依托信息技術(shù)探索高中化學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)

范敏

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)于高中化學(xué)教學(xué)而言，信息技術(shù)不僅為學(xué)生提供了更豐富、直觀的學(xué)習(xí)資源，還為教師提供了更多元、高效的教學(xué)手段。本文以“氧化還原反應(yīng)”一課為例，探討如何依托信息技術(shù)，通過合理的教學(xué)設(shè)計(jì)提升高中化學(xué)教學(xué)的效果，著重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和實(shí)踐能力。

一、教材分析

“氧化還原反應(yīng)”是高中化學(xué)的基石之一，位于人教版高中化學(xué)必修第一冊(cè)第一章“物質(zhì)及其變化”的第三節(jié)。本節(jié)內(nèi)容不僅是化學(xué)基本概念和理論的核心，而且是連接和整合其他化學(xué)知識(shí)的重要紐帶。從知識(shí)的層次結(jié)構(gòu)上看，氧化還原反應(yīng)是學(xué)生在初中化學(xué)基礎(chǔ)上對(duì)化學(xué)反應(yīng)分類的進(jìn)一步延伸與深化。

二、學(xué)情分析

進(jìn)入高中后，學(xué)生的化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備和認(rèn)知能力都有了顯著提升，因此有必要也有能力從更深層次和更廣泛的角度重新審視和理解氧化還原反應(yīng)。我們可以從得氧、失氧的表象入手，引導(dǎo)學(xué)生思考這背后隱藏的化合價(jià)變化，進(jìn)而深入原子、電子層面的探討。通過這樣的層層遞進(jìn)，學(xué)生可以逐漸領(lǐng)悟到氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，即電子的轉(zhuǎn)移和化合價(jià)的變化。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.利用信息技術(shù)手段，如電子價(jià)類二維圖軟件，幫助學(xué)生從已有的化學(xué)反應(yīng)知識(shí)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)分類的新視角，并引入氧化還原反應(yīng)的概念。

2.通過多媒體動(dòng)畫展示化合價(jià)的變化過程，結(jié)合電子線橋表征技術(shù)，使學(xué)生更直觀地理解氧化還原反應(yīng)的宏觀特征，并對(duì)常見的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類。

3.利用計(jì)算模擬和虛擬實(shí)驗(yàn)等技術(shù)，揭示化合價(jià)變化與電子轉(zhuǎn)移之間的微觀聯(lián)系，讓學(xué)生從微觀層面深刻認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，并能夠進(jìn)行獨(dú)立分析。

4.學(xué)生能夠通過電子線橋表征技術(shù)準(zhǔn)確描述氧化還原反應(yīng)的宏觀特征，即化合價(jià)的升降變化，體現(xiàn)其在新技術(shù)手段輔助下的理解和應(yīng)用能力。

四、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：（1）氧化還原反應(yīng)的定義與分類;（2）氧化還原反應(yīng)的特征;（3）氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

教學(xué)難點(diǎn)：（1）氧化性與還原性的概念;（2）氧化性與還原性的強(qiáng)弱判斷。

五、教學(xué)過程

（一）情境導(dǎo)入

教師走進(jìn)教室，手中拿著一個(gè)切開的蘋果。

師：大家看，這個(gè)蘋果切開后顏色為什么會(huì)變暗呢？還有我們生活中經(jīng)?？吹降蔫F生銹，這其中又隱藏著怎樣的化學(xué)奧秘？

生A：我記得好像是和氧化有關(guān)。

師點(diǎn)頭：沒錯(cuò)，A同學(xué)提到了氧化。那么，什么是氧化呢？為什么物質(zhì)會(huì)被氧化？今天我們就來深入探究這個(gè)話題，揭示氧化還原反應(yīng)背后的原理。

【PPT展示】屏幕上出現(xiàn)鐵在氧氣中燃燒的圖片，隨后是碳在氧氣中燃燒的圖片，最后是蘋果變暗的過程。

師：這些都是我們生活中常見的氧化現(xiàn)象?，F(xiàn)在請(qǐng)大家思考，這些反應(yīng)有什么共同特點(diǎn)？

生B：它們都有氧氣參與。

師：B同學(xué)觀察得很仔細(xì)。確實(shí)，氧氣在這些反應(yīng)中都扮演了重要角色。那么，沒有氧氣參與的反應(yīng)就不叫氧化反應(yīng)了嗎？我們?cè)賮砜匆粋€(gè)實(shí)驗(yàn)。

【PPT展示】屏幕上出現(xiàn)氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)裝置圖。

師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)大家還記得嗎？這是氫氣還原氧化銅的反應(yīng)。在這個(gè)反應(yīng)中，并沒有氧氣的參與，但它仍然是一個(gè)氧化還原反應(yīng)。那么，判斷一個(gè)反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)究竟是什么呢？

生C：是不是和化合價(jià)的變化有關(guān)？

師：C同學(xué)提到了化合價(jià)的變化，這是一個(gè)非常重要的思路。今天我們就來深入探究氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，以及如何判斷一個(gè)反應(yīng)是不是氧化還原反應(yīng)。

（二）知識(shí)講解與演示

1.基礎(chǔ)知識(shí)講解

教師打開PPT，屏幕上出現(xiàn)“氧化還原反應(yīng)”的標(biāo)題。

師：大家好，今天我們要深入探究氧化還原反應(yīng)。首先，讓我們回顧一下基本概念。

【PPT展示】氧化還原反應(yīng)的定義、分類及基本特征。

師：氧化還原反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中非常重要的一類，涉及電子的轉(zhuǎn)移和化合價(jià)的變化。根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的情況，我們可以將氧化還原反應(yīng)分為不同的類型。

生（舉手）：老師，能不能給我們舉個(gè)例子來說明一下？

師（點(diǎn)頭）：當(dāng)然可以。如我們之前提到的鐵生銹，就是一個(gè)典型的氧化反應(yīng)。鐵與氧氣反應(yīng)，生成了鐵的氧化物，同時(shí)鐵的化合價(jià)升高了。

2.動(dòng)態(tài)模擬演示

教師首先通過PPT或電子教材介紹氧化還原反應(yīng)的基本概念、原理和分類，幫助學(xué)生建立初步的認(rèn)知框架。在基礎(chǔ)知識(shí)講解中，教師需要特別強(qiáng)調(diào)氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的重要性，并介紹表示電子轉(zhuǎn)移的方法：雙線橋法和單線橋法。

（1）雙線橋法：這種方法通過兩條箭頭線分別表示氧化劑和還原劑之間電子的得失。箭頭從氧化劑指向還原劑，表示氧化劑得到電子;箭頭從還原劑指向氧化劑，表示還原劑失去電子。箭頭上方標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的數(shù)量。這種方法可以清晰地展示電子在氧化還原反應(yīng)中的流動(dòng)情況。

例如，在反應(yīng)Zn+2HCl→ZnCl2+H2中，鋅（Zn）是還原劑，氫離子（H+）是氧化劑。教學(xué)中教師可以用雙線橋法表示這個(gè)反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移：一條箭頭線從鋅指向氫離子，表示鋅失去電子;另一條箭頭線從氫離子指向鋅，表示氫離子得到電子。箭頭上方標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的數(shù)量為2e-。

（2）單線橋法：這種方法通過一條箭頭線表示電子的轉(zhuǎn)移。箭頭從還原劑指向氧化劑，表示還原劑失去電子，氧化劑得到電子。箭頭上方標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的數(shù)量。單線橋法相對(duì)簡潔，但同樣能夠清晰地展示電子在氧化還原反應(yīng)中的流動(dòng)情況。

例如，在反應(yīng)Fe+CuSO4→FeSO4+Cu中，鐵（Fe）是還原劑，銅離子（Cu2+）是氧化劑。教師可以用單線橋法表示這個(gè)反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移：一條箭頭線從鐵指向銅離子，表示鐵失去電子，銅離子得到電子。箭頭上方標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的數(shù)量為2e-。通過講解和實(shí)例演示，學(xué)生掌握了這兩種表示電子轉(zhuǎn)移的方法，并理解它們?cè)谘趸€原反應(yīng)中的應(yīng)用。這將有助于學(xué)生更深入地理解氧化還原反應(yīng)的過程和本質(zhì)。

3.公式解析

【PPT展示】展示氧化還原反應(yīng)的基本公式：氧化劑+還原劑→氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物。

師：這是氧化還原反應(yīng)的基本公式。在這個(gè)公式中，氧化劑是得到電子的物質(zhì)，還原劑是失去電子的物質(zhì)。通過這個(gè)公式，我們可以更清晰地看到氧化還原反應(yīng)的過程。

4.案例分析

師：現(xiàn)在，讓我們結(jié)合生活中的實(shí)例，來感受一下氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用。

【PPT展示】電池的工作原理圖。

師：大家看，這是電池的工作原理圖。電池的工作就涉及氧化還原反應(yīng)。在電池內(nèi)部，正極是氧化劑，負(fù)極是還原劑。通過氧化還原反應(yīng)，電池能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

生：老師，那我們平時(shí)用的手機(jī)電池也是這樣工作的嗎？

師：沒錯(cuò)，無論是手機(jī)電池還是其他類型的電池，其工作原理都離不開氧化還原反應(yīng)。

（設(shè)計(jì)意圖：通過這樣的講解與演示，學(xué)生不僅對(duì)氧化還原反應(yīng)有了更深入的理解，還感受到了化學(xué)知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用價(jià)值。）

本節(jié)知識(shí)梳理如圖1所示。

（三）實(shí)驗(yàn)探究與驗(yàn)證

1.虛擬實(shí)驗(yàn)操作

師：現(xiàn)在，我們將借助虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作。這樣不僅可以加深大家的理解，還能培養(yǎng)大家的實(shí)驗(yàn)技能。

【學(xué)生操作】學(xué)生戴上VR設(shè)備，進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件，并開始進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作。

生：老師，我看到電子在虛擬實(shí)驗(yàn)中真的在轉(zhuǎn)移，太神奇了！

師：是的，通過虛擬實(shí)驗(yàn)，我們可以更直觀地觀察到電子轉(zhuǎn)移的過程，從而深入理解氧化還原反應(yīng)的原理。

2.數(shù)據(jù)收集與分析

師：在實(shí)驗(yàn)過程中，大家要仔細(xì)觀察并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將幫助我們分析氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)和規(guī)律。

【學(xué)生操作】學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中記錄電極電勢變化、物質(zhì)質(zhì)量變化等數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

3.小組討論與分享

教師：現(xiàn)在，請(qǐng)大家結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和自己的觀察，進(jìn)行小組討論。分享你們的發(fā)現(xiàn)、心得和疑問。

小組討論：學(xué)生分成若干小組，圍繞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果展開討論。大家積極發(fā)言，分享自己的見解和疑問。

小組I代表：我們小組發(fā)現(xiàn)，在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑和還原劑的濃度變化與反應(yīng)速率有關(guān)：濃度越高，反應(yīng)速率越快;濃度越低，反應(yīng)速率越慢。

教師：很好，I小組的發(fā)現(xiàn)很有價(jià)值。確實(shí)，濃度是影響氧化還原反應(yīng)速率的一個(gè)重要因素。

（設(shè)計(jì)意圖：通過這樣的實(shí)驗(yàn)探究與驗(yàn)證環(huán)節(jié)，學(xué)生不僅能夠親自體驗(yàn)氧化還原反應(yīng)的過程，還能通過數(shù)據(jù)分析和小組討論深入理解相關(guān)原理。同時(shí)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、數(shù)據(jù)分析能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)也得到了有效提升。）

六、教學(xué)反思與建議

（一）深度融合信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)

本次教學(xué)實(shí)踐中，教師利用了信息技術(shù)工具進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)收集和分析等，有效地提高了教學(xué)效率。

（二）強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐操作能力

雖然虛擬實(shí)驗(yàn)具有一定的優(yōu)勢，但是真實(shí)實(shí)驗(yàn)的操作感和直觀性仍不可替代。教師在教學(xué)中應(yīng)加大真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作的比例，讓學(xué)生在親手操作中感受化學(xué)反應(yīng)的奧妙，提高他們的實(shí)踐操作能力。

（三）注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

在教學(xué)過程中，教師發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生在遇到問題時(shí)過于依賴教師或其他同學(xué)，缺乏獨(dú)立思考和解決問題的能力。因此，教師需要更加注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，如問題導(dǎo)向法、小組合作探究等方式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考、積極探索，提高他們的自主學(xué)習(xí)和問題解決能力。

（作者單位：甘肅省正寧縣教學(xué)研究室）

編輯：陳鮮艷