所列六个进阶过程，每一个进阶为一个“垫脚石”。“氧化还原反应”学习的进阶过程中，由简单到深入，由低阶到高阶，跨越初中和高中的界线以及高中必修和选择性必修的界线，将不同阶段的知识点整合在一起。因此，探讨“氧化还原反应”的学习进阶过程，不仅有助于学生在这一主题的学习，也有利于学生学科核心素养的培养。

一、中学化学课程标准对“氧化还原反应”主题相关的内容要求

根据《义务教育化学课程标准（2011年版）》[4]和《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》[5]，对“氧化还原反应”主题相关的内容进行梳理，相关的课程标准内容要求如表1所示。

二、氧化还原反应学习进阶的划分

我们把中学围绕氧化还原反应这一主题的学习内容分为六个阶段，六个阶段分布在初、高中课程的不同章节。

1.新人教版化学教材不同阶段的学习内容

（1）阶段一：初始萌芽阶段

义务教育阶段的九年级上册第二单元课题2[6]，教材采用“氧气可以使带有火星的木条复燃”“硫分别在空气和氧气里燃烧”“铁丝在氧气中剧烈燃烧”三个实验。学生通过实验与讨论，找出三个反应的共同特征，知道氧化反应是“物质与氧发生的反应”。根据反应中氧气氧的特征，认识氧气具有氧化性。

在第六单元课题1 中[7]，通过木炭与氧化铜反应的学习，得出还原反应是“含氧化合物里的氧被夺去的反应”。通过木炭是将氧化铜还原为铜的学习，认识木炭具有还原性。

因此，在初中阶段从“得氧与失氧”角度建立起“氧化反应”与“还原反应”的初步概念，为中学氧化还原反应主题的“初始萌芽阶段”。

（2）阶段二：准备进阶阶段

在九年级上册第四单元课题4“化学式与化合价”中[8]，学习了化学式的确定依据，认识元素在物质中可以呈现不同的价态，知道一些常见元素的化合价以及确定元素化合价的注意事项，知道元素的化合价是元素的原子在形成化合物时表现出来的一种性质。

这一阶段学生初步认识 C、O 等元素在不同物质中有不同化合价，同时为高中从元素化合价的变化角度继续学习氧化还原反应相关概念奠定基础。此为中学氧化还原反应主题的“准备进阶阶段”。

（3）阶段三：初步进阶阶段

在人教版必修一第一章第三節“氧化还原反应”中[9]，学生学习氧化还原反应的特征本质。在“思考与讨论”栏目用两个化学方程式（见图1）中元素的化合价以及反应类型，并设置三步思考问题。

这一阶段学生从初中“得氧与失氧”角度认识“氧化反应”与“还原反应”过渡到高中从“元素化合价升降”与“电子转移”角度认识“氧化还原反应”。学习用化合价的升降和电子转移的视角认识氧化反应与还原反应、被氧化与被还原、氧化剂与还原剂、氧化性与还原性，并知道它们之间的关系。此为中学氧化还原反应主题的“初步进阶阶段”。

（4）阶段四：巩固应用阶段

在人教版必修一的第二章“钠、氯及其化合物”的学习中，第三章的“铁金属材料”的学习中以及必修二“硫、氮及其化合物”的学习中，从氧化还原反应的角度理解同种元素可以具备不同价态，探讨同种元素不同价态物质之间的转化，更加深刻地理解氧化还原反应的本质，并在不同元素及其化合物的学习中进一步深化理解“氧化剂”和“还原剂”，并运用电子转移的知识学会化学方程式的配平。此为中学氧化还原反应主题的“巩固应用阶段”。

（5）阶段五：全面进阶阶段

在人教版必修二第六章第一节“化学反应与电能”中[10]，通过原电池实验和原电池原理示意图，建立“氧化还原反应”与“能量转化过程”的关系，从原电池工作原理的角度引入“原电池”的概念并介绍了电池的应用价值。此为中学氧化还原反应主题的“全面进阶阶段”。

（6）阶段六：升华应用阶段

在人教版选择性必修1第四章“化学反应原理”中[11]，在铜锌原电池的基础上，进一步学习了（1）原电池和不同化学电池的工作原理和应用，（2）电解池的电解原理和应用，（3）金属的腐蚀与不同的防护方法。此为中学氧化还原反应主题的“升华应用阶段”。

2.氧化还原反应学习的进阶框架

围绕上述对教材中“氧化还原反应”不同阶段的分析，基于学习进阶理论，结合学生的学情以及人教版初、高中教材和课程标准的要求，我们将不同阶段学生应学习的核心知识以及进阶目标进行分析，如表2所示。

三、从核心素养视角分析“氧化还原反应”进阶的过程

基于学习进阶的理论和课程标准对核心素养水平划分，将核心素养再分为六个水平，并从学生的学情出发分析学生在各个发展水平的具体描述及其进阶目标，见表3、表4、表5。

1.学科核心素养进阶过程的相关性

基于学习进阶的“氧化还原反应”及其相关主题的学习进阶以学生现有认知状态作为进阶起点，围绕核心知识点依次进阶、逐级深化学生的思维方式[13]。通过对中学化学“氧化还原反应”主题以及与之相关的主题的内容的分析，合理地设计进阶框架，在每个阶段的核心知识的基础上建立进阶目标，在实现进阶目标的同时促进学生学科核心素养的连贯发展[14]。基于学习进阶的“氧化还原反应”及其相关主题的学习进阶的最终阶段是学生实现化学学科核心素养，即学生形成正确价值观、具备关键能力和必备品格。新课程标准中5个方面的核心素养之间相辅相成，各有侧重，在学习进阶的过程中探讨不同方面核心素养间的相关性，见图2。

四、基于学习进阶的中学化学“氧化还原反应”的教学衔接

在教学过程中，教师应当把握学生的学情和认知，深探“氧化还原反应”的每一个进阶，选择适当的方法。学生每一个阶段都是一个“垫脚石”，可以帮助学生巩固前面学习的知识，同时帮助学生更加顺利地进入下一个阶段的学习。教师的任务在于要围绕核心知识对教学目标整体把握，有效衔接每一个“垫脚石”。

教师应该熟悉中学化学课程标准、中学化学教材以及学生的学情和认知规律，了解学生在每个阶段所掌握的知识内容和思维发展水平。明确学生在不同阶段所处的水平，帮助学生在中学阶段形成“氧化还原反应”的知识框架。

在初中阶段，化学属于基础学科，注重激发学生的学习兴趣，形成基本的化学概念。学习“氧化反应”“还原反应”和“氧化性”“还原性”的基本特征教学过程中，教师可以联系生活中氧化的例子导入知识。创设生动的实验情境引导学生进行观察与讨论。为学生提供更多的实验机会，尽可能以学生为主体完成实验。学生亲身经历科学探究活动，探究反应规律，发展学生的科学态度。

在必修一阶段，学生需要逐渐实现思维的转变，学生在理解电子转移的过程可能存在困难。教师要充分利用初中和高中的相似知识，引导学生在已有的知识基础上进一步学习，建立一个系统的知识框架，实现了初高中的学习进阶。教材的第一章第三节的开篇让学生回顾初中氧化反应和还原反应的相关知识同时创设问题情境。教师可以运用真实的生活情境激发学生学习欲望，如“银饰品佩戴久了变黑是不是说明身体变差？”“用什么办法处理汽车排放的有毒气体？”等。

由于初高中在氧化还原反应的表述上有所不同，学生在知识的衔接上可能理解不当。教师引导学生以实验为基础的科学探究的过程中逐步产生变化观念，认识化学变化需要一定的条件。在探討氧化还原反应的本质过程中找到反应的规律，找到氧化还原反应中的“变”与“不变”，在动态的反应中找到变化的反应过程和电子转移以及不变的反应规律。引导学生从“化合价变化”和“电子转移”的角度，动态地分析化学变化，认识氧化还原反应的普遍特征和本质，实现初高中的学习进阶过程。

在必修一第三章和必修二的第五章中，金属元素和非金属元素的学习是对氧化还原反应的初步应用阶段。学生学习了氧化还原反应本质有利于对这部分知识的理解。教师在教学过程中可以充分运用同一元素不同价态化合物之间的转化关系图促进学生对知识的理解，如图3、图4所示。

在必修二阶段，教师可以结合生活实际，用电池的应用过程，围绕化学能与电能的转化关系，引发学生思考。为学生提供电极材料，学生自主设计原电池的实验，合作讨论解决问题。在引入氧化还原反应与能量转化之间的关系，引导学生认识化学反应与电能转化的关系，认识氧化还原反应是实现化学能向电能转化的关键，并引入原电池的概念。在实验探究活动“简易电池的设计与制作”，学生将自主构建原电池的构成要素和工作原理，进一步理解原电池的本质，培养学生科学探究能力。在教学过程中运用实验现象，引导学生转变偏差认识。同时简单地学习了不同的化学电池，了解化学电池作为新能源的重要性。

在选择性必修1 阶段，通过创设双液原电池实验情境，引导学生运用所学习的知识进行原电池的实验设计探究活动。在实验探究原电池工作原理的过程中，有机结合“操作-观察-思维”，在实验操作中“偶然”发现铜片的表面上产生气泡而感到疑问，提出假设并设计实验加以验证，初步建立对电化学的分析思路。帮助学生更高层次地从氧化还原反应的本质上认识原电池的原理，实现了阶段五到阶段六的学习进阶。在必修二的学习基础上，教师在教学过程应充分创设真实情景（如不同燃料的应用情景的选择、不同金属材料防护方法的选择等），让学生在原电池和溶液电解的实验探究中学习。学习过程中，学生认识到化学在能源领域中的重要性，进一步培养学生的社会责任感。

五、结语

在理论的基础上，4位中学一线化学教师湖北蕲春一中何亚龙、湖北麻城一中曾黎星、武汉市第一中学余勇军、广州市执信中学汪响林结合自身一线教学经验为本文提供了予以改进的借鉴思路。

对于中学氧化还原反应的学习，教材遵循了螺旋式上升的原则，但是由于时间跨度大，容易造成学生学习的“断层”，因此教师需要引导学生掌握每一个进阶目标，不仅可以帮助学生巩固已学知识，同时可以促进新知识的理解。教师要做到整体上把握教材，找出阶段间的内在联系，分析学生的能力和认知水平，将知识结合生活实际，合理设计科学探究活动，围绕每一阶段的核心知识展开教学，由简单到复杂，由浅至深地学习。

参考文献

[1] 刘晟，刘恩山.学习进阶：关注学生认知发展和生活经验[J].教育学报，2012（2）：81-87.

[2] 张颖之.理科课程设计新理念：“学习进阶”的本质、要素与理论溯源[J].课程·教材·教法，2016，36（6）：115-120.

[3] 张玉峰.基于学习进阶的科学概念教学内容整合[J].课程·教材·教法，2019，39（1）：99-105.

[4] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[5] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[6] 人民教育出版社.课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：33-35.

[7] 人民教育出版社.课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：112-113.

[8] 人民教育出版社.课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育教科書化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：85-88.

[9] 人民教育出版社.课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.化学-必修1[M].北京：人民教育出版社，2019：20-24.

[10]人民教育出版社.课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.化学-必修2[M].北京：人民教育出版社，2019：36-40.

[11]人民教育出版社.课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.化学-选择性必修1[M].北京：人民教育出版社，2020：93-119.