基于学科核心素养的高中化学教学实践路径——以“氧化还原反应”教学为例

刘永志

（厦门集美中学，福建 厦门 361021）

《普通高中化学课程标准（2017 年版）》（以下简称“课标”）提出具有国际视野、符合新时代普通高中教育教学的新理念——学科核心素养，即通过各学科的特点，凝练出各学科最本质的育人价值。学科核心素养是对上一轮普通高中课程改革提出的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标的进一步整合与凝练。通过各学科发展学生核心素养，不仅是学科本身育人价值的体现，也是落实立德树人根本任务的具体形式。［1］对于化学学科而言，学生通过对具体知识的学习，具备相应的科学素养，为以后的发展以及终身学习奠定基础。课标提出，化学学科的核心素养包含5 个方面内容。如何在教学实践中创造性地落实化学学科核心素养的培养目标，是一线教师们面临的共同课题。现以2019 年鲁科版高中化学《必修（第一册）》“氧化还原反应”教学为例，探讨基于学科核心素养的高中化学教学实践路径。

一、从课标与教材中找寻落实教学目标的落脚点

课标对氧化还原反应内容的要求是，让学生了解氧化还原反应是有元素的化合价发生变化的反应，知道其实质是电子转移，以及常见的氧化剂和还原剂。上述必修课程中的要求，是对氧化还原反应概念以及本质的学习。［2］氧化还原反应是高中化学必修课程中的核心概念［3］，是后续选择性必修课程中的“电池”“电解”教学中的重要基础。氧化还原反应的教学，以2019 年鲁科版高中化学《必修（第一册）》第2章第3 节为内容。氧化还原反应作为高中化学的核心概念，在教材的编排上，为后面元素化合物以及电化学的教学奠定基础，特别是在后续元素“价—类”二维图的教学中地位更为突出。

此外，学生现有的知识水平局限于初中学过的四大基本反应类型、常见元素的化合价分析，以及高中刚刚学过的物质的量计算、物质的分类等知识，在此基础上，拓展学生对化学反应分类。当然，让学生在基于证据推理的基础上，理解氧化还原反应的本质，以及建构起氧化还原反应的认知分析模型，是发展学生化学学科核心素养的具体教学模式。教学目标的落实，还在于引导学生在真实化学情境中，通过学科思维方法，基于证据推理，理解电子转移是氧化还原的实质，并让学生逐渐形成认知分析模型。这样的教学设计思路，既能提升学生的学科素养，也能使学科素养在高中化学课堂真正落地生根。

二、从教学设计思路中探寻学科核心素养培养的实施路径

本节课的教学设计思路如表1 所示。在每个环节的设计中，都以学生已有的认知为基础，通过活动或实验，让学生在真实化学情境中，体会科学探究的本质。

表1 教学过程的设计思路

三、从知识与能力的进阶中追求学科核心素养的提升

（一）运用联想质疑导入，发现新问题

学生在初中已学过四大基本反应类型，以及常见元素化合价的分析。因此，选取学生熟悉的铜及其化合物的4 个化学反应。

（1）2Cu+O22CuO

（2）H2+CuOCu+H2O

（3）Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

（4）CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓+Na2SO4

通过判断这4 个反应的基本类型，引导学生分析铜元素的化合价发生了哪些变化，前三个反应与最后一个反应的特征有什么不同，导入新课。学生通过观察，能正确回答出四个反应的基本类型，接着分析元素价态，发现（1）（2）和（3）反应中铜元素价态发生变化，但（4）反应中铜元素的化合价却没有变化。接着，为学生对反应类型的思考作铺垫：四大基本反应类型是认识化学反应，对化学反应分类的一个视角，那么前面分析4 个反应中铜元素的化合价发现，有的化学反应中元素的化合价会发生变化，有的却没有发生变化，这是否是重新认识化学反应的新视角呢？这样的设计是在学生原有的认知水平上，让学生判断反应的基本类型，并分析元素化合价的变化，在此基础上，重新思考认识化学反应的新视角。学生对化学反应认识的角度以及思路更加丰富，引发积极思考，提升思维水平。

（二）建立概念认知，认识反应分类及其关系

通过对前面铜及其化合物4 个化学反应的分析发现，化合价的变化是对化学反应分类的一个新角度，这是开拓学生认识化学反应分类的新视角。从化学反应过程中有无元素的化合价发生改变，可以把反应分成两类：有元素变价的反应是氧化还原反应；相反，没有变价的是非氧化还原反应。在了解氧化还原反应的概念后，即建立氧化还原反应的概念认知，再让学生判断前述4 个化学反应，哪些是氧化还原反应？学生在前面氧化还原反应概念认知的基础上，能够根据元素化合价的变化，正确判断出前述（1）（2）和（3）三个反应属于氧化还原反应。

基于概念认识的基础，继续引导学生对氧化、还原对立统一关系进行深入理解。在氧化还原反应中，反应物所含的某些元素的化合价升高，这样的反应称为氧化反应；而反应物所含的某些元素降价，称为还原反应。氧化反应、还原反应虽然是对立的，但二者却相互依存并统一于氧化还原反应中。根据氧化反应、还原反应的概念，让学生试着分析在氢气与氧化铜发生的反应中，有哪些元素发生氧化反应，又有哪些元素发生还原反应？学生经过分析元素化合价的升降，就能正确判断。

至此，通过分析元素化合价的变化，让学生对反应的分类有新的认识。学生知道氧化还原反应的概念，也知道其特征是反应中元素的化合价有发生变化，从而促进学生变化观念的发展。在此基础上，对氧化反应与还原反应的概念进行分析，让学生知道二者是对立又统一的关系。

（三）基于证据推理，深刻理解氧化还原本质

该部分是教学的重难点。首先，通过阅读课本上的“交流·研讨”栏目，引导学生分析金属钠和氯气是如何反应生成氯化钠的。在分析过程中，通过动画视频，让学生生动形象地了解钠原子为了达到稳定结构，要失去最外层的1 个电子，变成Na+；而氯原子最外层则需要得到1 个电子，变成Cl-。钠原子失去的1 个电子刚好可以给氯原子，生成的Na+与Cl-通过静电作用形成氯化钠。在金属钠和氯气反应生成NaCl 的过程中，元素价态的改变正是由电子得失引起的。对氯化钠形成过程的分析，是建立在学生对于原子结构认知的基础上设计教学的。这是基于氯化钠形成过程的事实，让学生初步了解氧化还原反应中有电子的得失。但是电子是微观的，如何让学生真正体验到氧化还原反应中有电子的得失，是接下来设计教学的方向。

其次，让学生思考Fe 与CuSO4溶液反应，电子又是如何转移的？我们能够“看”到电子转移吗？这个“看”字，激发学生的科学探究兴趣。微观的电子怎么通过实验“看”呢？利用原电池实验装置进行Fe 与CuSO4溶液反应的实验，让学生注意观察电流表的指针。学生在实验过程中，发现电流表的指针偏转，进而推理出该反应中有电流流过，正是电子的定向移动形成电流。师生在科学实验探究的基础上，共同推测出Fe 与CuSO4溶液反应中有电子的转移，让学生感受实验与推理的严谨性。

通过分析氯化钠的形成过程，是在原子结构的基础上，让学生知道氧化还原反应中有电子的得失。如何让学生真正体验到电子的转移，能够“看”到电子的转移，即从宏观视角（化合价的升降）深入微观视角（电子的转移）？在电流表指针偏转这个实验证据的基础上，让学生知道有电流流过，从而推理出有电子发生了定向移动，即Fe 与CuSO4溶液反应中发生了电子的转移。基于此证据，让学生从微观角度切身感受到氧化还原反应的本质是电子转移，即“看”到电子发生转移。

（四）掌握氧化性、还原性，微观认识和研究物质

让学生初步认识氧化剂、还原剂，会根据元素的化合价升降来判断氧化剂、还原剂，并熟悉常见的氧化剂、还原剂，从而为完善氧化还原反应的分析模型奠定基础。在氧化还原反应中，反应物中有元素的化合价降低，这样的反应物称为氧化剂；相反，反应物中有元素升价，称为还原剂。氧化剂在反应中得电子，元素的化合价降低，那么氧化剂就被还原，发生还原反应，生成的是还原产物；还原剂在反应中失电子，其所含元素升价，发生氧化反应，生成氧化产物。在此基础上，引导学生通过元素价态的高低，思考常见的物质中，哪些可能具有氧化性，哪些可能具有还原性，并让学生知道氧化性、还原性是物质的重要化学性质。由此，学生对物质性质的认识产生进一步的提升。学生对氧化还原反应的认知水平，已经从宏观视角深入到微观视角。让学生了解氧化剂、还原剂的概念，能根据元素的化合价升降来判断氧化剂、还原剂，为后面建立并完善氧化还原反应的分析模型做好铺垫。

（五）总结提升，建构氧化还原反应的分析模型

将零散知识结构化，并建立分析模型，是学习过程中知识与思维能力进阶的表现。学生通过前面的学习，知识、思路还是零碎的，教师要帮助学生建立起氧化还原反应的分析模型，如图1 所示。

图1 氧化还原反应的分析模型

总之，作为高中化学核心概念之一的氧化还原反应，要正确处理氧化还原反应的概念教学。在教学中，引导学生通过概念学习，向更高层次的问题思考进阶，体会氧化还原反应宏微结合的探究问题的思路，并基于实验证据，推理反应的实质，逐步形成氧化还原反应的分析模型，达到培养学生的化学学科核心素养的目标。