“氧化还原”认知结构的重建

1、“氧化还原”认知结构的重建摘要针对氧化还原的教学现状，依据有关理论，重新设计了氧化还原的认知结构和实？TL?程，并通过具体实践和效果评估进行了试验研究，以教学设计的校本研究方式呈现了研究结果。?关键词认知结构氧化还原表征？才？1问题的提出?作为化学知识体系中概念学习的重要组成部分，氧化还原的教学现状未能尽如人意。尽管部分学生通过多次强化，以耗费更多的脑力资源为代价，达到了知识教学目标的要求，但其认知结构的建立总体上是机械的，不利于同化的。特别是以化合价作为“先行组织者”的引导材料使用不够，对有一定层次和关联关系的认知结构没有充分组织起来，影响到认知结构的清晰性和稳定性，在后续的元素化合物知识和

2、电化学学习中难于正向迁移。故此，笔者在氧化还原的教学设计中对认知结构的建立作了一些尝试，以求有所改进。?2理论基础?认知结构的发展理论可追溯到皮亚杰的发生认识论，体现了认知结构发展的本质。布鲁纳从最一般的意义上把存在于头脑中的所有知识看作是整体的认知结构，对认知结构作了最抽象的概括。他对认知结构进行了较为系统的阐述。奥苏伯尔是认知结构理论具体化的行家，他强调了概括性强、清晰、牢固、具有可辨别性、可利用性的认知结构在学习过程中的作用，并把建立学习者对教材的清晰、牢固的认知结构作为教学的主要任务。奥苏伯尔的有意义学习理论着重强调了认知结构的地位，围绕着认知结构提出的上位学习、下位学习、相关类属学习

3、、？厂17.薪岷涎？习和创造学习等几种学习类型，为新？芍？识是如何组织的提供了一条较有说服力的解释1。?认知结构的理论要求教学内容的设计要以条理化、结构化和整合化为原则，这一原则并不是要求教学必须从基本的概念和原理教起，而是要以形成结构化、层次化的认知结构为最终目标和总的设计原则。教学内容的设计可采取2条互逆的途径：由一般到特殊和由特殊到一般的设计顺序，即遵循逐步分化和逐步统合的原则（奥苏伯尔的观点）。运用这2条途径的共同前提是，教师对学科基本结构和各部分相互关系能精细了解且始终以形成学生优质的认知结构为目标。?学生要构建合理的化学认知结构，特别要抓好3个重要的环节：认知结构的有效激活、认知结

4、构的初步构建和认知结构的测查与完善。化学教材虽然根据知识结构的特点排列，但是，教材是以静态的序列呈现的，不可能充分满足知识学习的结构化要求。并且，知识的结构性也不等于学生认知的结构化要求，因为知识的结构性往往是根据研究结果的归属来排列的，虽然教材编写者正在努力向学习者的认知特点靠拢，但这是一件相当复杂的工作，短时间里难以完成。因此，教师的教学不能完全按照教材上的知识排列顺序，按部就班地、匀速地进行，必须根据对学生的实际情况和教师对知识的理解，对教材进行加工，以利于学生形成知识的认知结构。层次分明、结构化的知识网络是良好化学认知结构的重要特征，要形成良好的化学认知结构，就要从构建结构化的知识网络

5、入手2。?知识的应用可以提高和促进认知结构的可利用性、可辨别性以及稳定性，这一方面可以使已有的陈述性知识得到优化，使已有知识经验在头脑中得到很好的储存，在解决有关问题时，保证能够及时地提取；另一方面，它还有助于所掌握的陈述性知识向程序性知识的转化，从而形成有关的技能3。?认知结构的概念图、画图、卡片排列等测查方法已经在研究中得到了较多的应用，但这些方法的信度、效度问题都还有待进一步研究，而且，如何将？丁疣椒乒愕绞导式萄e性财？是需要探讨的问题。3“氧化还原”认知结构的建立方案?4 实施方案的具体过程（2课时，新课程人教版化学必修1）?4.1 认知结构的激活?引言：我们知道，用简单分类法可将元素

6、、物质、反应分成不同的类，分类依据不同，分类结果也不同。?观察：在下列2类反应中，说明其分类依据。?给出材料：（板书或投影）（视学生情况可提示化合价的变化）?讨论总结：从反应前到反应后，A组元素化合？塾余？,B组无变化。化学反应据此可分为两？H育夫?4.2 “先行组织者”引导材料?观察：A组中金属单质、H2、阴离子、02、C12、？丁衾胱铀?含元素化合价从反应前到反应后如何变化？?讨论总结：金属单质、H2、阴离子所含元素化合价升高，02、C12、阳离子所含元素化合价降低。？思考：在反应中金属单质的化合价一定升高吗？O2的化合价一定降低吗？?讨论总结：金属元素只有零价和正价，所以金属单质在反应中

7、化合价一定升高，氧元素只有零价和负价，所以O2在反应中化合价一定降低。?思考：其他元素（如氯、硫、氢）的化合价和金属元素、氧元素一样吗？?讨论总结：?Cl2为零价，化合价可升可降，Cu+2、H+只能降，S2-、Cl?-只开，单质C为零价，可升可降。确定物质中元素所处的化合价和该元素的所有化合价，就可判断化合价的升降趋势。?4.3 认知结构（一）的初步构建?思考：为什么不同元素的化合价有所不同？为什么最高价为+7，化合价变化的实质是什么？?4.3.1 表格表征?4.3.2 语义表征?由于不同元素电子层结构不同，形成稳定结构时得失电子数或共用电子对数不同，所以化合价会有不同，8电子稳定结构决定了最

8、高价为+7。?化合价变化的实质是电子的得失或偏移，即电子转移。?化合价升高失去电子，化合价降低得到电子（电子对偏移也看做得失电子）。?得失电子数的确定：失电子总数等于升高的原子数乘以升幅，得电子总数等于降低的原子数乘以降幅，得失电子总数一定相等。?4.3.3 知识的应用?标出下列反应化合价的升降和电子转移的方向数目:CO+H2O=CO2+H2?2KClO3=2KCl+3O2?MnO2+4HCl=MnCl2+C12T+2H2O?Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O?4.4 认知结构（二）的初步构建?4.4.1 语义表征?像金属单质、氢气、简单阴离子这样一些物质，所含元素处于其低价，在

9、反应中化合价升高、失去电子的性质，还有像氧气、阳离子这样一些物质，所含元素处于其高价，在反应中化合价降低、得到电子的性质均是物质的基本属性之一（如同物质的活泼性、稳定性，酸的酸性、碱的碱性，金属的金属性、非金属的非金属性一样），前者属于还原剂的还原性，其化合价升高、失去电子的过程叫做被氧化，发生氧化反应，对应产物叫氧化产物；后者属于氧化剂的氧化性，其化合价降低、得到电子的过程叫做被还原，发生还原反应，对应产物叫还原产物。而把此类化合价有升降，电子有转移的反应叫氧化还原反应。其中氧化反应和还原反应同时发生，化合价有升就有降，电子有得就有失。化合价没有变化，电子没有转移的反应叫非氧化还原反应。?4

10、.4.2 表格表征4.4.3 图示表征?氧化剂（高价）+还原剂（低价）还原产物（较低化合价降低得到电子被还原价）+氧化产物（较化合价升高失去电子被氧化高价）?4.4.4 命题表征?元素在物质中若处于其最高价，则其化合价只能降低，只能得到电子，只能被还原，只具有氧化性，如Fe3+、硫酸中的硫元素等；元素在物质中若处于其最低价，则其化合价只能升高，只能失去电子，只能被氧化，只具有还原性，如氢气、金属单质等；若处于中间价态，则既有氧化性，又有还原性。同一反应中，氧化性：氧化剂大于氧化产物；还原性：还原剂大于还原产物。4.4.5 知识的应用?练习1下列物质或离子只有还原性的是，只有氧化性的是，既有氧化

11、性又有还原性的是。Cu+2O2Fe+2Cl-S2-H2OHClSH+Cl2?练习2判断下列反应哪些属于氧化还原反应，属于氧化还原反应的分析化合价的升降、电子的转移、氧化还原过程，并指出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。4.5 认知结构的测查与完善?问题情境：为什么说任何化合物在适当条件下既有氧化性又有还原性？分解反应、化合反应是否都是氧化还原反应？复分解反应呢？氧化还原反应与4种基本反应类型有何关系？?讨论总结：化合物中有正价和负价的元素，当其变为零价时，则其既有氧化性又有还原性。有单质生成的分解反应和有单质参加的化合反应中单质所含元素的化合价肯定有变化，所以只有一部分化合反应和分解反应是氧

12、化还原反应，复分解反应中元素化合价都不变，是非氧化还原反应。?图式表征：见教材的4种基本反应类型与氧化还原反应的关系图示。?作业：标由A组的反应中电子转移的方向数目，指由氧化剂、还原剂。?5 实施效果的评估?5.1 量表的设计?本次统计结果不计入任何成绩册，只作为教学研究使用，希望你能如实填写，并核对你的试题答案（单选），效果选项可多选，谢谢合作。?5.2 统计结果及其解释?统计样本为本校高一年级4个平行班，2个实验班，2个对照班，共205人，发量表205份，收回201份，废卷4份。由于本校为普通中学，本届学生的入学水平在平行学校中位于最末，其统计结果的信度、效度只能局限在校本研究内；受样本的限制，统计工具未采用spss只用电子表格进行了粗略的百分比估计，保留到整数位，结果如下。从表中可以看出，实验班的试题正确率比对照班