探讨初高中氧化还原反应知识体系的建构和教学意义

探讨初高中“氧化还原反应”知识体系的建构和教学意义

李华女摘要：“氧化还原反应”作为中学化学的核心知识之一，是贯穿中学化学知识系统的一条思想主线。依据课程标准中对有关氧化还原反应的内容要求以及结合教材中对相关知识的编排，从知识呈现的逻辑顺序上，探讨初高中化学有关氧化还原反应知识体系的建构和功能。Key：氧化还原反应;教材内容;知识建构氧化还原反应是学生有效学习元素及其化合物化学性质的理论基础，也是引导学生探究和推断物质性质的重要依据。通过氧化还原反应内容的学习，提高学生在具体的实际情景中运用氧化还原反应的相关理论分析和解决问题的能力，也是氧化还原反应社会价值的体现。一.初高中阶段教材的编排初中阶段，课程标准只要求掌握四种基本类型的反应，对氧化还原反应不作要求，但在教材内容上有所体现。教材中通过氧气的化学性质体现物质的氧化性，碳粉还原氧化铜体现物质的还原性，分别从得失氧角度感性认识氧化反应和还原反应，两个概念相对独立。高中阶段，氧化还原反应内容在化学课程安排中采取分阶段呈现的方式，通过螺旋式上升的方法分为三个阶段编排穿插在不同的主题中。随着学习阶段的推进，从《化学1》电子转移角度认识氧化还原反应的本质，到《化学2》认识元素性质与物质结构的关系，再到《化学4》运用基本原理实现化学能与电能的转化，电化学腐蚀原理等不断深入，氧化还原反应核心概念理解趋于完善，其中对每个阶段的具体要求和内容编排如下所示：阶段1：在《化学1》氧化还原反应内容中涵括了氧化还原反应的本质、氧化剂与还原剂以及氧化还原反应方程式的配平等。其次，在后两章元素化合物学习中，也着意发挥了氧化还原反应对元素化合物学习的指导作用。在物质的转化中充分渗透了氧化还原反應观，也让学生进一步了解生产、生活中常见的氧化还原反应。阶段2：在《化学2》原子结构与元素周期表学习中，通过探究原子结构与元素性质的关系，形成对元素性质（氧化性、还原性）的规律性认识。初步认识化学能与电能的转化;阶段3：《化学4》电化学内容的学习是氧化还原反应的应用实例，深化学生从本质上理解运用氧化还原反应，深刻认识化学能与电能之间的转换的装置，解释金属腐蚀原理，体会科学的价值与魅力。综合以上分析可知，氧化还原反应作为中学化学的重要知识主线，主要通过四个步骤即得失氧的角度、电子转移的角度、原电池和电解池原理贯穿于中学化学教学中，深化对核心概念的理解。关于氧化还原反应在高中阶段的知识体系如图1-1所示。《化学1》教材中“氧化还原反应”概念的形成过程都体现了宏观与微观、定性与定量、语义与符号等表征形式。首先通过化合价分析确定化合价发生变化的反应为氧化还原反应，再从电子转移层面认识其化合价变化的微观实质，以达成概念宏观到微观的本质认识。而后又通过氧化还原反应方程式的配平及元素化合物知识的学习，逐步从定性深入到定量，认识电子转移及物质转换之间的定量关系，并突出化学符号的应用。二.氧化还原反应的教学意义氧化还原反应作为中学化学的核心概念之一，挖掘其潜在的价值，探究化学核心概念对学生的认识发展作用具有重要的实践意义。在《化学1》阶段，氧化还原反应及其相关概念的教育教学价值在于：对化学反应分类的新视角，对物质及其性质的新视角，研究物质性质思路和方法的新视角，分析实际现象和问题的新视角。其中，主要体现为以下四点。（1）促进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，能使学生以新的更为本质的视角看待化学反应的类型。学生对化学反应分类原有的认知是根据反应物和生成物的种类及数量判断，对化学反应的微观认识仅停留在原子间的重组。而学习氧化还原反应后学生能从微观角度——根据原子重组时有无电子的转移把氧化还原反应分为氧化还原反应和非氧化还原反应，拓展了对化学反应更为本质的微观认识。（2）促进学生对物质性质及其类别的认识发展通过核心概念的下位概念氧化性和还原性、氧化剂和还原剂概念的学习，能使学生建立认识物质性质和物质类别的新视角。学生对物质性质的原有认识局限于酸性和碱性，对化学反应局限于以酸碱盐为分类的物质类别之间的反应。学习了氧化还原相关概念后，学生能对接触的物质建立氧化性和还原性的认识以及促进对物质类别的认识，例如学生能认识到金属一般具有还原性，常常作还原剂。（3）促进学生对研究物质性质思路和方法的认识发展在学习氧化还原反应内容前，学生仅从物质的类别角度认识和研究物质的性质。学习后，学生能建立认识和研究物质的氧化性或还原性的思路的方法。即面对一种新物质时，学生能抓住核心元素并分析其化合价变化，从元素化合价的角度预测物质具有的氧化性或还原性，然后能自主地选择合适的氧化剂或还原剂设计实验进行验证。（4）促进学生对实际现象和问题的分析通过氧化还原反应内容的学习，提高学生在具体的实际情景中运用氧化还原反应的相关理论分析和解决问题的能力。例如，铁生锈、燃烧现象的解释;低价态硫的物质转化为生活生产所需的高价态的硫酸