基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐路徑
——以“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)為例

劉永志

（廈門集美中學(xué)，福建 廈門 361021）

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）提出具有國際視野、符合新時(shí)代普通高中教育教學(xué)的新理念——學(xué)科核心素養(yǎng)，即通過各學(xué)科的特點(diǎn)，凝練出各學(xué)科最本質(zhì)的育人價(jià)值。學(xué)科核心素養(yǎng)是對上一輪普通高中課程改革提出的知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三維目標(biāo)的進(jìn)一步整合與凝練。通過各學(xué)科發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，不僅是學(xué)科本身育人價(jià)值的體現(xiàn)，也是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的具體形式。［1］對于化學(xué)學(xué)科而言，學(xué)生通過對具體知識(shí)的學(xué)習(xí)，具備相應(yīng)的科學(xué)素養(yǎng)，為以后的發(fā)展以及終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。課標(biāo)提出，化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)包含5 個(gè)方面內(nèi)容。如何在教學(xué)實(shí)踐中創(chuàng)造性地落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，是一線教師們面臨的共同課題?，F(xiàn)以2019 年魯科版高中化學(xué)《必修（第一冊）》“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)為例，探討基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐路徑。

一、從課標(biāo)與教材中找尋落實(shí)教學(xué)目標(biāo)的落腳點(diǎn)

課標(biāo)對氧化還原反應(yīng)內(nèi)容的要求是，讓學(xué)生了解氧化還原反應(yīng)是有元素的化合價(jià)發(fā)生變化的反應(yīng)，知道其實(shí)質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，以及常見的氧化劑和還原劑。上述必修課程中的要求，是對氧化還原反應(yīng)概念以及本質(zhì)的學(xué)習(xí)。［2］氧化還原反應(yīng)是高中化學(xué)必修課程中的核心概念［3］，是后續(xù)選擇性必修課程中的“電池”“電解”教學(xué)中的重要基礎(chǔ)。氧化還原反應(yīng)的教學(xué)，以2019 年魯科版高中化學(xué)《必修（第一冊）》第2章第3 節(jié)為內(nèi)容。氧化還原反應(yīng)作為高中化學(xué)的核心概念，在教材的編排上，為后面元素化合物以及電化學(xué)的教學(xué)奠定基礎(chǔ)，特別是在后續(xù)元素“價(jià)—類”二維圖的教學(xué)中地位更為突出。

此外，學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平局限于初中學(xué)過的四大基本反應(yīng)類型、常見元素的化合價(jià)分析，以及高中剛剛學(xué)過的物質(zhì)的量計(jì)算、物質(zhì)的分類等知識(shí)，在此基礎(chǔ)上，拓展學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)分類。當(dāng)然，讓學(xué)生在基于證據(jù)推理的基礎(chǔ)上，理解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，以及建構(gòu)起氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知分析模型，是發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的具體教學(xué)模式。教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)，還在于引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)化學(xué)情境中，通過學(xué)科思維方法，基于證據(jù)推理，理解電子轉(zhuǎn)移是氧化還原的實(shí)質(zhì)，并讓學(xué)生逐漸形成認(rèn)知分析模型。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)思路，既能提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，也能使學(xué)科素養(yǎng)在高中化學(xué)課堂真正落地生根。

二、從教學(xué)設(shè)計(jì)思路中探尋學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的實(shí)施路徑

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)思路如表1 所示。在每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中，都以學(xué)生已有的認(rèn)知為基礎(chǔ)，通過活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)，讓學(xué)生在真實(shí)化學(xué)情境中，體會(huì)科學(xué)探究的本質(zhì)。

表1 教學(xué)過程的設(shè)計(jì)思路

三、從知識(shí)與能力的進(jìn)階中追求學(xué)科核心素養(yǎng)的提升

（一）運(yùn)用聯(lián)想質(zhì)疑導(dǎo)入，發(fā)現(xiàn)新問題

學(xué)生在初中已學(xué)過四大基本反應(yīng)類型，以及常見元素化合價(jià)的分析。因此，選取學(xué)生熟悉的銅及其化合物的4 個(gè)化學(xué)反應(yīng)。

（1）2Cu+O22CuO

（2）H2+CuOCu+H2O

（3）Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

（4）CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓+Na2SO4

通過判斷這4 個(gè)反應(yīng)的基本類型，引導(dǎo)學(xué)生分析銅元素的化合價(jià)發(fā)生了哪些變化，前三個(gè)反應(yīng)與最后一個(gè)反應(yīng)的特征有什么不同，導(dǎo)入新課。學(xué)生通過觀察，能正確回答出四個(gè)反應(yīng)的基本類型，接著分析元素價(jià)態(tài)，發(fā)現(xiàn)（1）（2）和（3）反應(yīng)中銅元素價(jià)態(tài)發(fā)生變化，但（4）反應(yīng)中銅元素的化合價(jià)卻沒有變化。接著，為學(xué)生對反應(yīng)類型的思考作鋪墊：四大基本反應(yīng)類型是認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，對化學(xué)反應(yīng)分類的一個(gè)視角，那么前面分析4 個(gè)反應(yīng)中銅元素的化合價(jià)發(fā)現(xiàn)，有的化學(xué)反應(yīng)中元素的化合價(jià)會(huì)發(fā)生變化，有的卻沒有發(fā)生變化，這是否是重新認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的新視角呢？這樣的設(shè)計(jì)是在學(xué)生原有的認(rèn)知水平上，讓學(xué)生判斷反應(yīng)的基本類型，并分析元素化合價(jià)的變化，在此基礎(chǔ)上，重新思考認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的新視角。學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識(shí)的角度以及思路更加豐富，引發(fā)積極思考，提升思維水平。

（二）建立概念認(rèn)知，認(rèn)識(shí)反應(yīng)分類及其關(guān)系

通過對前面銅及其化合物4 個(gè)化學(xué)反應(yīng)的分析發(fā)現(xiàn)，化合價(jià)的變化是對化學(xué)反應(yīng)分類的一個(gè)新角度，這是開拓學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)分類的新視角。從化學(xué)反應(yīng)過程中有無元素的化合價(jià)發(fā)生改變，可以把反應(yīng)分成兩類：有元素變價(jià)的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)；相反，沒有變價(jià)的是非氧化還原反應(yīng)。在了解氧化還原反應(yīng)的概念后，即建立氧化還原反應(yīng)的概念認(rèn)知，再讓學(xué)生判斷前述4 個(gè)化學(xué)反應(yīng)，哪些是氧化還原反應(yīng)？學(xué)生在前面氧化還原反應(yīng)概念認(rèn)知的基礎(chǔ)上，能夠根據(jù)元素化合價(jià)的變化，正確判斷出前述（1）（2）和（3）三個(gè)反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)。

基于概念認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生對氧化、還原對立統(tǒng)一關(guān)系進(jìn)行深入理解。在氧化還原反應(yīng)中，反應(yīng)物所含的某些元素的化合價(jià)升高，這樣的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)；而反應(yīng)物所含的某些元素降價(jià)，稱為還原反應(yīng)。氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)雖然是對立的，但二者卻相互依存并統(tǒng)一于氧化還原反應(yīng)中。根據(jù)氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)的概念，讓學(xué)生試著分析在氫氣與氧化銅發(fā)生的反應(yīng)中，有哪些元素發(fā)生氧化反應(yīng)，又有哪些元素發(fā)生還原反應(yīng)？學(xué)生經(jīng)過分析元素化合價(jià)的升降，就能正確判斷。

至此，通過分析元素化合價(jià)的變化，讓學(xué)生對反應(yīng)的分類有新的認(rèn)識(shí)。學(xué)生知道氧化還原反應(yīng)的概念，也知道其特征是反應(yīng)中元素的化合價(jià)有發(fā)生變化，從而促進(jìn)學(xué)生變化觀念的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，對氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)的概念進(jìn)行分析，讓學(xué)生知道二者是對立又統(tǒng)一的關(guān)系。

（三）基于證據(jù)推理，深刻理解氧化還原本質(zhì)

該部分是教學(xué)的重難點(diǎn)。首先，通過閱讀課本上的“交流·研討”欄目，引導(dǎo)學(xué)生分析金屬鈉和氯氣是如何反應(yīng)生成氯化鈉的。在分析過程中，通過動(dòng)畫視頻，讓學(xué)生生動(dòng)形象地了解鈉原子為了達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，要失去最外層的1 個(gè)電子，變成Na+；而氯原子最外層則需要得到1 個(gè)電子，變成Cl-。鈉原子失去的1 個(gè)電子剛好可以給氯原子，生成的Na+與Cl-通過靜電作用形成氯化鈉。在金屬鈉和氯氣反應(yīng)生成NaCl 的過程中，元素價(jià)態(tài)的改變正是由電子得失引起的。對氯化鈉形成過程的分析，是建立在學(xué)生對于原子結(jié)構(gòu)認(rèn)知的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)教學(xué)的。這是基于氯化鈉形成過程的事實(shí)，讓學(xué)生初步了解氧化還原反應(yīng)中有電子的得失。但是電子是微觀的，如何讓學(xué)生真正體驗(yàn)到氧化還原反應(yīng)中有電子的得失，是接下來設(shè)計(jì)教學(xué)的方向。

其次，讓學(xué)生思考Fe 與CuSO4溶液反應(yīng)，電子又是如何轉(zhuǎn)移的？我們能夠“看”到電子轉(zhuǎn)移嗎？這個(gè)“看”字，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣。微觀的電子怎么通過實(shí)驗(yàn)“看”呢？利用原電池實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行Fe 與CuSO4溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生注意觀察電流表的指針。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)電流表的指針偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而推理出該反應(yīng)中有電流流過，正是電子的定向移動(dòng)形成電流。師生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，共同推測出Fe 與CuSO4溶液反應(yīng)中有電子的轉(zhuǎn)移，讓學(xué)生感受實(shí)驗(yàn)與推理的嚴(yán)謹(jǐn)性。

通過分析氯化鈉的形成過程，是在原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生知道氧化還原反應(yīng)中有電子的得失。如何讓學(xué)生真正體驗(yàn)到電子的轉(zhuǎn)移，能夠“看”到電子的轉(zhuǎn)移，即從宏觀視角（化合價(jià)的升降）深入微觀視角（電子的轉(zhuǎn)移）？在電流表指針偏轉(zhuǎn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生知道有電流流過，從而推理出有電子發(fā)生了定向移動(dòng)，即Fe 與CuSO4溶液反應(yīng)中發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移?；诖俗C據(jù)，讓學(xué)生從微觀角度切身感受到氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，即“看”到電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。

（四）掌握氧化性、還原性，微觀認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)

讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)氧化劑、還原劑，會(huì)根據(jù)元素的化合價(jià)升降來判斷氧化劑、還原劑，并熟悉常見的氧化劑、還原劑，從而為完善氧化還原反應(yīng)的分析模型奠定基礎(chǔ)。在氧化還原反應(yīng)中，反應(yīng)物中有元素的化合價(jià)降低，這樣的反應(yīng)物稱為氧化劑；相反，反應(yīng)物中有元素升價(jià)，稱為還原劑。氧化劑在反應(yīng)中得電子，元素的化合價(jià)降低，那么氧化劑就被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，生成的是還原產(chǎn)物；還原劑在反應(yīng)中失電子，其所含元素升價(jià)，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氧化產(chǎn)物。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生通過元素價(jià)態(tài)的高低，思考常見的物質(zhì)中，哪些可能具有氧化性，哪些可能具有還原性，并讓學(xué)生知道氧化性、還原性是物質(zhì)的重要化學(xué)性質(zhì)。由此，學(xué)生對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生進(jìn)一步的提升。學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知水平，已經(jīng)從宏觀視角深入到微觀視角。讓學(xué)生了解氧化劑、還原劑的概念，能根據(jù)元素的化合價(jià)升降來判斷氧化劑、還原劑，為后面建立并完善氧化還原反應(yīng)的分析模型做好鋪墊。

（五）總結(jié)提升，建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的分析模型

將零散知識(shí)結(jié)構(gòu)化，并建立分析模型，是學(xué)習(xí)過程中知識(shí)與思維能力進(jìn)階的表現(xiàn)。學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，知識(shí)、思路還是零碎的，教師要幫助學(xué)生建立起氧化還原反應(yīng)的分析模型，如圖1 所示。

圖1 氧化還原反應(yīng)的分析模型

總之，作為高中化學(xué)核心概念之一的氧化還原反應(yīng)，要正確處理氧化還原反應(yīng)的概念教學(xué)。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生通過概念學(xué)習(xí)，向更高層次的問題思考進(jìn)階，體會(huì)氧化還原反應(yīng)宏微結(jié)合的探究問題的思路，并基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)，推理反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，逐步形成氧化還原反應(yīng)的分析模型，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。