《化学1》氧化还原反应概念学习阻碍点诊断与教学策略研究

郑文昌+曹星

摘要：诊断高一新生学习氧化还原反应概念学困主要体现在：概念的外延与内涵没有把握好，缺少对概念的深度表征，元素化合价是阻碍氧化还原反应概念运用的重要因素。文章针对阻碍点，提出相应教学建议。

关键词：氧化还原反应概念；学困；教学策略；表征

文章编号：1008-0546（2014）07-007-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.003

一、研究背景

笔者在多年《化学1》的教学中发现，学生在学习氧化还原反应的知识存在如下的问题：学生对如何判断氧化还原反应比较清楚，绝大多数学生能判断简单的氧化还原反应，但对于较复杂的反应，学生不能较好地做出判断；我带着问题查阅了有关的文献。关于氧化还原反应的研究较多，主要体现在下面几方面：（1）对氧化还原反应知识体系的研究；（2）对氧化还原反应的学习评价研究，如高考中常见的氧化还原反应题型与考查形式等；（3）对氧化还原反应有效教学研究，如田字格模型、建构主义理论、运用先行组织者策略、抛锚式教学法等在氧化还原反应教学中的应用；（4）对氧化还原反应学习促进学生认识发展的研究，如胡久华、王磊认为，学生学习氧化还原反应，可形成“分类观”、“转化观”等化学基本观念。（5）关于氧化还原反应的学生学习心理和认识发展的研究，如丁伟、谢兆贵对学生氧化还原反应内部表征的研究。虽然关于氧化还原内容的已有较多研究，但缺少对高一学生学习《化学1》中氧化还原反应内容的研究，对高一学生学习氧化还原反应所产生的阻碍认识不足，所采取的教学策略缺少实证。学生在《化学1》中对氧化还原反应有哪些阻碍点，基于阻碍点，应采取哪些教学策略才能提高教学效率，是本研究所要解决的问题。

二、研究对象

选取了湛江农垦实验中学高一年级205名学生作为研究对象，这些学生来自两位教师执教的不同班级，分别是高一（1）、高一（2）、高一（10）、高一（11）四个班。高一（1）和高一（2）这两个班是本校的实验班，入学的平均分数为778分，与县级重点中学的入学成绩大概相当。高一（10）、高一（11）班是两个普通班，入学的平均成绩是630分左右。两个实验班的化学入学成绩平均分是87分（100分制），两个普通班的化学入学分数是64分，湛江市中考化学平均分为50.3分。

三、氧化还原反应概念学习阻碍点诊断及教学策略

1. 高一学生氧化还原反应前概念诊断分析

当代认知心理学认为，学习就是认知结构的组织和重新组织。因此了解学生已有的氧化还原反应知识结构，特别是了解学生对氧化还原反应的前概念是进行氧化还原反应概念教学的基础和前提。高中氧化还原反应概念是建立在初中概念的基础之上的，研究高一学生深化学习概念之前的前概念种类、分析其形成的可能原因，了解学生的思维现状和认知水平，对于高一年级化学教师进行氧化还原反应概念的教学具有重要的作用。

（1）研究方法及问卷结果

通过编制纸笔测验，测量高一学生氧化还原反应前概念，并对测验结果进行统计分析。首先，选取研究对象进行前概念测验，测试高一学生已具有的对于氧化还原反应概念的认识；其次，根据测验结果，进行统计分析；最后，分析刚入学的高一新生氧化还原反应的前概念情况，为高一氧化还原反应概念教学作为参考。（1）根据化学入学成绩把测试对象205人分为学优生90人与一般生105人，在高一年级第一学期开学后的两周进行测试。（2）测验工具的根据有：①普通高中《化学课程标准（实验）》所提出的有关“氧化还原反应”的内容标准；②苏教版教材配套的化学1教学参考；③2011年广东中考考纲。按本研究的目的精选或设计试题编制了“高一学生氧化还原反应前概念的调查问卷”的测验题。测试题为氧化还原反应的辨析（判断题），测试题设计多种类型的氧化还原反应和非氧化还原反应。通过学生的辨析，分析其对氧化还原反应概念辨析的依据，即了解其前概念。（3）研究过程对研究对象进行测验必要的说明，利用 《 高一学生氧化还原反应前概念的调查问卷 》在同一时间开始测验，测试时间约为 20 分钟。对测验进行逐一评价，采用 Excel 软件对测验数据进行分析，结果如下图1所示。在对测验的统计结果分析后，选取部分研究对象进行调查和访谈。根据测验结果，研究者通过学生对氧化还原反应概念的辨析，分析学生氧化还原反应的辨析依据，了解其氧化还原反应前概念。经过分析与统计，记录高一年级不同层次的学生具有某一氧化还原反应前概念的人数占该层次学生总数的比例。

（2）氧化还原反应前概念情况分析

从上图表分析可看出：

①学生能从化合价变化来判断氧化还原反应是因为他们看过一些课外资料或老师在课外辅导（如化学竞赛辅导）时讲过，学生认为置换反应是氧化还原反应也是因为老师在课外辅导时讲过。②学生认为物质与氧气发生的反应是氧化还原反应是因为初中课介绍过氧化还原反应的概念（失氧被还原，得氧被氧化），而有的同学认为有氧元素参加的反应是氧化还原反应是因为对概念没有理解透彻。③学生认为没有氧元素参加的反应不是氧化还原反应，这是因为初中课本没有提及，还有部分学生认为“氧化还原反应”概念中有“氧”这个字眼，所以顾名思义，认为氧化还原反应必须有氧参加。

2. 高一学生氧化还原反应概念转变诊断分析

（1）研究方法及测试数据结果

①通过自编《高一学生氧化还原反应概念形成测验卷》纸笔测试题，测量高一学生判断一些反应是否是氧化还原反应，并给出判断的理由。在同一时间开始测验，对测验进行逐一评价，采用 Excel 软件对测验数据进行分析。

②根据作答情况，选取典型的作答者，采取个别调查及访谈的方法，根据预设的访谈提纲或问题纲要，对被试进行调查性的谈话，并作好记录，提供实证的依据。

③测试时间：学习完《化学1》中氧化还原反应的相关知识后一个月测试进行测试，测试时间为20分钟。

④被测对象的授课老师在授课前没有对学生氧化还原反应的前概念进行分析。

⑤测试结果如下面表1、表2所示。

（2）分析讨论

问卷及对师生的访谈有下面的卷面诊断结果：

①根据问卷调查结果有如下显示：有98%的学生能根据氧化还原反应的特征（元素化合价升降）来判断是否发生氧化还原反应；利用电子转移、置换反应、复分解反应、分解反应、单质参加反应与氧化还原反应的关系做为辅助判断方法的学生有92.5%。

②通过部分学生访谈，发现绝大数学生都知道根据氧化还原反应的特征（元素化合价的升降）来判断氧化还原反应。

③虽然知道从化合价的变化来判断氧化还原反应的学生占98%，但判断具体的化学反应是不是氧化还原反应，正确率只是88.8%，还有部分学生判断错误。

④有近一半的学生对氧化还原反应概念的理解角度单一，只是会从化合价升降角度来阐释，对概念的表征缺少深度，保留中表层或中层的层面。

从上面问卷可看出：

①对氧化还原反应的概念的认识，学生已从初中“得氧失氧”的认识顺利过渡到“化合价的升降”的表层认识，初中对氧化还原反应的前概念对高中氧化还原概念的形成基本没有影响。

②虽然绝大多数学生知道根据元素化合价是否变化来判断氧化还原反应，但在对具体的化学反应判断中还是出现较多错误，原因是对化学式中各种元素的化合价不很清楚，特别是对一个化学反应方程式中有较多的反应元素、下面是参加本次研究测试部分学生访谈记录：

T：你是根据什么来判断某一化学反应是不是氧化还原反应？

S1：看元素化合价有没有变化。

T：很好，你是怎么知道化合价有没有变化呢？

S2：把元素化合价都标出来。

S3：有单质参加反应，化合价一定发生变化。

T：既然你们都知道根据化合价是否变化来判断是不是氧化还原反应，为什么这道题还是做错了呢？

S2：我标出了部分元素的化合价，但还有的元素化合价不知道，我是猜的，但结果猜错了。

S1：我标错了化合价。

T：你能标出这一化学反应方程式的元素的化学价吗？

S3：不能，我是根据复分解反应不是氧化还原反应做对的。

T：你的答题是全对的，而且你的判断的理由全是根据化合价的变化，你判断时都标出元素的化合价吗？

S4： 没有，很多元素化合价变不变，一看就知道了，能看出来化合价才标，如有单质参加反应，化合价一般都变。

很多学生想标出所有元素化合价来判断是否是氧化还原反应，但标化合价往往受阻（标错或标不出来），所以有很多学生根据氧化还原反应与四大反应类型（置化反应、分解反应、化合反应、复分解反应）的关系来进行判断，但有部分学生只是死记硬背，本质关系不理解，或对四大反应类型分辨不清，所以也做错了题目。

③在问卷中发现，大部分学生对氧还原反应的表征主要是文字表征，在文字表征中主要是根据氧化还原反应的特征（元素化合价的变化）来表征，虽然大部分学生在文字表征中也有多种形式，如有元素化合价变化的是氧化还原反应，有电子转移的反应是氧化还原反应，置换反应是氧化还原反应等，但对这些表征之间的联系缺少思考，所以大部分的学生只是保留中表层或中层的理解。在问卷调查中发现，有的学生认为：一个反应中有化合价的升高不一定有化合价的降低，O2变成O3是氧化还原反应，因为有单质参加反应，有电子转移的反应不一定是氧化还原反应。还有部分学生认为一个化学反应不是氧化还原反应就是非氧化还原反应是错的。

（3）诊断小结

高一学生在《化学1》中氧化还原反应学习困难主要表现在：一是不能抓住核心元素的化合价进行分析，对常见元素化合价较陌生；二是对氧化还原反应概念的理解只是保留中表层或表层的理解，也就是只知道氧化还原反应的特征（化合价变化），对化合价变化与电子转移的关系、电子得失等关系认识模糊，不能多角度来表征氧化还原反应。

（4）教学策略

概念可分为定义性概念和具体概念，从氧化还原反应的学习属性看，它是从化学反应中元素化合价变化的角度认识化学反应本质而形成的概念，应属于定义性概念。概念的学习方法有概念的形成与概念的同化，前者可理解为自下而上的学习，后者可理解为自上而下的学习。虽然外界给学生呈现的是新概念的定义或概念特征的描述，在概念同化与概念形成中，都要求学生将自己原有的知识与新呈现的材料在头脑里发生积极的相互作用，才能将外部提供的材料转化为自己的认知内容[1]。但对于氧化还原反应概念的学习，采取这两种学习方法对氧化还原反应的表征深度不一样。通过访谈被测试学生的授课教师，两位教师在讲授氧化还原反应的概念时，采用的教学方法是传统讲授与练习法。以钠与氯气反应做为典型的例子，直接用下定义的方式将氧化还原反应的本质特征呈现给学生，同时举少量具有典型意义的正反例子加以说明，证实定义中涉及的共同属性，同时做适当的练习，大部分学生可以根据概念的定义判断其是否属于氧化还原反应。但由于学生对概念的意义构建得不完整，对概念理解不透彻，只是保留中表层或中层的表征，对电子的得失关系、电子的转移与化合价等关系的认识上模糊，遇到似是而非的问题时，判断出现摇摆不定，不能很好地辨别。

①降低难度。因为学生才刚接触氧化还原反应，理论是新的，又因为初中化学中没有系统介绍化合价，也给概念的理解带来了难度，所以在开始学习氧化还原反应时，选用例题和练习时要选用老面孔，若选用学生不熟悉的化学方程式，不但增加了难度，也会冲淡新理论学习的重要地位。

②引导学生从不同的外部表征来加强内部表征的深度。我们倡导教育者使用多样化的概念表征形式进行教学，可达到影响、促进和帮助学生多视角、透彻理解概念本质的目的，帮助建构学生易于理解和适合记忆的内部表征形式。

a.从化合价变化的角度引导学生理解氧化还原反应与四大基本反应类型关系的。置换反应一定是氧化还原反应，是因为一定有元素的化合价发生了变化，复分解反应一定不是氧化还原反应，是因为元素化合价一定不发生变化，化合反应与分解反应可能是氧化还原反应是因为化合价可能发生变化。以上内容应举正反例证进行对比说明。

b.引导学生理解氧化还原反应的特征（化合价变化）与氧化还原反应的本质（电子转移）的关系在《化学1》中学习氧化还原反应之前，学生在初中学习的基础上再次学习了原子结构的知识。基于此认知结构，教师应引导学生从原子结构的微观结构来理解电子转移与化合价的关系，为什么失去电子化合价会升高，得电子化合价会降低，加深对氧化还原反应本质与特征的理解。

c.概念变式练习概念的变式，是指从不同角度和方面组织材料，使概念的非本质要素变异，突出概念本质特征的方法。在学习过程中，通过变换与概念无关的、非本质的属性，变换学习者的思维路径，促使学习者从不同角度理解概念的本质和规律。如从化合价变化来判断氧化还原反应与从得氧失氧来判断氧化还原反应的关系，氧化还原反应与四大基本反应的关系，得失电子的守恒关系等。

③化合价是学习氧化还原反应的核心问题。在氧化还原反应的学习过程中，要引导学生对元素的化合价进行学习，抓住物质中的核心元素的化合价来分析氧化还原反应。

在问卷调查过程中，我们发现绝大多数学生知道通过分析物质中所含元素的化合价来预测物质的氧化性或还原性，但是学生不能抓住核心元素进行分析。为了解决这个问题，首先让学生建立元素观念之一 —— 只要元素存在多种化合价，就存在物质之间的相互转化，该元素就可能为核心元素，常为变价元素；其次，通过头脑风暴法，将一些有多种价态的常见元素分成几个组，让学生分小组讨论，举出含有各元素不同价态的物质，分析该元素的价态，讨论后画出元素的化合价数轴；[2]第三，注意化合价认识的循序渐进的过程，引导学生对元素的化合价进行小结。如初中时学生只知道氧元素有-2价和0价，到了高一，氧元素还有-1价。对于碳元素，学生在初中阶段可能只是知道有+2价、+4价和0价，到了高一，学生必须了解到有-4价等其他价态。而对于在高一才开始学习的氯、碘等元素的学习，在平常教学中要贯穿对其化合价的学习，引导学生对元素化合价进行小结；第四，在平常的教学中，要引导学生根据化合价代数和等于零的原则来推测未知元素的化合价。

参考文献

[1] 皮连生主编.学与教的心理学（第五版）[M].上海：华东师范大学出版社，2009：104

[2] 胡久华，王磊 ，潘瑞静.促进学生认识发展的化学1模块氧化还原专题的单元整体教学研究[J].化学教育，2010，（3）

a.从化合价变化的角度引导学生理解氧化还原反应与四大基本反应类型关系的。置换反应一定是氧化还原反应，是因为一定有元素的化合价发生了变化，复分解反应一定不是氧化还原反应，是因为元素化合价一定不发生变化，化合反应与分解反应可能是氧化还原反应是因为化合价可能发生变化。以上内容应举正反例证进行对比说明。

b.引导学生理解氧化还原反应的特征（化合价变化）与氧化还原反应的本质（电子转移）的关系在《化学1》中学习氧化还原反应之前，学生在初中学习的基础上再次学习了原子结构的知识。基于此认知结构，教师应引导学生从原子结构的微观结构来理解电子转移与化合价的关系，为什么失去电子化合价会升高，得电子化合价会降低，加深对氧化还原反应本质与特征的理解。

c.概念变式练习概念的变式，是指从不同角度和方面组织材料，使概念的非本质要素变异，突出概念本质特征的方法。在学习过程中，通过变换与概念无关的、非本质的属性，变换学习者的思维路径，促使学习者从不同角度理解概念的本质和规律。如从化合价变化来判断氧化还原反应与从得氧失氧来判断氧化还原反应的关系，氧化还原反应与四大基本反应的关系，得失电子的守恒关系等。

③化合价是学习氧化还原反应的核心问题。在氧化还原反应的学习过程中，要引导学生对元素的化合价进行学习，抓住物质中的核心元素的化合价来分析氧化还原反应。

在问卷调查过程中，我们发现绝大多数学生知道通过分析物质中所含元素的化合价来预测物质的氧化性或还原性，但是学生不能抓住核心元素进行分析。为了解决这个问题，首先让学生建立元素观念之一 —— 只要元素存在多种化合价，就存在物质之间的相互转化，该元素就可能为核心元素，常为变价元素；其次，通过头脑风暴法，将一些有多种价态的常见元素分成几个组，让学生分小组讨论，举出含有各元素不同价态的物质，分析该元素的价态，讨论后画出元素的化合价数轴；[2]第三，注意化合价认识的循序渐进的过程，引导学生对元素的化合价进行小结。如初中时学生只知道氧元素有-2价和0价，到了高一，氧元素还有-1价。对于碳元素，学生在初中阶段可能只是知道有+2价、+4价和0价，到了高一，学生必须了解到有-4价等其他价态。而对于在高一才开始学习的氯、碘等元素的学习，在平常教学中要贯穿对其化合价的学习，引导学生对元素化合价进行小结；第四，在平常的教学中，要引导学生根据化合价代数和等于零的原则来推测未知元素的化合价。

参考文献

[1] 皮连生主编.学与教的心理学（第五版）[M].上海：华东师范大学出版社，2009：104

[2] 胡久华，王磊 ，潘瑞静.促进学生认识发展的化学1模块氧化还原专题的单元整体教学研究[J].化学教育，2010，（3）

a.从化合价变化的角度引导学生理解氧化还原反应与四大基本反应类型关系的。置换反应一定是氧化还原反应，是因为一定有元素的化合价发生了变化，复分解反应一定不是氧化还原反应，是因为元素化合价一定不发生变化，化合反应与分解反应可能是氧化还原反应是因为化合价可能发生变化。以上内容应举正反例证进行对比说明。

b.引导学生理解氧化还原反应的特征（化合价变化）与氧化还原反应的本质（电子转移）的关系在《化学1》中学习氧化还原反应之前，学生在初中学习的基础上再次学习了原子结构的知识。基于此认知结构，教师应引导学生从原子结构的微观结构来理解电子转移与化合价的关系，为什么失去电子化合价会升高，得电子化合价会降低，加深对氧化还原反应本质与特征的理解。

c.概念变式练习概念的变式，是指从不同角度和方面组织材料，使概念的非本质要素变异，突出概念本质特征的方法。在学习过程中，通过变换与概念无关的、非本质的属性，变换学习者的思维路径，促使学习者从不同角度理解概念的本质和规律。如从化合价变化来判断氧化还原反应与从得氧失氧来判断氧化还原反应的关系，氧化还原反应与四大基本反应的关系，得失电子的守恒关系等。

③化合价是学习氧化还原反应的核心问题。在氧化还原反应的学习过程中，要引导学生对元素的化合价进行学习，抓住物质中的核心元素的化合价来分析氧化还原反应。

在问卷调查过程中，我们发现绝大多数学生知道通过分析物质中所含元素的化合价来预测物质的氧化性或还原性，但是学生不能抓住核心元素进行分析。为了解决这个问题，首先让学生建立元素观念之一 —— 只要元素存在多种化合价，就存在物质之间的相互转化，该元素就可能为核心元素，常为变价元素；其次，通过头脑风暴法，将一些有多种价态的常见元素分成几个组，让学生分小组讨论，举出含有各元素不同价态的物质，分析该元素的价态，讨论后画出元素的化合价数轴；[2]第三，注意化合价认识的循序渐进的过程，引导学生对元素的化合价进行小结。如初中时学生只知道氧元素有-2价和0价，到了高一，氧元素还有-1价。对于碳元素，学生在初中阶段可能只是知道有+2价、+4价和0价，到了高一，学生必须了解到有-4价等其他价态。而对于在高一才开始学习的氯、碘等元素的学习，在平常教学中要贯穿对其化合价的学习，引导学生对元素化合价进行小结；第四，在平常的教学中，要引导学生根据化合价代数和等于零的原则来推测未知元素的化合价。

参考文献

[1] 皮连生主编.学与教的心理学（第五版）[M].上海：华东师范大学出版社，2009：104

[2] 胡久华，王磊 ，潘瑞静.促进学生认识发展的化学1模块氧化还原专题的单元整体教学研究[J].化学教育，2010，（3）