汪雪

摘要：以氧化還原反應(yīng)專題復習為例，探究真實問題情境教學方式，從學生的實際生活經(jīng)驗和認知水平出發(fā)，選取學生容易理解和接受的真實問題情境，將化學知識融于其中，把生活中的真實問題植入化學課堂教學，相互滲透促進學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。課堂始終貫穿氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，通過聯(lián)系真實問題情境，解釋氧化還原反應(yīng)在生活中的應(yīng)用，提升學生的宏微觀念以及理論聯(lián)系實際的能力。

關(guān)鍵詞： 真實問題情境; 氧化還原; 凈水處理; 核心素養(yǎng)

文章編號： 1005-6629（2022）03-0057-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 真實問題情境與化學學科核心素養(yǎng)

問題，意為要求解答的題目，或需要研究解決的疑難和矛盾等。情境，是指教師精心創(chuàng)設(shè)，有利于課堂教學和學生學習的情感氛圍[1]。問題情境是個人自我覺察到的一種“有目的但不知如何達到”的心理困境。在化學教學中，“問題情境”應(yīng)該是指教師結(jié)合學生情況和教學目標等，深度挖掘與教學內(nèi)容密切相關(guān)的素材，提煉出化學學科問題，創(chuàng)設(shè)能促進學生的認知發(fā)展和思維提升的學習氛圍。

創(chuàng)設(shè)真實問題情境，將教學與學生的生活聯(lián)系起來，讓學生產(chǎn)生共情，可以激發(fā)學生的學習興趣，引導學生利用所學知識分析和解決實際的生活問題，讓學生在實際問題的分析與解決過程中，最終學會用化學的眼光看世界，用科學的觀念指導生活[2]，有效落實學科核心素養(yǎng)。

情境越真實，學習主體建構(gòu)的知識就越可靠，越容易在真實的情境中運用，從而達到教學的預期目的[3]。因此，化學實驗、社會熱點事件、自然生活現(xiàn)象、化工生產(chǎn)和化學史[4]等都是創(chuàng)設(shè)真實問題情境的良好素材。

2 真實問題情境下的“氧化還原反應(yīng)專題復習”

2.1 問題情境的創(chuàng)設(shè)及教學策略

隨著科技的進步與發(fā)展，工業(yè)廢水的排放、重金屬等有害物質(zhì)通過各種渠道進入水體，對水體造成了不同程度的污染。本節(jié)課選擇社會熱點事件——生活中水質(zhì)的凈化為素材創(chuàng)設(shè)情境，在一系列比較復雜的真實情境中，引導并提煉出與學生認知相匹配的問題鏈。問題鏈的設(shè)置從簡單到復雜，循序漸進地促進學生思維的發(fā)展。在各個問題的解決中引導學生開展實驗探究，引發(fā)學生深度思考氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，認識氧化還原反應(yīng)在凈化水質(zhì)中的作用，感受化學知識的價值，并在上述過程中提升學生的化學學科核心素養(yǎng)。具體教學流程見圖1。

2.2 教學過程

2.2.1 環(huán)節(jié)一： 創(chuàng)設(shè)真實問題情境，激發(fā)學習動機

[視頻導入]2019年10月，陜西某化工有限公司污水處理站6人掉入污水池遇難，最后調(diào)查發(fā)現(xiàn)是由于中毒窒息引發(fā)的悲劇。

[提出問題]污水處理站中什么物質(zhì)會讓人窒息中毒？

[學生思考]易揮發(fā)的有毒物質(zhì)。

設(shè)計意圖： 真實情境導入，同時提出問題，激發(fā)學生學習興趣，引發(fā)學生積極思考。

活動評價： 本環(huán)節(jié)中學生基本可以得出是污水池中易揮發(fā)的有毒物質(zhì)讓人窒息中毒，但是具體的物質(zhì)名稱需要教師進一步引導。

2.2.2 環(huán)節(jié)二： 真實問題情境，構(gòu)建化學觀念

[教師引導]污水中的硫化物水解產(chǎn)生易揮發(fā)的硫化氫，會使水體發(fā)臭。由于硫化氫氣體有毒，如何除去水中的硫化氫呢？

[交流與討論]利用硫化氫的還原性，可以選擇一些具有氧化性的物質(zhì)。例如氯氣、氧氣、硝酸、雙氧水、高錳酸鉀。如何選擇最優(yōu)的氧化劑呢？

[學生]不能用氧氣做氧化劑，因為氧氣將硫化氫氧化成硫沉淀，會產(chǎn)生新的污染物;選擇合適的氧化劑，應(yīng)該結(jié)合氧化性強弱以及價格、綠色環(huán)保等角度進行分析。

[教師展示]

[學生]雙氧水是比較理想的氧化劑。因為價格比較適中，產(chǎn)物也比較綠色環(huán)保。

[教師提問]我們應(yīng)該如何設(shè)計實驗探究硫化物與雙氧水的反應(yīng)，實驗設(shè)計中應(yīng)該注意什么問題？

[學生回答]因為硫化氫有毒性，所以要注意整個實驗體系應(yīng)該在密閉環(huán)境中進行，同時應(yīng)該保持良好的通風環(huán)境。

[教師總結(jié)]所以這個實驗我們選擇用青霉素密閉小瓶和注射器注射來進行加料操作。

[學生實驗]向1個青霉素小瓶中加入一定量的Na2S溶液，然后慢慢加入一定量的過氧化氫溶液，觀察并描述現(xiàn)象（溶液中先有黃色沉淀產(chǎn)生，然后又變成無色）。

[教師提問]黃色沉淀是什么？最后無色溶液中的硫元素以什么形式存在？怎么驗證？

[學生回答]黃色沉淀是硫單質(zhì)，最后無色溶液中的硫元素應(yīng)該以硫酸根形式存在。可以用鹽酸酸化的氯化鋇檢驗硫酸根的存在。

[學生實驗]向反應(yīng)后的青霉素瓶中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，觀察并描述實驗現(xiàn)象（有白色沉淀產(chǎn)生，說明有硫酸根存在）。

[教師提問]為什么先有硫沉淀產(chǎn)生，后又變成了硫酸根，如何書寫反應(yīng)的方程式。

[學生回答]過氧化氫的量不同，產(chǎn)物不同。

Na2S+H2O22NaOH+S↓

Na2S+4H2O2Na2SO4+4H2O

[教師總結(jié)]對于一個真實的實際問題，如污水中的硫化物，可以選擇適合的氧化劑來進行處理。如何判斷選擇的試劑是否合適，可以設(shè)計合適的實驗來進行驗證，同時也要注意反應(yīng)物的量，因為反應(yīng)物量的不同，產(chǎn)物也不同。

設(shè)計意圖： 通過創(chuàng)設(shè)真實問題情境，引導學生通過實驗探究來解決問題。在探究過程中逐步認識選取氧化劑時應(yīng)該同時兼顧環(huán)保和經(jīng)濟等多方面因素，并了解過氧化氫的量不同，會導致產(chǎn)物也不同，以此提升學生的綜合素養(yǎng)。

活動評價： 本實驗由于硫化鈉水解能力較強，所以氣味較臭，學生容易得出應(yīng)該在密閉環(huán)境中進行實驗的結(jié)論。本實驗選擇用青霉素密閉小瓶和注射器加料，感受到實驗裝置創(chuàng)新的趣味性。

2.2.3 環(huán)節(jié)三： 結(jié)合真實情境，發(fā)現(xiàn)問題

[教師展示]凈水處理除了選用過氧化氫外，也會選用含氯消毒劑，例如用次氯酸鈉消毒游泳池。那么，是不是同時使用雙氧水和含氯消毒劑，可以使得凈水作用增強呢？

[視頻]2016年里約奧運泳池一夜之間由藍色變?yōu)榫G色。官方解釋的原因是因為水池中加入了過氧化氫消毒，而此前水池中已經(jīng)用過含氯消毒劑。

[教師提問]過氧化氫和次氯酸鈉都具有比較好的消毒殺菌能力，為什么在一起使用會使水池中的水變綠了呢？

[交流與討論]可能是兩者發(fā)生了化學反應(yīng)，使兩者喪失了凈化水質(zhì)的作用，這可以通過實驗驗證。

[學生實驗]向一定量的84消毒液中滴加一定濃度的雙氧水，觀察并描述現(xiàn)象（有無色氣泡產(chǎn)生）。

[教師提問]無色氣泡是什么？如何驗證？

[學生回答]可能是氧氣，可以用燃著的木條檢驗。

[學生實驗]用燃著的木條檢驗排出的氣體，發(fā)現(xiàn)燃著的木條復燃。

[教師]實驗證明大家的猜測是對的。寫出反應(yīng)的方程式并用單線橋法標出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。

[學生]NaClO+H2O22eNaCl+O2↑+H2O。

[教師提問]游泳池的水為什么會由藍色變?yōu)榫G色呢？

[學生回答]過氧化氫和次氯酸鈉反應(yīng)，產(chǎn)生氧氣，使得池中的水體富營養(yǎng)化，從而浮藻滋生，最終變成綠色。

設(shè)計意圖： 學生通過探究游泳池水由藍色變綠色的原因，進一步了解探究的過程與方法，同時體會過氧化氫與不同的物質(zhì)（硫化鈉和次氯酸鈉）反應(yīng)作用不同，培養(yǎng)學生的變化觀念;通過對實驗問題和現(xiàn)象的逐步分析，培養(yǎng)學生觀察宏觀現(xiàn)象探析微觀本質(zhì)以及證據(jù)推理的能力。

活動評價： 學生在觀看視頻資料時非常有熱情，對探究游泳池水由藍色變綠色的原因產(chǎn)生了強烈的興趣，分組討論和探究進行得較為順利。

2.2.4 環(huán)節(jié)四： 設(shè)置問題，拓展延伸

[教師]凈水處理中除了常見的過氧化氫、含氯氧化劑等，目前有一種新型的氧化劑也越來越受到人們的關(guān)注——高鐵酸鉀。高鐵酸鉀有很強的氧化性，可以廣泛用于水和廢水的氧化、消毒、殺菌。如果將高鐵酸鉀和過氧化氫同時加到污水里面，能夠增強凈水效果嗎？

[學生回答]不一定，兩者可能會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可以設(shè)計兩者反應(yīng)的實驗進行驗證。

[學生小組實驗]向一定濃度的高鐵酸鉀溶液中加入一定量過氧化氫溶液，觀察并描述現(xiàn)象（溶液由紫紅色變?yōu)樽攸S色）。

[實驗結(jié)論]兩者發(fā)生了化學反應(yīng)，高鐵酸鉀中的鐵元素被還原成三價的鐵離子，證明高鐵酸鉀的氧化性比過氧化氫強。

[教師總結(jié)]過氧化氫是比較強的氧化劑，但是遇到高鐵酸鉀這樣更強的氧化劑時，就成了還原劑。我們可以通過一系列的實驗來定性判斷不同物質(zhì)的氧化性強弱。有沒有定量的方法可以比較物質(zhì)氧化性強弱呢？

[學生]產(chǎn)生質(zhì)疑，思考。

[教師展示]標準電極電勢（standard electrode potential）： 定量地表示電極得失電子能力的數(shù)值，標準電極電勢（25.0℃，101.325kPa）是相對于標準氫電極電勢的值。標準氫電極電勢被規(guī)定為0V。同時給出酸性和堿性條件下，不同物質(zhì)的電極電勢值。

設(shè)計意圖： 初步認識一種新型的凈水劑，了解其能夠作為凈水劑的原因，同時進一步掌握科學探究的過程與方法。通過過氧化氫與三種不同物質(zhì)的反應(yīng)，了解過氧化氫在不同的氧化還原反應(yīng)中作用不同，并通過三組實驗，能夠定性地判斷物質(zhì)的氧化性強弱;通過了解標準電極電勢，知道如何定量地判斷物質(zhì)的氧化性，使學生思維實現(xiàn)從定性判斷到定量判斷的跨越，進一步培養(yǎng)學生的變化觀念，促使學生高階思維運行的深度學習的發(fā)生。

活動評價： 本環(huán)節(jié)整個探究過程都在學生小組討論下完成，進一步鍛煉了學生的科學探究能力。隨著接觸的氧化性物質(zhì)的增多，學生自然產(chǎn)生疑問： 具有氧化性的物質(zhì)很多，如何更好地了解氧化性的強弱順序？通過對標準電極電勢的了解和應(yīng)用，學生可以感受到科學發(fā)展的過程一般是由表及里，由定性到定量。

2.2.5 環(huán)節(jié)五： 探究新知，感受氧化還原的意義

[新聞?wù)故綸2018年12月，彰化市一家電鍍廠9年來偷排廢水，其中六價鉻、總鉻等有害物質(zhì)最高濃度超過排放標準的4000倍以上。六價鉻排放會誘發(fā)基因突變、癌癥等疾病危害。

[教師提問]思考如何處理污水中的六價鉻？

[學生回答]鉻是高價態(tài)，需要利用還原劑將其還原。

[課題小組分享]展示學生課題“納米鈀顆粒組裝修飾的濾紙材料制備及催化應(yīng)用”： 首先利用濾紙作為載體負載三價鐵離子，然后原位還原合成零價的納米鐵，隨后利用零價鐵還原鈀離子，最終合成得到濾紙負載的鐵為核、鈀為殼的納米顆粒催化材料，用于模擬污染物，對人體有毒的六價鉻催化還原成毒性較低的三價鉻的研究。反應(yīng)式如下：

Fe+Pd2+Fe2++Pd

6Fe2++Cr2O2-7+14H+6Fe3++2Cr3++7H2O

設(shè)計意圖： 通過展示學生課題小組的成果，讓學生初步掌握其中的氧化還原反應(yīng)的原理，同時鼓勵學生像課題小組的同學一樣勇于探索，為社會發(fā)展做貢獻。由此培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和社會責任感，并體會氧化還原反應(yīng)在實際問題解決中的重要意義。

活動評價： 通過分享同班同學的小課題研究，大部分學生受到了很大的鼓舞和激勵，體會到了化學知識的價值，將所學知識應(yīng)用于實際生產(chǎn)生活，為社會進步做貢獻的社會使命感和責任感油然而生。

2.2.6 環(huán)節(jié)六： 了解全球飲用水現(xiàn)狀，總結(jié)水污染處理方法

[教師]展示圖片數(shù)據(jù)等資料： 發(fā)展中國家約有10億人喝不清潔水，每年約有2500多萬人死于飲用不潔水;歐洲55條河流中僅有5條水質(zhì)勉強能用。目前全球飲用水受污染非常嚴重，我們應(yīng)該怎么做？

[學生交流]應(yīng)該在平時的生活中注意節(jié)約水資源，不污染水資源。

[小結(jié)與作業(yè)]總結(jié)水污染處理中氧化還原的方法;請查閱資料，了解污水中Hg2+的危害以及處理方法。

設(shè)計意圖： 通過了解目前全球水污染的現(xiàn)狀，讓學生體會目前水資源污染的形勢十分嚴峻，提高學生的環(huán)保意識和社會責任感，培養(yǎng)合理應(yīng)用化學物質(zhì)的科學態(tài)度?？偨Y(jié)本節(jié)課的核心知識，同時啟發(fā)學生思考，通過布置作業(yè)進一步鞏固氧化還原反應(yīng)的核心知識，同時進一步掌握探究的方法，注重課后的學習評價。

活動評價： 學生通過一組組數(shù)據(jù)對比，較具體地了解目前水資源現(xiàn)狀，進一步激發(fā)起他們的社會責任感。交流中都能夠說出一些如何節(jié)約用水、正確用水的做法。通過學生的課后作業(yè)完成情況，診斷出學生能夠初步正確地將本節(jié)課所學的知識應(yīng)用于某些實際問題的處理，基本達成了本節(jié)課的學習目標。

2.3 教學效果與反思

本節(jié)課主要研究基于真實問題情境下學生化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，設(shè)計了多個教學環(huán)節(jié)。通過創(chuàng)設(shè)真實問題情境、實驗探究等方法不斷調(diào)動學生學習的積極性，每個教學環(huán)節(jié)的開展過程都潛移默化地培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)。在整個教學過程中，學生的參與度高，基本完成了本節(jié)課預設(shè)的目標。通過本節(jié)課，筆者有以下幾點思考：

2.3.1 創(chuàng)設(shè)主題式真實問題教學情境，提升學生的核心素養(yǎng)

化學知識作為科學知識，具有一定的系統(tǒng)性和邏輯性。作為知識的載體，真實問題情境最好也能夠形成體系。在化學教學中，可以選取一些適切的新聞、身邊的環(huán)境、生活中的物質(zhì)等真實情境，在一個主題下進行系統(tǒng)學習，既可以保障學生學習的流暢性，促進學生全身心地投入到課堂中，又可以通過情境的不斷深入，問題難度的不斷加強，促進學生深度理解化學知識，培養(yǎng)學生的高階思維能力。例如本節(jié)課始終圍繞凈水處理中的一些氧化劑和還原劑，基于真實問題情境，提煉出符合學生認知的“問題鏈”，不斷提高學生分析、解決問題及邏輯推理能力，加深對氧化還原反應(yīng)的理解。通過解決實際問題，學生也認識到了化學在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用價值。

2.3.2 明確真實問題情境的探究方向，提升學生學習興趣和探究精神

真實問題情境一般涉及的問題比較多，有時也會包含一些與教學主題不太相關(guān)的信息。這些信息會干擾學生的探究方向，所以需要教師去繁化簡，提煉出適切的問題，幫助學生明確探究方向，讓學生自己探究實驗方案解決問題，得出結(jié)論。這樣既可以排除一些無用信息對學生的干擾，提高課堂的有效性，又可通過對實際問題的探究，激發(fā)他們的學習興趣，讓他們在學習的過程中真切感受到學習化學學科的價值和意義。例如，本節(jié)課中學生對里約奧運泳池一夜之間由藍色變?yōu)榫G色的視頻產(chǎn)生了非常濃厚的興趣，但是池水為什么由藍色變?yōu)榫G色，需要教師幫助提供有用信息，提出符合學生認知的更加“化學”的問題，然后學生分小組討論，設(shè)計實驗方案，得出結(jié)論。這樣學生不僅了解并掌握了氧化還原反應(yīng)的知識原理，同時也感知到在實際生活中，不是凈水劑疊加使用就會增加凈水效果，有時候還可能會適得其反。

2.3.3 創(chuàng)設(shè)真實問題情境的習題，落實學科核心素養(yǎng)

習題在化學教學和學習中具有非常重要的作用，它是一堂課知識點的延伸和拓展?；瘜W教學不應(yīng)該只重視教學過程中的形成性評價，也要注重課后作業(yè)的結(jié)果評價。因此，積極探索與實踐“教、學、評”一體化，對學生的學習質(zhì)量和化學學科素養(yǎng)的發(fā)展水平給予正確地把握極為重要。創(chuàng)設(shè)真實問題情境的習題，不僅能幫助學生復習和鞏固課堂所學知識，還能促使學生將所學的化學知識和實際生活聯(lián)系起來，提高完成習題的興趣，充分發(fā)揮學習的主觀能動性。例如，本節(jié)課布置的習題中有一道題是請學生查閱資料，了解污水中Hg2+的危害以及處理方法。這樣生活化的習題，不僅可以強化學生已有的化學知識，也能夠引導學生將化學知識滲透到實際生活中，增強他們理論聯(lián)系實際的能力，同時在實際問題的解決中，潛移默化地培養(yǎng)學生的社會參與意識和社會責任感。

參考文獻：

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