中学化学“氧化还原反应”核心概念的提取与研究

曹满莉

摘要：重视超越课堂具有持久价值和迁移价值核心概念的理解是中学化学教学的重要目标。据中学化学核心概念的特征及高考化学新课标要求，选择“氧化还原反应”为对象，梳理其基本概念、理论，绘制概念图，结合一线教师对各概念观点认同次数、陈述与具体分析，提取“两反应”、“性质”、“书写”、“实质”为“氧化还原反应”的核心概念，从WWHW角度对各核心概念进行研究，以期对中学化学核心概念的教学有借鉴价值。

关键词：中学化学核心概念;氧化还原反应;提取方法;研究问题

文章编号：1008-0546（2019）01-0008-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.002

一、问题的提出

高中化学知识有“碎散多”、易学难记、迷思概念多等特点，常发现学生对短期所学知识、知识个体掌握良好，对较长时间内、有逻辑关联的知识掌握较弱，更有高中毕业一两年的学生，头脑中化学知识所剩无几，毕业多年则遗忘殆尽，对周边生活现象无法做合理的解释……是学生没有运用理论知识解释实际生活的意识和能力，还是教师传授化学知识时，没有帮助学生建立理论与实际的联系？这源于升学高压的今天，教师用“题海战术”巩固知识，让学生误以为反复做题与辛勤识记，方能制胜，而成为“解题与记忆的机器”，这忽视了有联系知识的逻辑关系，学生习得的知识孤立、零散，使学科核心概念无系统性。周玉芝认为，现今课堂过于关注对事实的记忆与程序和技巧的训练，忽视了超越课堂外有持久价值和迁移价值的核心概念的理解，要用所学知识解释周边生活，就必须将事实与理论联系，她提出将学科核心概念的理解作为教学的重要目标  [1]，文章厘清化学学科核心概念及特征后，对中学化学“氧化还原反应”核心概念的提取与研究做了思考与实践，以期对中学化学核心概念的教学有借鉴价值。

二、中学化学核心概念

核心概念是能对某领域知识整体把握，重心转向概念的深层理解，在去除非本质因素后仍能有效将事实和有逻辑关联的基本概念组织起来，被广泛理解和应用，易于记忆与迁移，在生活中延续，从而经得住实践和时间检验，激发学生探索新知的原理性知识  [2-3]。可见，核心概念是能对众多事物和现象做出解释的大概念、关键概念 [4]，是概念结构的最高概括，能广泛解释自然现象，具有概括性、持久性、迁移性、统摄性、解释力的特征。那么，化学学科核心概念就是化学学科的主干部分，选取典型的化学事实、现象，分析、归纳出有规律性的基本概念，再将基本概念以一定逻辑关联进行整合成反映化学本质、帮助学生理解化学知识、深入探索化学学科、有统摄思维和迁移价值、能构建知識体系的原理、理论、方法的概念，促进对自然界整体认识 [5-6]。可见，化学学科核心概念除具有核心概念的特征外，还有典型性、规律性等特征。

本文研究的核心概念是能整合本学科的重要概念、原理和方法。中学化学核心概念选取标准如下：居化学学科重要地位，有助于构建知识体系的基本概念;解释在校学习和毕业后生活中的众多事件和现象，帮助理解新问题并作出有关人类健康的决策;概念的学习有利于中学生形成基本的化学观念  [7]。胡久华教授提出高中化学核心概念有“物质的量”、“物质分类”、“电解质与电离”、“氧化还原反应”、“化学键”、“化学平衡”、“盐类水解”、“原电池”等  [8]，文章选取中学化学“氧化还原反应”进行研究，因其思想分布在初中、必修、选修，可延伸至大学，克服了教学论和课程论选取模块过大或过小的问题，扬长避短，并统整四大基本反应、离子反应、电化学、热化学、化学实验和计算、无机和有机化合物，符合中学化学核心概念概括性和统摄性特征;能综合体现概念间内在联系与应用，有助于理解与解释相关生活事件和现象，符合广泛解释性特征;为新知识提供组织结构，迅速获取新知识，符合迁移性特征;从必修到选修其思想渗透广泛，要整体和深入理解，就需有效建构知识体系，抓住本质特征，将生活事件与其建立联系，解决现实问题，符合持久性特征。可见，研究“氧化还原反应”这一核心概念有实际意义与理论意义。

三、中学化学核心概念的提取

核心概念既然是大概念，是概念结构的最高概括，学生要将生活事件与其建立联系，对核心概念达到融会贯通、举一反三的效果，就必须抓住为数较少、反映其本质特征的概念，帮助学生深入理解核心概念，构建经纬交织的知识体系。因此，对中学化学“氧化还原反应”的核心概念的提取显得很有必要。

1.依据高考化学新课标的内容与要求

高考化学新课标是高考内容的导向，2017年高考化学新课标指出考试要体现学科特点、基本方法、概念、理论等见表1。

2.梳理教材相关领域的知识

据初中（人教版）、必修（鲁科版）、选修（鲁科版）中“氧化还原反应”领域相关知识，对其基本概念和理论进行梳理（见表2）。

初中把物质与O2反应叫氧化反应，O2有氧化性，C夺取CuO中的O而认为C有还原性，注重感性认识两反应，了解金属活动性顺序和金属腐蚀与防护;必修用化合价升降辨析、定义相关概念、配平氧化还原反应，并将特征与实质联系，指导元素化合物学习;选修从特征和实质探讨电化学及溶液的反应，要求用化学术语正确表达陌生情境的反应，解决相关生产生活问题，从参与反应的无机物性质迁移至两有机反应，从H、O原子数量改变辨析两反应，从碳氧化数拓宽认识。

3.绘制相关知识的概念图

结合新课标对其内容与要求、教材相关基本概念和理论的梳理，绘制中学化学“氧化还原反应”概念图（见图1）。

各学段对两反应和物质性质从多角度界定，且有相应要求及应用，对其方程式在各学段有不同层级书写要求，其实质在各学段也有不同应用。

4.教师对“氧化还原反应”的核心概念的看法

为了更合理和准确提取反映“氧化还原反应”知识体系的核心概念，对课标相关内容要求、教材相关概念梳理及概念图剖析，与本地高中化学特级教师、资深化学教师探讨后，整理、设计系列概念能否作为“氧化还原反应”知识体系的基本概念的问卷，以某市级公开课评课后对45位一线化学教师（至少教过一轮）为对象，发放问卷，回收45份问卷，其中30份问卷中有对选择的理由进行陈述，会后还倾听教师对某些概念的相关建议，统计各概念认同次数（见表3）。

选“实质”为核心概念的次数最多，因它指引透过现象看本质，从教师陈述看，他们已初步领会核心概念内涵，认为“实质”统摄线桥法、四大基本类型与氧化还原反应、元素周期律、电离能、电负性、电化学、金属腐蚀与防护等，这与生活联系紧密，掌握本质，毕业后即使已忘非本质因素，仍可解释周边生活;选“化合价”次数次之，教师认为“化合价”在外观区别于其他反应，并进一步认识两反应物、两反应、两行为、两产物等，文章认为依据学生思维发展，氧化还原反应判定经得失氧、化合价、氧化数等，以“化合价”为核心概念过于片面;选“两剂”次数较多，因教师认为两剂是物质要素，引出两反应、两行为、两产物等，文章认为以其作为核心概念有局限性，因随学生思维的发展变化，“两反应”在各学段界定不同，尽管“两反应”调查统计次数次于“两剂”，但前者可统摄两反应物、两行为、两产物等，有广泛性;选“书写”和“性质”次数较多，教师认为前者可统摄化合价、方程式书写，为元素化合物、离子反应学习提供理论指导和方法帮助，而多数学生学习元素化合物最大的障碍是方程式书写，有必要将不同形式的书写细化，教师认为物质性质与强弱判定，能统摄元素周期表、电离能、电负性，水到渠成，对陌生情境下此类方程式书写有指导作用。因此选“两反应”、“性质”、“书写”“实质”为“氧化还原反应”的核心概念。

四、从WWHW研究中学化学核心概念

山西师范大学梁永平教授WWHW [9]模型即知识是什么（What）、所学知识价值是什么（What）、所学知识是如何产生的（How）、为什么所学知识是合理的（Why）。他认为教师的认识水平影响着学生对微觀的认识和科学本质的理解，教师应成为一个认识论者。对核心概念本质的认识要从是什么，在整个中学阶段的地位、演变过程、广泛性等方面了解知识的来龙去脉，联系实际生产生活，体会学有所用，激发学生持续学习的热情和欲望。

1.中学化学“氧化还原反应”基本概念的研究意义

核心概念是学生已忘非本质因素时，仍可解释生活的科学概念。通过掌握“两反应”，即使已忘相关非本质因素，却仍能从本质上解释金属腐蚀，看到篮球杆、自行车把手、车轮腐蚀时，能用隔绝空气法防腐;看到铝制高压锅有“污垢”，能联想到铝被氧化产生的氧化膜保护了内部铝，无需钢丝球处理……;通过掌握“性质”，即使已忘非本质因素，但看到铝制高压锅“不盛具有酸性、碱性、盐类食物”，能联想到铝被氧化而腐蚀，看到“管道通”成分，能联想到NaClO的氧化性，用铝与NaOH产生的气压便于疏通……;通过掌握“书写”，即使已忘非本质因素，但看到煤炉燃烧上方有蓝色火焰，能联想到碳不完全燃烧应保持通风……;通过掌握“实质”，即使已忘非本质因素，看到充电，能联想到电能转化成化学能，看到使用电脑、手机，能联想到化学能转化成电能，看到气液交界处钢铁腐蚀更严重，就知道其保存方法……

2.中学化学“氧化还原反应”核心概念的研究问题

关于“两反应”，从得失氧、化合价和O、H原子数改变、碳氧化数角度研究，初三初涉化学，从形式上认识两类反应是肤浅和片面的，必修先从化合价较全面辨识两类反应，再从个别与有机物反应的无机物性质推断有机中两类反应，选修在必修基础上从O、H原子数较全面认识有机化学中两类反应，认识化学反应的思路和方法，最后利用碳氧化数拓宽视野，提升认识（见图2）。

关于“性质”，初中从个别物质氧化性或还原性接触两性，必修从化合价掌握性质判定方法，选修从放电和有机物发生的两反应来判定。对其强弱判定，初中不要求，仅让学生了解性质，必修要掌握判定方法并运用到元素化合物知识学习中，注重理解与运用，选修要掌握并运用性质强弱判定或书写同一体系中多个反应，甚至是陌生情境下的反应，注重在具体的情境中运用（见图3）。

关于“书写”，初中用观察法据元素、原子守恒配平，仅从外形上实现质量守恒，必修据化合价升降、原子、元素、得失电子、电荷守恒等配平，涉及到特征及实质的守恒，选修是在陌生情境中据信息描述、性质推断部分物质，调平部分系数后据环境补充合适物质，调平其他物质前系数以确保各类守恒，有机物的完全燃烧用观察法据原子守恒配平，其他则据反应机理书写可事半功倍。可见，在各学段因氧化还原反应的类型、难易，书写方法、步骤、技巧略有不同，一个正确的方程式能定性和定量真实反映物质间的关系（见图4）。

对于“实质”初中未涉及，但介绍了离子是由原子得或失电子的结果，为必修奠定基础，必修要求认识到其实质，并将实质与特征定性和定量联系起来，加深学生对实质的直观描述，选修是对实质与特征的深化与运用，促使学生深入事物的本质看待问题，利于培养学生透过现象看本质的良好品质（见图5）。

可见，认识“两反应”在不同学段的界定，反应物发生氧化反应、还原反应，体现了分别具有还原性和氧化性，从各学段“性质”的要求，充分认识物质性质判定方法，并将其应用到元素化合物学习中，氧化还原反应形式多样，如何正确用化学术语表达，即“书写”问题，而书写原则是建立在“实质”基础上，因此，“氧化还原反应”四大核心概念的呈现顺序依次是“两反应→性质→书写→实质”，从而构建了中学化学“氧化还原反应”的知识体系，有效解决了化学知识“碎散多”、易学难记及厘清迷思概念的问题。

教师对中学化学核心概念的分析、提取与研究决定了课堂教学的方向、深度及广度。只有准确确定教学深度与广度，才能轻而易举准确把握教学方向，恰当进行超越事实的化学教学，使学生真正领悟核心概念，提高化学课堂教学效益。

参考文献

[1] 周玉芝.以核心概念为统领设计化学教学[J].化学教育，2010（6）：27-32

[2] 胡玉华.科学教育中的核心概念及其教学价值[J].课程·教材·教法，2015（3）：79-84

[3] 普莱斯顿·费德恩等著.教学方法：应用认知科学，促进学生学习[M].王锦，等，译.上海：华东师范大学出版社，2006：462

[4][7]温·哈伦.科学教育的原则和大概念[M].北京：科学教育出版社，2011

[5] 埃里克森.概念为本的课程与教学[M].兰英，译.北京：中国轻工业出版社，2003

[6] 约瑟夫·科瑞柴科.革命性的变化：美国确立新一代科学教育框架[J].基础教育课程，2013（1）：82-85

[8] 胡久华，陈欣，等.不同处理方式对高中生化学核心概念建构的影响[J].中国教育学刊，2007（7）：62-64

[9] 梁永平.在化学微观认识学习中发展学生科学本质理解的思考[J].化学教育，2006（3）：9-13