促进学生认识发展的化学1模块氧化还原专题的单元整体教学研究

促进学生认识发展的化学1模块氧化还原专题的单元整体教学研究

摘要在分析氧化还原已有研究的基础上,阐述了氧化还原内容对学生认识发展的作用,提出了氧化还原专题的教学论问题并进行了探讨,在此基础上进行了氧化还原专题的单元整体教学设计及实施研究,取得了良好的教学效果。

关键词认识发展氧化还原单元整体教学教学论问题核心概念教学

1 研究背景

氧化还原反应是化学核心概念,已有的研究较多,主要有5大方面的研究:(1)对氧化还原反应知识体系的研究;(2)对氧化还原反应的学习评价研究,如高考中常见的氧化还原反应题型与考查形式等;(3)对氧化还原反应教学有效性的研究,如以建构主义理论为依据突破氧化还原反应的教学难关、运用先行组织者策略阐述氧化还原概念、抛锚式教学法在氧化还原反应教学中的应用等;(4)对氧化还原反应课程内容与教学问题的研究,如郭红霞(2004)认为当前氧化还原反应课程建设与教学中存在的2个突出问题:理论知识的指导价值突出不够和忽视了以氧化还原反应为核心的思维模型的建立等;(5)关于氧化还原反应的学生学习心理和认识发展的研究,如丁伟等(2006)测查了学生关于氧化还原各方面产生的偏差概念,并在2008年探讨了氧化还原反应相关概念内部表征形式类别、内部表征生成机制、内部表征应用机制。

虽然关于氧化还原内容的已有研究较多,但是由于高中化学新课程课程结构和课程内容组织安排的变化等原因,氧化还原内容的教学仍存在较多问题。研究者(梁永平,郭红霞,2004)通过调查发现学生对于氧化还原反应本质没有形成很好的理解,学生没有形成物质性质研究的基本模型,氧化剂、还原剂的理解性积累存在缺陷,运用原理解决问题的思维较差等;任雪明(2009)通过教学调研发现浙江省有近一半以上的学校和教师选择了在化学1模块新授课中对“氧化还原”进行了较为系统的教学,包括氧化还原反应的判断和分析、物质氧化性和还原性强弱的比较、氧化还原方程式的配平等等,将后续有关氧化还原反应知识移前和深化,教学结果表明高一学生无法适应这种超前的高难度、高强度的教学安排。

通过文献和教学实践调研,不难发现:由于教师没有充分认识到氧化还原内容的教学功能和价值,导致在化学1模块教学中元素化合物知识学习缺乏理论的指导作用;教师过于关注氧化还原反应知识本身的教学,忽略了氧化还原反应教学价值的体现和落实,特别是忽略了氧化还原反应内容学习对学生认识发展的作用。如何才能在教学中真正实现氧化还原反应对物质性质学习的指导作用,真正落实学生的认识发展,这正是本研究所要解决的主要问题。为了达到这样的教学目的,首先要分析氧化还原内容对学生认识发展的作用。

2 氧化还原内容对学生认识发展的作用

研究者(梁永平,郭红霞,2002)认为氧化还原反应是中学化学的核心知识之一,它对于学生的化学学习具有以下科学学习价值:能帮助学生更加深刻地理解物质结构与性质的关系;可以指导学生探究元素化合物的性质;可以指导学生设计物质的制备原理;指导推断复杂反应的产物或反应物;指导学生探究设计合理的原电池和电解池;有利于学生理解相关的物质含量的定量分析;帮助学生形成正确的辩证统一的哲学观点。那么,在化学1模块中,通过氧化还原内容的学习,学生的认识将会得到怎样的发展变化?即氧化还原内容对学生的认识发展具有怎样的作用?

2.1 促进学生对化学反应及其应用的认识发展

氧化还原反应概念的建立,能够使学生建立对化学反应分类的新视角,特别是对化学反应认识的新视角。原来学生对化学反应的宏观认识是有新物质的生成、发光发热等,微观认识是原子间的重新组合。学习了氧化还原反应之后,学生认识到化学反应有存在电子转移和不存在电子转移之分,即让学生建立起“原子在重新组合过程中是否发生电子转移”这一认识视角,发展学生对化学反应的微观认识,建立起对化学反应分类的更本质的角度。此外,通过氧化还原反应应用价值的分析,让学生初步构建化学反应利用的基本角度,如制备新物质,实现物质中不同元素价态的转化;实现能量转变,为人类提供能量等。

2.2 促进学生对物质及其性质的认识发展

通过氧化性和还原性、氧化剂和还原剂概念学习,使学生建立认识物质性质的新视角,建立物质分类的新视角。没有学习这些概念之前,学生对物质性质的认识,局限于酸性和碱性,局限于哪些物质之间能否发生化学反应。学习概念之后,看到物质学生能够主动分析该物质是否具有氧化性或还原性,什么样的物质具有氧化性,什么样的物质具有还原性,并且学生对已经知道或接触的物质能够建立氧化性和还原性的认识角度。例如学生原先知道金属铁、锌等能与酸发生反应,学习氧化性与还原性、氧化剂与还原剂之后,学生应该认识到金属一般具有还原性,通常可以作还原剂,能够脱离具体的化学反应,就物质来谈氧化性、还原性问题。面对物质,学生是否自主地、能动地去分析物质的氧化性和还原性、氧化剂和还原剂等问题,是判断学生是否真正建立认识物质性质新视角和物质分类新视角的重要依据。

2.3 促进学生对研究物质性质思路和方法的认识发展

学生原先从物质类别的角度认识和研究物质的性质,学习氧化还原内容之后,学生应该建立认识和研究物质氧化性或还原性的思路和方法。面对一种新物质,学生应该能够从所含元素的化合价角度预测物质是否具有氧化性或还原性。物质中具有多种价态元素,其化合价处于高价,能够降低,即有氧化性。元素的化合价处于低价,能够升高,即有还原性。若元素的化合价处于中间价态,既具有氧化性又具有还原性;然后选择合适的氧化剂或还原剂,设计实验验证预测。如让假设具有还原性的物质与氧化剂接触,通过实验现象分析是否发生了氧化还原反应,从而验证假设是否正确,从而得出物质是否具有还原性的结论。

2.4 促进学生对实际现象和问题的解释分析

通过氧化还原反应内容的学习,学生对于相关的实际现象和问题的解释分析能力将得到进一步的发展。如从氧化还原角度对铁生锈、燃烧等现象的解释;从是否改变元素价态的角度分析物质的转化,把氧化还原理论用于物质的转化。如自然界中存在含有低价硫元素的物质,人类生产生活需要含有高价硫元素的硫酸,可通过选择合适的氧化剂实现硫元素价态的改变;同理自然界中含有高价元素的金属矿物,人们生产需要金属材料(单质),需要选择合适的还原剂实现金属矿物到金属单质的转化。

当然,学生在中学阶段氧化还原的相关认识不仅要在化学1阶段得到发展,在其他模块的学习中还要继续发展,例如通过化学1模块的学习发展学生基于化合价对化学反应和物质性质进行分析、解释、预测、探究的应用水平;通过化学2模块的学习发展学生基于电子转移对化学反应、物质性质和能量转化问题进行分析、解释、配平和计算的应用水平;再通过化学反应原理模块的学习发展学生基于电化学对能量转化、物质转化、腐蚀防腐问题进行分析、解释、评价与设计的应用水平。

3 氧化还原专题的教学论问题分析

为了实现氧化还原内容对学生的认识发展作用,还需要了解学生相关认识发展存在哪些障碍点?教学内容的选择和深广度会有哪些变化?教学内容组织和处理有哪些重要问题要解决?下面专门提出促进学生认识发展的氧化还原内容的教学论问题并且进行探讨。

3.1 学生认识发展障碍点分析及解决对策

3.1.1 如何让学生建立氧化还原反应的本质是电子转移这一认识

在进行化学1模块学习时,学生具有的微观认识较少,缺少深入的原子结构认识,更没有化学键认识。在这样的背景下,如何让学生建立氧化还原反应中存在电子转移的认识?有效的教学策略包括:充分利用具体实例;让学生通过宏观现象进而“看到”电子转移;从理论分析、实验事实等不同角度让学生建立电子转移的认识,实现认识的逐渐建构。

水平5:高考复习,达到应用氧化还原反应解决分析综合实际问题的能力。如综合应用物质的氧化性和还原性强弱,解决分析定量计算、物质制备、能量转化、实验设计等综合问题,甚至还要跟其他相关的知识联系共同解决问题。

3.3 教学组织及处理问题

教师关于氧化还原内容的教学组织和处理具有稳定的、习惯性的方式,在新课程的背景下,面对新的要求,必然会产生相关教学论问题,如氧化还原反应概念