依托信息技术探索高中化学的教学设计——以“氧化还原反应”一课为例

文| 范 敏

随着信息技术的快速发展，其在教育领域的应用越来越广泛。对于高中化学教学而言，信息技术不仅为学生提供了更丰富、直观的学习资源，还为教师提供了更多元、高效的教学手段。本文以“氧化还原反应”一课为例，探讨如何依托信息技术，通过合理的教学设计提升高中化学教学的效果，着重培养学生的逻辑思维能力和实践能力。

一、教材分析

“氧化还原反应”是高中化学的基石之一，位于人教版高中化学必修第一册第一章“物质及其变化”的第三节。本节内容不仅是化学基本概念和理论的核心，而且是连接和整合其他化学知识的重要纽带。从知识的层次结构上看，氧化还原反应是学生在初中化学基础上对化学反应分类的进一步延伸与深化。

二、学情分析

进入高中后，学生的化学知识储备和认知能力都有了显著提升，因此有必要也有能力从更深层次和更广泛的角度重新审视和理解氧化还原反应。我们可以从得氧、失氧的表象入手，引导学生思考这背后隐藏的化合价变化，进而深入原子、电子层面的探讨。通过这样的层层递进，学生可以逐渐领悟到氧化还原反应的实质，即电子的转移和化合价的变化。

三、教学目标

1.利用信息技术手段，如电子价类二维图软件，帮助学生从已有的化学反应知识出发，发现化学反应分类的新视角，并引入氧化还原反应的概念。

2.通过多媒体动画展示化合价的变化过程，结合电子线桥表征技术，使学生更直观地理解氧化还原反应的宏观特征，并对常见的化学反应进行分类。

3.利用计算模拟和虚拟实验等技术，揭示化合价变化与电子转移之间的微观联系，让学生从微观层面深刻认识氧化还原反应的本质，并能够进行独立分析。

4.学生能够通过电子线桥表征技术准确描述氧化还原反应的宏观特征，即化合价的升降变化，体现其在新技术手段辅助下的理解和应用能力。

四、教学重难点

教学重点：（1）氧化还原反应的定义与分类；（2）氧化还原反应的特征；（3）氧化还原反应的实质。

教学难点：（1）氧化性与还原性的概念；（2）氧化性与还原性的强弱判断。

五、教学过程

（一）情境导入

教师走进教室，手中拿着一个切开的苹果。

师：大家看，这个苹果切开后颜色为什么会变暗呢？还有我们生活中经常看到的铁生锈，这其中又隐藏着怎样的化学奥秘？

生A：我记得好像是和氧化有关。

师点头：没错，A 同学提到了氧化。那么，什么是氧化呢？为什么物质会被氧化？今天我们就来深入探究这个话题，揭示氧化还原反应背后的原理。

【PPT 展示】屏幕上出现铁在氧气中燃烧的图片，随后是碳在氧气中燃烧的图片，最后是苹果变暗的过程。

师：这些都是我们生活中常见的氧化现象。现在请大家思考，这些反应有什么共同特点？

生B：它们都有氧气参与。

师：B 同学观察得很仔细。确实，氧气在这些反应中都扮演了重要角色。那么，没有氧气参与的反应就不叫氧化反应了吗？我们再来看一个实验。

【PPT 展示】屏幕上出现氢气还原氧化铜的实验装置图。

师：这个实验大家还记得吗？这是氢气还原氧化铜的反应。在这个反应中，并没有氧气的参与，但它仍然是一个氧化还原反应。那么，判断一个反应是不是氧化还原反应的标准究竟是什么呢？

生C：是不是和化合价的变化有关？

师：C 同学提到了化合价的变化，这是一个非常重要的思路。今天我们就来深入探究氧化还原反应的本质，以及如何判断一个反应是不是氧化还原反应。

（二）知识讲解与演示

1.基础知识讲解

教师打开PPT，屏幕上出现“氧化还原反应”的标题。

师：大家好，今天我们要深入探究氧化还原反应。首先，让我们回顾一下基本概念。

【PPT 展示】氧化还原反应的定义、分类及基本特征。

师：氧化还原反应是化学反应中非常重要的一类，涉及电子的转移和化合价的变化。根据电子转移的情况，我们可以将氧化还原反应分为不同的类型。

生（举手）：老师，能不能给我们举个例子来说明一下？

师（点头）：当然可以。如我们之前提到的铁生锈，就是一个典型的氧化反应。铁与氧气反应，生成了铁的氧化物，同时铁的化合价升高了。

2.动态模拟演示

教师首先通过PPT 或电子教材介绍氧化还原反应的基本概念、原理和分类，帮助学生建立初步的认知框架。在基础知识讲解中，教师需要特别强调氧化还原反应中电子转移的重要性，并介绍表示电子转移的方法：双线桥法和单线桥法。

（1）双线桥法：这种方法通过两条箭头线分别表示氧化剂和还原剂之间电子的得失。箭头从氧化剂指向还原剂，表示氧化剂得到电子；箭头从还原剂指向氧化剂，表示还原剂失去电子。箭头上方标明电子转移的数量。这种方法可以清晰地展示电子在氧化还原反应中的流动情况。

例如，在反应Zn+2HCl→ZnCl2+H2中，锌（Zn）是还原剂，氢离子（H+）是氧化剂。教学中教师可以用双线桥法表示这个反应中的电子转移：一条箭头线从锌指向氢离子，表示锌失去电子；另一条箭头线从氢离子指向锌，表示氢离子得到电子。箭头上方标明电子转移的数量为2e-。

（2）单线桥法：这种方法通过一条箭头线表示电子的转移。箭头从还原剂指向氧化剂，表示还原剂失去电子，氧化剂得到电子。箭头上方标明电子转移的数量。单线桥法相对简洁，但同样能够清晰地展示电子在氧化还原反应中的流动情况。

例如，在反应Fe+CuSO4→FeSO4+Cu 中，铁（Fe）是还原剂，铜离子（Cu2+）是氧化剂。教师可以用单线桥法表示这个反应中的电子转移：一条箭头线从铁指向铜离子，表示铁失去电子，铜离子得到电子。箭头上方标明电子转移的数量为2e-。通过讲解和实例演示，学生掌握了这两种表示电子转移的方法，并理解它们在氧化还原反应中的应用。这将有助于学生更深入地理解氧化还原反应的过程和本质。

3.公式解析

【PPT 展示】展示氧化还原反应的基本公式：氧化剂+还原剂→氧化产物+还原产物。

师：这是氧化还原反应的基本公式。在这个公式中，氧化剂是得到电子的物质，还原剂是失去电子的物质。通过这个公式，我们可以更清晰地看到氧化还原反应的过程。

4.案例分析

师：现在，让我们结合生活中的实例，来感受一下氧化还原反应的应用。

【PPT 展示】电池的工作原理图。

师：大家看，这是电池的工作原理图。电池的工作就涉及氧化还原反应。在电池内部，正极是氧化剂，负极是还原剂。通过氧化还原反应，电池能够将化学能转化为电能。

生：老师，那我们平时用的手机电池也是这样工作的吗？

师：没错，无论是手机电池还是其他类型的电池，其工作原理都离不开氧化还原反应。

（设计意图：通过这样的讲解与演示，学生不仅对氧化还原反应有了更深入的理解，还感受到了化学知识在实际生活中的应用价值。）

本节知识梳理如图1 所示。

图1

（三）实验探究与验证

1.虚拟实验操作

师：现在，我们将借助虚拟现实（VR）技术进行氧化还原反应的实验操作。这样不仅可以加深大家的理解，还能培养大家的实验技能。

【学生操作】学生戴上VR 设备，进入虚拟实验室。在教师的指导下，学生选择实验器材，设置实验条件，并开始进行虚拟实验操作。

生：老师，我看到电子在虚拟实验中真的在转移，太神奇了！

师：是的，通过虚拟实验，我们可以更直观地观察到电子转移的过程，从而深入理解氧化还原反应的原理。

2.数据收集与分析

师：在实验过程中，大家要仔细观察并记录相关数据。这些数据将帮助我们分析氧化还原反应的特点和规律。

【学生操作】学生在实验过程中记录电极电势变化、物质质量变化等数据，并利用数据分析软件对数据进行处理和分析。

3.小组讨论与分享

教师：现在，请大家结合实验数据和自己的观察，进行小组讨论。分享你们的发现、心得和疑问。

小组讨论：学生分成若干小组，围绕实验数据和观察结果展开讨论。大家积极发言，分享自己的见解和疑问。

小组I 代表：我们小组发现，在氧化还原反应中，氧化剂和还原剂的浓度变化与反应速率有关：浓度越高，反应速率越快；浓度越低，反应速率越慢。

教师：很好，I 小组的发现很有价值。确实，浓度是影响氧化还原反应速率的一个重要因素。

（设计意图：通过这样的实验探究与验证环节，学生不仅能够亲自体验氧化还原反应的过程，还能通过数据分析和小组讨论深入理解相关原理。同时，学生的实验技能、数据分析能力和团队合作意识也得到了有效提升。）

六、教学反思与建议

（一）深度融合信息技术与化学教学

本次教学实践中，教师利用了信息技术工具进行虚拟实验、数据收集和分析等，有效地提高了教学效率。

（二）强化学生的实践操作能力

虽然虚拟实验具有一定的优势，但是真实实验的操作感和直观性仍不可替代。教师在教学中应加大真实实验操作的比例，让学生在亲手操作中感受化学反应的奥妙，提高他们的实践操作能力。

（三）注重培养学生的自主学习能力

在教学过程中，教师发现部分学生在遇到问题时过于依赖教师或其他同学，缺乏独立思考和解决问题的能力。因此，教师需要更加注重培养学生的自主学习能力，如问题导向法、小组合作探究等方式，引导学生主动思考、积极探索，提高他们的自主学习和问题解决能力。