“氧化還原”認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重建

1、氧化還原”認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重建摘要針對氧化還原的教學(xué)現(xiàn)狀，依據(jù)有關(guān)理論，重新 設(shè)計了氧化還原的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和實 ？T？程，并通過具體實踐 和效果評估進(jìn)行了試驗研究，以教學(xué)設(shè)計的校本研究方式呈 現(xiàn)了研究結(jié)果。 ？關(guān)鍵詞認(rèn)知結(jié)構(gòu)氧化還原表征？才？1 問題的提出 ？作為化學(xué)知識體系中概念學(xué)習(xí)的重要組成部分，氧化還 原的教學(xué)現(xiàn)狀未能盡如人意。盡管部分學(xué)生通過多次強化， 以耗費更多的腦力資源為代價，達(dá)到了知識教學(xué)目標(biāo)的要求， 但其認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立總體上是機(jī)械的，不利于同化的。特別 是以化合價作為“先行組織者”的引導(dǎo)材料使用不夠，對有 一定層次和關(guān)聯(lián)關(guān)系的認(rèn)知結(jié)構(gòu)沒有充分組織起來，影響到 認(rèn)知結(jié)構(gòu)的清晰性和穩(wěn)定性，在

2、后續(xù)的元素化合物知識和電 化學(xué)學(xué)習(xí)中難于正向遷移。故此，筆者在氧化還原的教學(xué)設(shè) 計中對認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立作了一些嘗試，以求有所改進(jìn)。 ？2 理論基礎(chǔ) ？認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展理論可追溯到皮亞杰的發(fā)生認(rèn)識論，體 現(xiàn)了認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)展的本質(zhì)。布魯納從最一般的意義上把存在 于頭腦中的所有知識看作是整體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，對認(rèn)知結(jié)構(gòu)作 了最抽象的概括。他對認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的闡述。奧 蘇伯爾是認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論具體化的行家，他強調(diào)了概括性強、 清晰、牢固、具有可辨別性、可利用性的認(rèn)知結(jié)構(gòu)在學(xué)習(xí)過 程中的作用，并把建立學(xué)習(xí)者對教材的清晰、牢固的認(rèn)知結(jié) 構(gòu)作為教學(xué)的主要任務(wù)。奧蘇伯爾的有意義學(xué)習(xí)理論著重強 調(diào)了認(rèn)知結(jié)構(gòu)的地位，圍繞

3、著認(rèn)知結(jié)構(gòu)提出的上位學(xué)習(xí)、下 位學(xué)習(xí)、相關(guān)類屬學(xué)習(xí)、 ？廠17.薪岷涎？習(xí)和創(chuàng)造學(xué)習(xí)等幾種 學(xué)習(xí)類型，為新？芍？識是如何組織的提供了一條較有說服 力的解釋 1。 ？認(rèn)知結(jié)構(gòu)的理論要求教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計要以條理化、結(jié)構(gòu) 化和整合化為原則，這一原則并不是要求教學(xué)必須從基本的 概念和原理教起，而是要以形成結(jié)構(gòu)化、層次化的認(rèn)知結(jié)構(gòu) 為最終目標(biāo)和總的設(shè)計原則。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計可采取 2 條互 逆的途徑：由一般到特殊和由特殊到一般的設(shè)計順序，即遵 循逐步分化和逐步統(tǒng)合的原則 （奧蘇伯爾的觀點） 。運用這 2 條途徑的共同前提是，教師對學(xué)科基本結(jié)構(gòu)和各部分相互關(guān) 系能精細(xì)了解且始終以形成學(xué)生優(yōu)質(zhì)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為目標(biāo)。

4、 ？學(xué)生要構(gòu)建合理的化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，特別要抓好 3 個重要 的環(huán)節(jié)：認(rèn)知結(jié)構(gòu)的有效激活、認(rèn)知結(jié)構(gòu)的初步構(gòu)建和認(rèn)知 結(jié)構(gòu)的測查與完善?；瘜W(xué)教材雖然根據(jù)知識結(jié)構(gòu)的特點排列， 但是，教材是以靜態(tài)的序列呈現(xiàn)的，不可能充分滿足知識學(xué) 習(xí)的結(jié)構(gòu)化要求。并且，知識的結(jié)構(gòu)性也不等于學(xué)生認(rèn)知的 結(jié)構(gòu)化要求，因為知識的結(jié)構(gòu)性往往是根據(jù)研究結(jié)果的歸屬 來排列的，雖然教材編寫者正在努力向?qū)W習(xí)者的認(rèn)知特點靠 攏，但這是一件相當(dāng)復(fù)雜的工作， 短時間里難以完成。 因此， 教師的教學(xué)不能完全按照教材上的知識排列順序，按部就班 地、勻速地進(jìn)行，必須根據(jù)對學(xué)生的實際情況和教師對知識 的理解， 對教材進(jìn)行加工， 以利于學(xué)生形成知識的

5、認(rèn)知結(jié)構(gòu)。 層次分明、結(jié)構(gòu)化的知識網(wǎng)絡(luò)是良好化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要特 征，要形成良好的化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，就要從構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的知識 網(wǎng)絡(luò)入手 2。 ?知識的應(yīng)用可以提高和促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可利用性、可辨 別性以及穩(wěn)定性，這一方面可以使已有的陳述性知識得到優(yōu) 化，使已有知識經(jīng)驗在頭腦中得到很好的儲存，在解決有關(guān) 問題時，保證能夠及時地提??；另一方面，它還有助于所掌 握的陳述性知識向程序性知識的轉(zhuǎn)化，從而形成有關(guān)的技能 3。?認(rèn)知結(jié)構(gòu)的概念圖、畫圖、卡片排列等測查方法已經(jīng)在 研究中得到了較多的應(yīng)用，但這些方法的信度、效度問題都 還有待進(jìn)一步研究，而且，如何將 ？廡椒乒愕絞導(dǎo)式萄e性蚋？是需要探討的問題。3“氧化還

6、原”認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立方案 ?4 實施方案的具體過程（ 2 課時，新課程人教版化學(xué)必修 1） ？4.1 認(rèn)知結(jié)構(gòu)的激活 ？ 引言：我們知道，用簡單分類法可將元素、物質(zhì)、反應(yīng) 分成不同的類，分類依據(jù)不同，分類結(jié)果也不同。 ？觀察：在下列 2 類反應(yīng)中，說明其分類依據(jù)。？給出材料：（板書或投影） （視學(xué)生情況可提示化合價的 變化） ？討論總結(jié)：從反應(yīng)前到反應(yīng)后，A組元素化合？塾斜浠?,B組無變化?；瘜W(xué)反應(yīng)據(jù)此可分為兩 ？卜唷* ?4.2“先行組織者”引導(dǎo)材料 ？觀察：A組中金屬單質(zhì)、H2、陰離子、02、CI2、？衾胱鈾 ？含元素化合價從反應(yīng)前到反應(yīng)后如何變化？ ？討論總結(jié)：金屬單質(zhì)、H2、陰離子所含元

7、素化合價升高，02、CI2、陽離子所含元素化合價降低。？思考：在反應(yīng)中金屬單質(zhì)的化合價一定升高嗎？O2 的化合價一定降低嗎？ ?討論總結(jié)：金屬元素只有零價和正價，所以金屬單質(zhì)在 反應(yīng)中化合價一定升高，氧元素只有零價和負(fù)價，所以 O2 在反應(yīng)中化合價一定降低。 ?思考：其他元素（如氯、 硫、氫）的化合價和金屬元素、 氧元素一樣嗎？ ?討論總結(jié)： ?CI2為零價，化合價可升可降，Cu+2、H+只能降，S2-、CI?-只升，單質(zhì)C為零價，可升可降。確定物質(zhì)中元素所處 的化合價和該元素的所有化合價，就可判斷化合價的升降趨 勢。 ?4.3 認(rèn)知結(jié)構(gòu)（一）的初步構(gòu)建 ? 思考：為什么不同元素的化合價有所不

8、同？為什么最高價為 +7，化合價變化的實質(zhì)是什么？ ?4.3.1 表格表征 ?4.3.2 語義表征 ?由于不同元素電子層結(jié)構(gòu)不同，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時得失電 定結(jié)構(gòu)決定了最高價為 +7。 ?子數(shù)或共用電子對數(shù)不同，所以化合價會有不同，8 電子穩(wěn)?化合價變化的實質(zhì)是電子的得失或偏移， 即電子轉(zhuǎn)移 化合價升高失去電子，化合價降低得到電子（電子對偏 移也看做得失電子） 。 ?得失電子數(shù)的確定：失電子總數(shù)等于升高的原子數(shù)乘以 升幅，得電子總數(shù)等于降低的原子數(shù)乘以降幅，得失電子總 數(shù)一定相等。 ?4.3.3 知識的應(yīng)用 ? 標(biāo)出下列反應(yīng)化合價的升降和電子轉(zhuǎn)移的方向數(shù)目 CO+H2O=CO2+H2?2KCIO3

9、=2KCI+3O2 ?MnO2+4HCI=MnCI2+CI2f +2H2O?CI2+2NaOH=NaCI+NaCIO+H2O?4.4 認(rèn)知結(jié)構(gòu)（二）的初步構(gòu)建 ?4.4.1 語義表征 ?像金屬單質(zhì)、氫氣、簡單陰離子這樣一些物質(zhì)，所含元 素處于其低價，在反應(yīng)中化合價升高、失去電子的性質(zhì)，還 有像氧氣、陽離子這樣一些物質(zhì)，所含元素處于其高價，在 反應(yīng)中化合價降低、得到電子的性質(zhì)均是物質(zhì)的基本屬性之 一（如同物質(zhì)的活潑性、穩(wěn)定性，酸的酸性、堿的堿性，金 屬的金屬性、非金屬的非金屬性一樣） ，前者屬于還原劑的 還原性，其化合價升高、失去電子的過程叫做被氧化，發(fā)生 氧化反應(yīng)， 對應(yīng)產(chǎn)物叫氧化產(chǎn)物； 后者

10、屬于氧化劑的氧化性， 其化合價降低、 得到電子的過程叫做被還原， 發(fā)生還原反應(yīng)， 對應(yīng)產(chǎn)物叫還原產(chǎn)物。而把此類化合價有升降，電子有轉(zhuǎn)移 的反應(yīng)叫氧化還原反應(yīng)。其中氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)同時發(fā)生， 化合價有升就有降，電子有得就有失。化合價沒有變化，電 子沒有轉(zhuǎn)移的反應(yīng)叫非氧化還原反應(yīng)。 ?4.4.2 表格表征4.4.3 圖示表征 ?氧化劑（高價） +還原劑（低價）還原產(chǎn)物（較低化合 價降低得到電子被還原價） +氧化產(chǎn)物（較化合價升高失去 電子被氧化高價） ?4.4.4 命題表征 ? 元素在物質(zhì)中若處于其最高價，則其化合價只能降低， 只能得到電子，只能被還原，只具有氧化性，如Fe3+、硫酸中的硫元素等

11、；元素在物質(zhì)中若處于其最低價，則其化合價 只能升高，只能失去電子，只能被氧化，只具有還原性，如 氫氣、金屬單質(zhì)等；若處于中間價態(tài)，則既有氧化性，又有 還原性。同一反應(yīng)中，氧化性：氧化劑大于氧化產(chǎn)物；還原 性：還原劑大于還原產(chǎn)物。4.4.5 知識的應(yīng)用 ?練習(xí) 1下列物質(zhì)或離子只有還原性的是 ，只有氧化性的是 ，既有氧化性又有還原性的是 Cu+2 O2 Fe+2 Cl- S2- H2O HCl S H+ Cl2?練習(xí) 2判斷下列反應(yīng)哪些屬于氧化還原反應(yīng)， 屬于氧化 還原反應(yīng)的分析化合價的升降、 電子的轉(zhuǎn)移、 氧化還原過程， 并指出氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物。4.5 認(rèn)知結(jié)構(gòu)的測查與完善

12、? 問題情境：為什么說任何化合物在適當(dāng)條件下既有氧化 性又有還原性？分解反應(yīng)、化合反應(yīng)是否都是氧化還原反應(yīng)？ 復(fù)分解反應(yīng)呢？氧化還原反應(yīng)與 4 種基本反應(yīng)類型有何關(guān) 系？ ?討論總結(jié)：化合物中有正價和負(fù)價的元素，當(dāng)其變?yōu)榱?價時，則其既有氧化性又有還原性。有單質(zhì)生成的分解反應(yīng) 和有單質(zhì)參加的化合反應(yīng)中單質(zhì)所含元素的化合價肯定有 變化，所以只有一部分化合反應(yīng)和分解反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)， 復(fù)分解反應(yīng)中元素化合價都不變，是非氧化還原反應(yīng)。 ?圖式表征：見教材的 4 種基本反應(yīng)類型與氧化還原反應(yīng) 的關(guān)系圖示。 ?作業(yè)：標(biāo)出 A 組的反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向數(shù)目，指出氧 化劑、還原劑。 ?5 實施效果的評估 ?5.1 量表的設(shè)計 ?本次統(tǒng)計結(jié)果不計入任何成績冊，只作為教學(xué)研究使用， 希望你能如實填寫，并核對你的試題答案（單選） ，效果選 項可多選，謝謝合作。 ?5.2 統(tǒng)計結(jié)果及其解釋 ?統(tǒng)計樣本為本校高一年級 4 個平行班， 2 個實驗班， 2 個對照班，共 205 人，發(fā)量表 205 份，收回 201 份，廢卷 4 份。由于本校為普通中學(xué)，本屆學(xué)生的入學(xué)水平在平行學(xué)校 中位于最末，其統(tǒng)計結(jié)果的信度、效度只能局限在校本研究 內(nèi)；受樣本的限制，統(tǒng)計工具未采用spss只用電子表格進(jìn)行了粗略的百分比估計，保留到整數(shù)位，結(jié)果如下。從表中可以看出，實驗班的試題正確率比對照班高，元 認(rèn)知