“氧化還原”認知結構的重建

1、氧化還原”認知結構的重建摘要針對氧化還原的教學現狀，依據有關理論，重新 設計了氧化還原的認知結構和實 ？T？程，并通過具體實踐 和效果評估進行了試驗研究，以教學設計的校本研究方式呈 現了研究結果。 ？關鍵詞認知結構氧化還原表征？才？1 問題的提出 ？作為化學知識體系中概念學習的重要組成部分，氧化還 原的教學現狀未能盡如人意。盡管部分學生通過多次強化， 以耗費更多的腦力資源為代價，達到了知識教學目標的要求， 但其認知結構的建立總體上是機械的，不利于同化的。特別 是以化合價作為“先行組織者”的引導材料使用不夠，對有 一定層次和關聯關系的認知結構沒有充分組織起來，影響到 認知結構的清晰性和穩(wěn)定性，在

2、后續(xù)的元素化合物知識和電 化學學習中難于正向遷移。故此，筆者在氧化還原的教學設 計中對認知結構的建立作了一些嘗試，以求有所改進。 ？2 理論基礎 ？認知結構的發(fā)展理論可追溯到皮亞杰的發(fā)生認識論，體 現了認知結構發(fā)展的本質。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知結構，對認知結構作 了最抽象的概括。他對認知結構進行了較為系統的闡述。奧 蘇伯爾是認知結構理論具體化的行家，他強調了概括性強、 清晰、牢固、具有可辨別性、可利用性的認知結構在學習過 程中的作用，并把建立學習者對教材的清晰、牢固的認知結 構作為教學的主要任務。奧蘇伯爾的有意義學習理論著重強 調了認知結構的地位，圍繞

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

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

5、認知結構。 層次分明、結構化的知識網絡是良好化學認知結構的重要特 征，要形成良好的化學認知結構，就要從構建結構化的知識 網絡入手 2。 ?知識的應用可以提高和促進認知結構的可利用性、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，使已有知識經驗在頭腦中得到很好的儲存，在解決有關 問題時，保證能夠及時地提?。涣硪环矫?，它還有助于所掌 握的陳述性知識向程序性知識的轉化，從而形成有關的技能 3。?認知結構的概念圖、畫圖、卡片排列等測查方法已經在 研究中得到了較多的應用，但這些方法的信度、效度問題都 還有待進一步研究，而且，如何將 ？廡椒乒愕絞導式萄e性蚋？是需要探討的問題。3“氧化還

6、原”認知結構的建立方案 ?4 實施方案的具體過程（ 2 課時，新課程人教版化學必修 1） ？4.1 認知結構的激活 ？ 引言：我們知道，用簡單分類法可將元素、物質、反應 分成不同的類，分類依據不同，分類結果也不同。 ？觀察：在下列 2 類反應中，說明其分類依據。？給出材料：（板書或投影） （視學生情況可提示化合價的 變化） ？討論總結：從反應前到反應后，A組元素化合？塾斜浠?,B組無變化?；瘜W反應據此可分為兩 ？卜唷* ?4.2“先行組織者”引導材料 ？觀察：A組中金屬單質、H2、陰離子、02、CI2、？衾胱鈾 ？含元素化合價從反應前到反應后如何變化？ ？討論總結：金屬單質、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：在反應中金屬單質的化合價一定升高嗎？O2 的化合價一定降低嗎？ ?討論總結：金屬元素只有零價和正價，所以金屬單質在 反應中化合價一定升高，氧元素只有零價和負價，所以 O2 在反應中化合價一定降低。 ?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： ?CI2為零價，化合價可升可降，Cu+2、H+只能降，S2-、CI?-只升，單質C為零價，可升可降。確定物質中元素所處 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 認知結構（一）的初步構建 ? 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構不同，形成穩(wěn)定結構時得失電 定結構決定了最高價為 +7。 ?子數或共用電子對數不同，所以化合價會有不同，8 電子穩(wěn)?化合價變化的實質是電子的得失或偏移， 即電子轉移 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） 。 ?得失電子數的確定：失電子總數等于升高的原子數乘以 升幅，得電子總數等于降低的原子數乘以降幅，得失電子總 數一定相等。 ?4.3.3 知識的應用 ? 標出下列反應化合價的升降和電子轉移的方向數目 CO+H2O=CO2+H2?2KCIO3

9、=2KCI+3O2 ?MnO2+4HCI=MnCI2+CI2f +2H2O?CI2+2NaOH=NaCI+NaCIO+H2O?4.4 認知結構（二）的初步構建 ?4.4.1 語義表征 ?像金屬單質、氫氣、簡單陰離子這樣一些物質，所含元 素處于其低價，在反應中化合價升高、失去電子的性質，還 有像氧氣、陽離子這樣一些物質，所含元素處于其高價，在 反應中化合價降低、得到電子的性質均是物質的基本屬性之 一（如同物質的活潑性、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， 對應產物叫氧化產物； 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， 對應產物叫還原產物。而把此類化合價有升降，電子有轉移 的反應叫氧化還原反應。其中氧化反應和還原反應同時發(fā)生， 化合價有升就有降，電子有得就有失?；蟽r沒有變化，電 子沒有轉移的反應叫非氧化還原反應。 ?4.4.2 表格表征4.4.3 圖示表征 ?氧化劑（高價） +還原劑（低價）還原產物（較低化合 價降低得到電子被還原價） +氧化產物（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、金屬單質等；若處于中間價態(tài)，則既有氧化性，又有 還原性。同一反應中，氧化性：氧化劑大于氧化產物；還原 性：還原劑大于還原產物。4.4.5 知識的應用 ?練習 1下列物質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 2判斷下列反應哪些屬于氧化還原反應， 屬于氧化 還原反應的分析化合價的升降、 電子的轉移、 氧化還原過程， 并指出氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物。4.5 認知結構的測查與完善

12、? 問題情境：為什么說任何化合物在適當條件下既有氧化 性又有還原性？分解反應、化合反應是否都是氧化還原反應？ 復分解反應呢？氧化還原反應與 4 種基本反應類型有何關 系？ ?討論總結：化合物中有正價和負價的元素，當其變?yōu)榱?價時，則其既有氧化性又有還原性。有單質生成的分解反應 和有單質參加的化合反應中單質所含元素的化合價肯定有 變化，所以只有一部分化合反應和分解反應是氧化還原反應， 復分解反應中元素化合價都不變，是非氧化還原反應。 ?圖式表征：見教材的 4 種基本反應類型與氧化還原反應 的關系圖示。 ?作業(yè)：標出 A 組的反應中電子轉移的方向數目，指出氧 化劑、還原劑。 ?5 實施效果的評估 ?5.1 量表的設計 ?本次統計結果不計入任何成績冊，只作為教學研究使用， 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 統計結果及其解釋 ?統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，本屆學生的入學水平在平行學校 中位于最末，其統計結果的信度、效度只能局限在校本研究 內；受樣本的限制，統計工具未采用spss只用電子表格進行了粗略的百分比估計，保留到整數位，結果如下。從表中可以看出，實驗班的試題正確率比對照班高，元 認知