1、1普通高中化学氧化还原反应核心概念科学形成的相关研究华东师范大学松江实验高级中学 李海英摘要：本文就氧化还原反应这一高中化学核心概念，结合教学实践，探讨这一概念科学形成的影响因素、过程及对于相关化学问题解决的影响。关键词：氧化还原反应；化学核心概念；前概念；误概念。一、问题的提出化学核心（或本体）知识内容是由化学的学科特点决定，或者说是由化学学科与自然学科中其他分支学科的差别来决定。化学这个传统的学科是总管物质在原子、分子层次上变化的学科。 1因此，“物质” 、 “结构” 、 “反应（变化） ”是化学学科的核心知识内容。对阶层电子对互斥理论作出重要贡献的加拿大著名化学家 R.T.Gillesp
2、ie 列出六种概念，并认为它们构成了现代化学的基础，每一所高中和大学的初级化学课应当包含这些内容，整个课程应围绕着它们构建起来。当然知识的深度则取决于各种课程的水平和目标。这六种概念是：1、原子、分子、离子；2、化学键：是什么使原子在分子和晶体中结合在一起；3、分子的几何形状：三维分子；4、动力学理论；5、化学反应：各种各样的化学反应是化学的核心；6、能和熵。 2其中每一种概念在高中化学都有所涉及，这些概念的学习，不仅是学习方法、体验过程、培养能力和理解科学、技术和社会关系的载体，也是形成化学学科意识的不可代替的过程。有关两者的关系，华东师范大学高剑南教授在化学教学2004 年第 3 期试论化
3、学核心知识与化学学科意识一文中已作了较详细的阐述。那么中学化学核心概念如何形成？有哪些因素影响学生形成科学的概念？化学概念的形成对于相关化学问题的解决又有哪些影响？这些问题的探讨与研究对于揭示化学概念学习与教学规律，指导化学概念学习与教学有非常重要的现实意义。本研究就氧化还原反应这一核心概念，结合教学实践，探讨这一概念科学形成的影响因素、过程及对于相关化学问题解决的影响。二、研究过程根据化学反应中物质所含元素的化合价有无升降，可以把反应分为氧化还原反应和非氧化还原反应。氧化还原反应在上海高中二期课改教材的编排上进行了难度的分解，从初中化学得氧失氧讨论，到高一、高二化学化合价升降、电子转移的分析
4、讨论及相关应用，再到高三氧化还原反应的配平；原电池、电解内容的深入拓展和综合应用，分层出现，符合螺旋式上升的认知规律。本研究以上海郊区某普通中学，高一高二学生为研究对象，通过整理学生入学成绩，自编相关问卷、测试题，结合个别访谈进行调查与分析。1、影响氧化还原反应核心概念科学形成的因素学生走进课堂时，在他们的头脑中有许多“日常概念” 。日常概念是指没有经过专门的教学而在日常生活中通过辨别学习和个人经验积累而获得的概念，2被多数学者称为“前科学概念” ，简称“前概念” 。这些“前概念”特别是与氧化还原反应核心概念相关联的，必然对学生这一概念科学形成有很大的影响。这里所探讨的“前概念”还包括学生已有
5、的化学知识。氧化还原反应概念是比较抽象的，要理解并形成科学概念必须认识其本质。然而氧化还原概念与日常生活经验较难联系，那么与之想关联的已有化学知识是其主要的前概念。因此我们自编的氧化还原反应概念的前概念问卷调查主要以学生初中已有的氧化还原反应的理解，与之相关联的原子结构、原子与离子的相互转化、化合价的变化，置换反应的理解这些已有的化学知识进行调查。在调查中发现学生对于这些已有的化学知识存在着一些模糊甚至错误的认识，同时也反映出学生分析理解能力上的问题。 大部分学生能够运用初中所学的“得氧失氧”来分析氧化还原反应，但是不少同学把氧化还原反应孤立理解，即一个反应是氧化反应，另一个是还原反应。 有部
6、分同学判断氧化还原反应是直接从参加反应物质的性质为依据。如H2、CO 具有还原性，O 2具有氧化性。 大部分学生对于是非题的第一反应是错，而不是认真分析题目，也反映出学生对文字的理解能力较差。 “分类”是化学学科一个非常重要的思想方法，而学生忽略了分类依据，只注重分类内容。如问卷中第四题“我们可以把化学反应根据是否是氧化还原反应，分为氧化还原反应和非氧化还原反应，这句话对吗？为什么？”大部分学生认为不对，理由是还有分解、置换、复分解、化合。他们把化学基本反应类型与氧化还原反应、非氧化还原反应的分类没有依据地混为一谈。 大部分学生的语言表达能力差，思路较狭窄。 学生对于原子、离子怎样相互转化这一
7、前概念知识依然模糊不清，当然更不能体会其中蕴含的化合价变化的关系。这些学生脑海中的前概念必然对氧化还原反应的核心概念的科学形成产生重大的影响。教师则充分利用这些前概念，为教学寻找合适的切入点挖掘学生的前概念与科学概念的认知冲突，激发学生的探究欲，并注重对学生原有前概念中的错误认识的纠正。同时班级学习环境因素及学生个人的认知水平对概念的科学形成也有不小的影响。氧化还原反应核心概念的测试结果与教师的预测是一致的。高一、高二各两个班级中均是相对学习认真、踏实肯钻研，思维活跃的班级明显优于另一班级，认知处于较高水平的高二总体优于高一。2、氧化还原反应核心概念科学形成的过程建构主义学习理论认为，学习是学
8、生自主进行知识建构的过程，而学生总是以已有的知识经验为基础来构建对新知识的理解。如何将学生个人知识和科学知识合二为一，相互整和？首先必须在充分分析学生已有的前概念的基础上，进教师的教学与学生的学习，进而转变、融合概念。氧化还原反应概念是一个定义性、规则性的概念，它本身的定义“有元素3化合价升降的化学反应是氧化还原反应” 。看似简单，但学生要真正理解其内涵，把握它的外延却是一个曲折的过程。学生在学习概念过程中总是会产生这样那样对科学概念理解的错误认识即“误概念” ，对这些误概念进行纠偏纠错，也是概念科学形成过程中的重要途径。通过对学生进行氧化还原概念测试，发现了许多与之相关的误概念。 把“元素化
9、合价升降”理解为一种元素化合价升高另一种元素化合价降低。 对四种基本反应类型和氧化还原反应关系的理解不够深入。 对于元素的化合态的化合价只想到正而忽略负价。 不理解氧化还原反应自发进行的条件。 元素的化合价都有正负。 忽略浓度变化对物质氧化性或还原性的影响， “只要一种物质过量，另一种物质必定反应完全。 ”当然相关的误概念还有待进一步挖掘。教师在教学设计过程中就应对学生可能产生误概念的理解进行充分的预设，创设问题情景，让学生从一开始就尽可能地正确理解概念。因为误概念一旦形成，要纠偏纠错要花更多的时间和精力。同时教师应该倡导创造宽松和谐的教学和学术探讨氛围，支持和鼓励学生对不明白或者不确定的问题
10、大胆质疑、争论，使学生敢于并勇于发表自己的观点和思想，鼓励他们进一步探究并给予恰当的指导，让学生主动地纠偏纠错，建构科学的概念知识。科学概念的形成还要通过各种方式方法对概念进行巩固和加深理解，这也是对概念正确理解的强化及对错误概念的摈弃的重要过程。笔者认为一个概念的科学形成是以能正确解决与概念本身相关的问题为标志。而要正确解决这些问题，相应的解读题目的理解能力以及解题方法是必要的。所以，一定数量和质量的习题练习，对学生概念的科学形成也是非常重要的环节。这也就需要教师根据概念的内涵与外延精心选择与编写一些习题帮助学生更好地掌握概念。3、氧化还原反应概念的科学形成对于相关化学问题解决的影响这里探讨
11、的氧化还原反应概念对于相关化学问题解决的影响，并非是指解决一些与氧化还原反应相关的习题，而是指这一概念的科学形成对于学生化学思想提升的影响。化学反应体系在中学阶段主要是两大类，一类是酸碱反应与复分解反应，另一类就是氧化还原反应。氧化还原反应概念的科学形成，让学生更完整地理解化学反应，能从更多的角度思考有关反应的问题。氧化还原反应的本质是电子的转移，电子必然守恒。无疑对学生原有的质量守恒是一个很大的补充，并以这一守恒思想可以解决许多相关问题。氧化还原反应中有关物质氧化性、还原性的问题，能让学生懂得要全面、辨证地看待问题。同一物质在不同的氧化还原反应中所起作用是不一样的；同一物质的不同部分对于这一
12、物质的性质起着不同的作用。氧化还原反应还包含着能量问题。对于能量守恒与化学反应中的能量变4化又给学生以全新的视角。特别是原电池、电解池这两套重要的装置为学生从能量的角度思考问题又提供了一个典范。三、总结与思考本研究就氧化还原反应这一高中化学核心概念，结合教学实践，探讨这一概念科学形成的影响因素、过程及对于相关化学问题解决的影响。主要的目的是要探究教师如何教，更重要的是指导学生如何学。希望对该核心概念教学的有所启示，思考如何改善自身的的教学行为，更有效地指导学生的学；使教与学真正成为师生共同成长，提升生命质量的重要历程。化学核心概念的科学形成实际也就是增强学生化学学科意识、培养学生学科素养不可替
13、代的重要过程。更是化学这一学科在提升、开拓学生思维；体验知识的形成发展过程，鼓励创新；以及在培养学生联系实际、解决问题的能力等方面不可或缺的重要环节。同时，高中化学核心概念的形成实质上也就是初高中化学的衔接过程。衔接并非就在起始年级的教学之初，更在于每个核心概念的教学之初、教学之中，对于学生前概念、误概念的充分分析、利用，从而让学生更好地构建知识、加深对知识的理解。【参考文献】1 高剑南 王祖浩 化学教育展望上海：华东师范出版社 2001/P2 王伟松 王夔 陈新兹 展望 21 世纪的化学北京：化学工业出版社 2000/P3 丁伟 李秀滋 王祖浩 氧化还原反应误概念研究 化学教学，2006，(
14、10)4 高剑南 试论化学核心知识与化学学科意识 化学教学，2004，(3)5 季伯黍 燕国材 教育心理学上海：华东师范大学出版社附一：氧化-还原反应核心概念之前概念(前提知识)问卷调查姓名 性别 年龄第一题: 初中学习过氧化-还原反应, 请你举两例，写出相应的化学方程式。第二题: 判断 Fe 2O3 +3CO 2Fe +3CO2是不是氧化-还原反应？说明原因。第三题: 已知 Al 与 Fe2O3在高温条件下可以发生氧化还原反应，请写出化学方程式。高温5第四题:我们可以把化学反应根据是否是氧化-还原反应，分为氧化-还原反应和非氧化-还原反应，这句话对吗？为什么？第五题:根据金属活动性顺序表金属
15、性 NaMgAl,请你从结构上分析原因。第六题: Fe + CuCl 2 FeCl2 + CuCl2 + 2KI I2 + 2KCl 请你分析这两个反应的共同之处。第七题: 原子怎样形成离子？第八题: 原子与离子可以相互转化,请分析化合价的变化。附二：氧化还原反应核心概念测试题1、下列关于氧化还原反应说法正确的是（ ）A肯定一种元素被氧化，另一种元素被还原B某元素从化合态变成游离态，该元素一定被还原C在反应中不一定所有元素的化合价都发生变化D在氧化还原反应中非金属单质一定是氧化剂2、下列四类反应：置换反应，复分解反应，没有单质参加的化合反应，没有单质生成的分解反应。其中一定不是氧化还原反应的是
16、（ ）A、只有 B、只有 C、 D、3、某元素在化学反应中由化合态变为游离态,则该元素( )A.一定被氧化 B.一定被还原 C.既可能被氧化,也可能被还原 D.以上都不是4、下列变化过程属于还原反应的是( )A.HClMgCl 2 B.NaNa + C.COCO 2 D. Fe3+Fe5、下列变化需要加入氧化剂的是( )A S2-HS - B.HCO3-CO 2 C.2 Cl-Cl 2 D. Cu2+Cu66、下列物质不能做还原剂的是( )A. H2S B. Fe2+ C .Fe3+ D. SO2 7、下列各反应中,水只做氧化剂的是( )A. C+ H2O CO+ H2 B.2 H2O 2 H
17、 2+ O 2C. Na2O + H2O 2NaOH D.CuO+ H2 Cu+ H2O 8、P 单质在下列反应中 4P+3KOH+3 H2O3KH 2PO2+P H3 的变化是( )A.被氧化 B.被还原 C.既被氧化又被还原 D.既未被氧化又未被还原9、黑火药爆炸反应为：S+2KNO 3+3CK 2S+3CO2 +N2。在该反应中，氧化剂是（ ）C S K 2S KNO 3 N 2A、 B、 C、 D、10、在 H2SO3+2 H2S3 H 2O+3S 反应中,被氧化与被还原元素的质量比为( )A.1:1 B.2:1 C.1:2 D.3:211、下列粒子中,既具有氧化性,又具有还原性的是(
18、 )A.Mg B. Zn2+ C. Fe2+ D.HCl12、对反应 H-+NH3H 2+NH2-的不正确说法（ ）A、是置换反应 B、H -是还原剂C、NH 3 是氧化剂 D、氧化产物和还原产物都是 H213、已知 X2、Y 2、Z 2、W 2 四种物质的氧化能力为：W 2Z2X2Y2，下列氧化还原反应能发生的是（ ）A、2W - + Z2 2Z - +W2 B、2X - + Z22Z - + X2C、2Y - + W2 2W - + Y2 D、2Z - + X2 2X- + Z214、X、Y、Z 为三种单质。已知：Y 能将 Z 从其化合物的水溶液中置换出来，而Z 又能将 X 从其化合物中置
19、换出来。由此可以推断下列说法中可能正确的是（ ）单质的氧化性：YZX； 单质的还原性：YZX；对应离子的氧化性：XZY； 对应离子的还原性：XZYA、只有 B、只有 C、只有 D、15、化合物 A、B、C 都只含有两种元素，且 A、B 均含 X 元素。已知一定条件下可发生反应：A+BX+C，X 是一种单质，由此可知 X 元素（ ）A、一定是金属元素 B、一定是非金属元素C、可能是金属元素，也可能是非金属元素 D、无法确定716、在反应 中，_元素的化合价升高，该元素的原子_电子，被_；_元素的化合价降低，该元素的原子_电子，被_；该反应中，_是氧化剂，_是氧化产物。17、根据反应 8NH33C
20、1 26NH 4C1N 2 其中氧化剂与还原剂的物质的量比是，当有 68gNH3 参加反应时，被还原物质是g。 18、取 17.4 g MnO2 固体粉末与一定体积的浓盐酸（含溶质 0.4mol）共热制取氯气（假设 HCl 挥发损失不计），下列叙述中正确的是（ ）A、反应过程中 MnO2 作催化剂 B、盐酸未完全反应C、参加反应的盐酸有一半被氧化 D、反应产生 2.24L 氯气（标况）19、一些酸在反应中可以表现出多种性质,如:MnO 2+4HCl(浓)MnCl 2+Cl2+2H 2O 中的 HCl 既表现出酸性又表现出还原性 ,分析下列反应中酸的作用.(1)NaOH+HClNaCl+H 2O
21、 _(2)C+2 H2SO4 CO 2+2 SO2+2H 2O _(3)Cu+4HNO3 (浓)Cu(NO 3)2+2 NO2+2H 2O _20、油画的白色颜料含有 PbSO4，久置后会变成 PbS 使油画变黑，如果用双氧水擦拭则可恢复原貌.试写出反应的方程式：_ _ 附三：氧化还原反应测部分题目的得分率一（7） 一（8） 二（6） 二（7）1 64.1 63.6 88.3 83.32 87.2 53.7 37.5 52.43 87.5 58.5 72.3 83.34 22.5 42.9 54.4 73.85 43.6 52.5 51.2 65.06 16.7 35.0 47.8 70.77 55.0 75.6 46.8 90.288 64.1 70.7 70.2 73.89 72.5 45.0 42.2 80.910 37.5 26.3 42.6 61.011 82.5 51.3 32.6 76.212 40.0 12.5 32.6 35.713 71.4 47.5 40.4 59.514 5.0 25.0 15.22 14.315 23.1 15.4 8.7 19.118 55.3 46.2 43.5 66.7
