“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(duì)氧化還原的教學(xué)現(xiàn)狀，依據(jù)有關(guān)理論，重新設(shè)計(jì)了氧化還原的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和實(shí)？TL?程，并通過(guò)具體實(shí)踐和效果評(píng)估進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以教學(xué)設(shè)計(jì)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(wèn)題的提出?作為化學(xué)知識(shí)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(guò)多次強(qiáng)化，以耗費(fèi)更多的腦力資源為代價(jià)，達(dá)到了知識(shí)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(jià)作為“先行組織者”的引導(dǎo)材料使用不夠，對(duì)有一定層次和關(guān)聯(lián)關(guān)系的認(rèn)知結(jié)構(gòu)沒(méi)有充分組織起來(lái)，影響到認(rèn)知結(jié)構(gòu)的清晰性和穩(wěn)定性，在后續(xù)的元素化合物知識(shí)和

2、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(jì)中對(duì)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(shí)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(shí)看作是整體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，對(duì)認(rèn)知結(jié)構(gòu)作了最抽象的概括。他對(duì)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(qiáng)調(diào)了概括性強(qiáng)、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(guò)程中的作用，并把建立學(xué)習(xí)者對(duì)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(qiáng)調(diào)了認(rèn)知結(jié)構(gòu)的地位，圍繞著認(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(lèi)屬學(xué)習(xí)

3、、？廠(chǎng)17.薪岷涎？習(xí)和創(chuàng)造學(xué)習(xí)等幾種學(xué)習(xí)類(lèi)型，為新？芍？識(shí)是如何組織的提供了一條較有說(shuō)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(jì)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(jì)原則。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)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(jì)順序，即遵循逐步分化和逐步統(tǒng)合的原則（奧蘇伯爾的觀(guān)點(diǎn)）。運(yùn)用這2條途徑的共同前提是，教師對(duì)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)。?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(gè)重要的環(huán)節(jié)：認(rèn)知結(jié)構(gòu)的有效激活、認(rèn)知結(jié)

4、構(gòu)的初步構(gòu)建和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的測(cè)查與完善。化學(xué)教材雖然根據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)排列，但是，教材是以靜態(tài)的序列呈現(xiàn)的，不可能充分滿(mǎn)足知識(shí)學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)化要求。并且，知識(shí)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?yàn)橹R(shí)的結(jié)構(gòu)性往往是根據(jù)研究結(jié)果的歸屬來(lái)排列的，雖然教材編寫(xiě)者正在努力向?qū)W習(xí)者的認(rèn)知特點(diǎn)靠攏，但這是一件相當(dāng)復(fù)雜的工作，短時(shí)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(shí)排列順序，按部就班地、勻速地進(jìn)行，必須根據(jù)對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況和教師對(duì)知識(shí)的理解，對(duì)教材進(jìn)行加工，以利于學(xué)生形成知識(shí)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。層次分明、結(jié)構(gòu)化的知識(shí)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(shí)網(wǎng)絡(luò)

5、入手2。?知識(shí)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(shí)得到優(yōu)化，使已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)在頭腦中得到很好的儲(chǔ)存，在解決有關(guān)問(wèn)題時(shí)，保證能夠及時(shí)地提??；另一方面，它還有助于所掌握的陳述性知識(shí)向程序性知識(shí)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(huà)圖、卡片排列等測(cè)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(wèn)題都還有待進(jìn)一步研究，而且，如何將？丁疣椒乒愕絞導(dǎo)式萄e性財(cái)？是需要探討的問(wèn)題。3“氧化還原”認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立方案?4 實(shí)施方案的具體過(guò)程（2課時(shí)，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(jiǎn)單分類(lèi)法可將元素

6、、物質(zhì)、反應(yīng)分成不同的類(lèi)，分類(lèi)依據(jù)不同，分類(lèi)結(jié)果也不同。?觀(guān)察：在下列2類(lèi)反應(yīng)中，說(shuō)明其分類(lèi)依據(jù)。?給出材料：（板書(shū)或投影）（視學(xué)生情況可提示化合價(jià)的變化）?討論總結(jié)：從反應(yīng)前到反應(yīng)后，A組元素化合？塾余？,B組無(wú)變化?；瘜W(xué)反應(yīng)據(jù)此可分為兩？H育夫?4.2 “先行組織者”引導(dǎo)材料?觀(guān)察：A組中金屬單質(zhì)、H2、陰離子、02、C12、？丁衾胱鈾?含元素化合價(jià)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、陰離子所含元素化合價(jià)升高，02、C12、陽(yáng)離子所含元素化合價(jià)降低。？思考：在反應(yīng)中金屬單質(zhì)的化合價(jià)一定升高嗎？O2的化合價(jià)一定降低嗎？?討論總結(jié)：金屬元素只有零價(jià)和正價(jià)，所以金屬單質(zhì)在反應(yīng)中

7、化合價(jià)一定升高，氧元素只有零價(jià)和負(fù)價(jià)，所以O(shè)2在反應(yīng)中化合價(jià)一定降低。?思考：其他元素（如氯、硫、氫）的化合價(jià)和金屬元素、氧元素一樣嗎？?討論總結(jié)：?Cl2為零價(jià)，化合價(jià)可升可降，Cu+2、H+只能降，S2-、Cl?-只開(kāi)，單質(zhì)C為零價(jià)，可升可降。確定物質(zhì)中元素所處的化合價(jià)和該元素的所有化合價(jià)，就可判斷化合價(jià)的升降趨勢(shì)。?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(jià)有所不同？為什么最高價(jià)為+7，化合價(jià)變化的實(shí)質(zhì)是什么？?4.3.1 表格表征?4.3.2 語(yǔ)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(shí)得失電子數(shù)或共用電子對(duì)數(shù)不同，所以化合價(jià)會(huì)有不同，8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)決定了最

8、高價(jià)為+7。?化合價(jià)變化的實(shí)質(zhì)是電子的得失或偏移，即電子轉(zhuǎn)移。?化合價(jià)升高失去電子，化合價(jià)降低得到電子（電子對(duì)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(shí)的應(yīng)用?標(biāo)出下列反應(yīng)化合價(jià)的升降和電子轉(zhuǎn)移的方向數(shù)目:CO+H2O=CO2+H2?2KClO3=2KCl+3O2?MnO2+4HCl=MnCl2+C12T+2H2O?Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O?4.4 認(rèn)知結(jié)構(gòu)（二）的初步構(gòu)建?4.4.1 語(yǔ)義表征?像金屬單質(zhì)、氫氣、簡(jiǎn)單陰離子這樣一些物質(zhì)，所含元素處于其低價(jià)，在

9、反應(yīng)中化合價(jià)升高、失去電子的性質(zhì)，還有像氧氣、陽(yáng)離子這樣一些物質(zhì)，所含元素處于其高價(jià)，在反應(yīng)中化合價(jià)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(jià)升高、失去電子的過(guò)程叫做被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，對(duì)應(yīng)產(chǎn)物叫氧化產(chǎn)物；后者屬于氧化劑的氧化性，其化合價(jià)降低、得到電子的過(guò)程叫做被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，對(duì)應(yīng)產(chǎn)物叫還原產(chǎn)物。而把此類(lèi)化合價(jià)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(shí)發(fā)生，化合價(jià)有升就有降，電子有得就有失?；蟽r(jià)沒(méi)有變化，電子沒(méi)有轉(zhuǎn)移的反應(yīng)叫非氧化還原反應(yīng)。?4

10、.4.2 表格表征4.4.3 圖示表征?氧化劑（高價(jià)）+還原劑（低價(jià)）還原產(chǎn)物（較低化合價(jià)降低得到電子被還原價(jià)）+氧化產(chǎn)物（較化合價(jià)升高失去電子被氧化高價(jià)）?4.4.4 命題表征?元素在物質(zhì)中若處于其最高價(jià)，則其化合價(jià)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；元素在物質(zhì)中若處于其最低價(jià)，則其化合價(jià)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(jià)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(shí)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

11、性又有還原性的是。Cu+2O2Fe+2Cl-S2-H2OHClSH+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(jià)的升降、電子的轉(zhuǎn)移、氧化還原過(guò)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(cè)查與完善?問(wèn)題情境：為什么說(shuō)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(lèi)型有何關(guān)系？?討論總結(jié)：化合物中有正價(jià)和負(fù)價(jià)的元素，當(dāng)其變?yōu)榱銉r(jià)時(shí)，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(jià)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

12、化還原反應(yīng)，復(fù)分解反應(yīng)中元素化合價(jià)都不變，是非氧化還原反應(yīng)。?圖式表征：見(jiàn)教材的4種基本反應(yīng)類(lèi)型與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系圖示。?作業(yè)：標(biāo)由A組的反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向數(shù)目，指由氧化劑、還原劑。?5 實(shí)施效果的評(píng)估?5.1 量表的設(shè)計(jì)?本次統(tǒng)計(jì)結(jié)果不計(jì)入任何成績(jī)冊(cè)，只作為教學(xué)研究使用，希望你能如實(shí)填寫(xiě)，并核對(duì)你的試題答案（單選），效果選項(xiàng)可多選，謝謝合作。?5.2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果及其解釋?統(tǒng)計(jì)樣本為本校高一年級(jí)4個(gè)平行班，2個(gè)實(shí)驗(yàn)班，2個(gè)對(duì)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(jì)結(jié)果的信度、效度只能局限在校本研究?jī)?nèi)；受樣本的限制，統(tǒng)計(jì)工具未采用spss只用電子表格進(jìn)行了粗略的百分比估計(jì)，保留到整數(shù)位，結(jié)果如下。從表中可以看出，實(shí)驗(yàn)班的試題正確率比對(duì)照班