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摘要：以“氧化还原反应”的教学为例，选择氧气为核心物质，围绕“感受无处不在的氧气”“氧气的来源”“氧气对生产、生活的影响”三个方面创设情境，通过问题引导将氧化还原反应的核心知识融入其中，培养学生宏观辨识与微观探析、实验探究、以及科学态度和社会责任等化学学科核心素养。
关键词：问题情境、化学学科核心素养、氧化还原反应
文章编号：1008-0546（2020）11-0045-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.012
一、问题的提出
教学实践发现，学完氧化还原反应，学生虽然知道氧气是氧化剂，但遇到真实的问题情境学生还是会对周围的氧气“视而不见”。比如，元素化合物学习过程中亚铁盐保存为什么加铁粉？二氧化硫变成硫酸型酸雨时氧化剂是谁？工业情境题如，以FeSO4为原料制备CoxFe3-xO4，其中第一步是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液，在40°C下搅拌生成FeOOH晶种，写出生成晶种的化学方程式，学生找不到氧化剂。学生具备了相关知识，但面对真实的情境无法提炼知识解决问题，也就是学生的素养没有得到发展。本文以人教版高一必修内容“氧化还原反应”为例，探讨基于真实问题情境的教学，发展学生的核心素养。
二、教学设计理念
1围绕核心知识，创设真实的问题情境
情境教学的倡导者Brown提出：“知识只有在它们产生及应用的情境中才能产生意义。知识绝不要从它本身所处的环境中孤立出来，学习知识的最好方法就是在情境中进行。”基于真实问题情境的教学就是要以核心知识为主线，创设真实的问题情境，学生在解决或解释问题过程中建构对知识的理解。真实的情境能激发兴趣，唤起好奇心，促进深度思维、推动认知的深人和完善。本节课以氧气为核心物质，氧化还原反应为核心知识，从“感受无处不在的氧气”“氧气的来源”以及“氧气对生产、生活的影响”三方面呈现情境素材，以问题为导向，将氧化还原反应的核心知识融人其中，让学生在解决真实的问题情境中获得知识、发展素养。
2周绕核心知识，落实学科核心素养
“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。”学科知识是承载核心素养的主体，教师的教学设计要以核心知识为载体，挖掘孕育其中的学科核心素养。本节课的核心教学内容是了解氧化还原反应的本质是电子转移，能从化合价角度判断反应是否为氧化还原反应。由问题“氧元素是地壳中含量最多的元素，能与绝大多数元素反应，生成含氧的化合物，為什么？”引出学科基本观念“结构决定性质”，从探究氧、钠的原子结构得出反应过程中存在电子的转移，培养学生宏观辨识与微观探析的素养。由原电池实验验证电子的存在，培养学生科学探究意识、严谨求实的科学态度。再由微观结构的变化，引导学生观察宏观物质性质的差异，发现电子转移的过程化合价发生改变。由宏观到微观，再由微观到宏观，不断强化学生宏微结合的认识视角。最后科学史的呈现让学生明白概念是不断进化的，用发展的眼光看待概念的变化，培养学生严谨求实的科学态度。
三、教学设计思路（图1）
四、教学过程
环节一、感受无处不在的氧气
[情境1]PFF展示情境素材，如图2。
[实验]取出试剂瓶中钠，观察表面，再用小刀切割，观察切面;将切割的钠块一半放人试剂瓶，另一半露置在空气中，稍后再作观察。
[学生活动]观察并描述现象。
[交流讨论1]图片涉及了哪些化学反应？用化学符号语言表示上述反应。
[课堂互动]学生展示、交流、点评。
[设计意图]通过展示日常生活、实验室、工业生产不同场景中氧气参与的反应，丰富学生对氧气的认知，感受氧气的“无处不在”，并通过方程式书写积累相关氧化还原反应，为后续判断作准备。
1.微观探析，挖掘氧化还原反应的本质
[PPT展示]氧元素在地壳中含量的图片。
[问题1]氧元素是地壳中含量最多的元素，能与绝大多数元素结合，生成含氧的化合物，为什么？请大家画出氧的原子结构示意图，尝试从微观结构分析它的性质。
[学生]氧最外层6个电子，易得2个电子，变成氧离子。
[教师]很好，氧的性质活泼，易参与化学反应，所以自然界中有很多含氧化合物。
[归纳1]氧在反应中易得电子，像这种得到电子的反应，称为还原反应。
[问题2]氧气易得电子，那么它得到的电子来自哪里？（钠和氧气的反应为例）画出钠的原子结构示意图，尝试从微观结构分析。
[学生]钠最外层1个电子，易失电子，变成钠离子，所以钠失去的电子给氧。
[归纳2]钠在反应中易失电子，像钠这样失去电子的反应称为氧化反应。
[交流讨论2]尝试分析下列反应的微观过程2Na CL2=2NaCl：H2 Cl2=2HCl
[课堂互动]小组讨论、交流、点评。
[问题3]从微观角度，我们发现氧化还原反应有电子的得失（或电子对的偏移），但电子看不见摸不着，如何证明反应有电子的得失呢？
[学生]实验。
[教师]通过实验观测到什么现象可以说明有电子的存在？
[学生]……
[教师]电子移动的微观本质在宏观的表现是什么？
[学生]产生电流，能使灯泡变亮。
[实验]铜锌原电池，观察电流表指针的偏转。
[归纳3]1.氧化还原反应的本质是电子的得失或共用电子对的偏移;2.氧化反应和还原反应同时发生。
[设计意图]理解氧化还原反应的本质是本节课的重点，从问题“氧为什么能与绝大多数元素化合生成含氧化合物”引导学生从结构着手分析物质的性质，初步建立“结构决定性质”的观念，再应用这个观念解释钠的性质。通过实验的手段将微观变化转变成宏观可测量或可观察的现象，培养学生的实验探究意识和科学态度。 2.宏观辨识，建构氧化还原反应的认识方式
[问题4]观察、分析上述例子，元素在得失电子过程中什么发生了改变？
[学生]化合价，得电子化合价降（O O22-），失电子化合价升（Na-Na ）。
[归纳4]得电子、化合价降，是还原反应;
失电子、化合价升，是氧化反应。
[教師]电子的转移导致化合价的改变，反应中电子的转移必须通过实验才能观察到，但是化合价的改变根据化学式判断即可。因此，我们一般通过化合价的改变来判断是否是氧化还原反应。只要有元素化合价改变，就一定是氧化还原反应。
[反馈评价]判断情境1中的反应是否为氧化还原反应？
[学生]都是氧化还原反应。
[追问]你的判断依据？
[学生]有氧参与，化合价都改变。
[追问]Fe CuSO4=Cu FeSO4是氧化还原反应吗？
[学生]不是。
[追问]判断的依据？
[学生]没有得氧或失氧。
[追问]化合价有没有改变？
[学生]有，是氧化还原反应。
[总结]氧化还原反应不一定得氧或失氧，判断的根本依据是化合价的升降。
[设计意图]通过问题4启发学生思考微观结构的变化对宏观性质的影响，帮助学生体会结构与性质的相互关系，培养学生宏微结合的素养。通过课堂追问，认识到Zk"得失氧”角度判断氧化还原反应的局限性，建构氧化还原反应的正确认识视角——化合价。
3.历史重现，感受氧化还原反应概念的发展之旅
[过渡]通过上面的学习，我们知道了氧化还原反应的本质是电子的转移，初中从得失氧的角度已经不能涵盖所有的氧化还原反应，为什么初中不通过得失电子的角度认识氧化还原反应呢？
[学生活动]阅读氧化还原反应概念的发展史，交流讨论对化学史的感悟。
[总结]在学习的初始阶段，一些概念的学习往往是不完善和不全面的，这些概念常有一定的适用范围，因此，我们要正确看待这些概念，并注意它们的发展。
[设计意图]了解概念发展的历史，知道科学发展在某一阶段的局限性，能理解初中从得失氧的角度认识氧化还原反应虽然片面，但也是有据可循，培养学生的科学精神和社会责任。
环节二、氧气的来源
[过渡]我们周围无时无刻不发生着有关氧的反应，那么氧气会被消耗完吗？
[情境2]PPT展示情境素材，如图3。
[交流讨论3]分别说说自然界、实验室、特殊环境（医院、航空、潜水艇）中氧气如何获得？并将会写的反应写一写。
[学生1]自然界植物通过光合作用产生氧气。
[学生2]高锰酸钾加热分解制氧气。
[学生3]氯酸钾在二氧化锰催化加热条件下分解产生氧气。
[学生4]双氧水分解。
[学生5]电解水。
[学生6]医院中的氧气是空气中分离出来的。
[问题5]上述反应都属于四大基本反应类型吗？从什么角度分类属于同一类反应？用图示表示氧化还原反应与四大基本反应类型的关系。
[学生展示]如图4
[追问]请举例是化合反应但不属于氧化还原反应。
[学生]氧化钙与水反应。
[追问]请举例属于分解反应但不属于氧化还原反应。
[学生]碳酸钙分解。
[设计意图]解决四大基本反应类型与氧化还原反应的关系在于学生是否积累足够多的反应，并且能迅速提取。借助情境积累的方程式，通过同学间交流讨论、集思广益，有效帮助学生建构两者的关系。教学过程的追问用来评价学生交流讨论的成效。
环节三、氧气对生产、生活的影响
[实验]观察、比较上课初始露置在空气中的钠块和放入试剂瓶的另一半钠块。
[学生]露置在空气中的钠块表面暗淡，无金属光泽，放人试剂瓶中的仍有金属光泽。
[教师]为什么试剂瓶中仍有金属光泽？
[学生]煤油隔绝了空气，保护钠不被氧化。
[过渡]由于氧气的存在，我们的周围无时无刻不发生着氧化还原反应，有些是我们需要的，有些却是不希望发生的。比如，氧气可以支持燃烧，使我们获得热能;但同时氧气也加速了食物的变质。
[情境3]PPT展示情境素材如图5。
[问题6]根据情境3提供的素材，你能从氧化还原反应的视角解释吗？你还能列举日常生活中哪些操作与氧化还原反应有关。
[学生]薯片充氮气。
[学生]金属表面涂油漆。
[学生]电线包裹塑料层。
[课堂总结]这节课我们从氧化还原反应的视角重新认识氧气，生命离不开氧气，生产生活也离不开氧气;拓展了氧化还原反应的概念，从微观视角探究了反应的本质，并建构从化合价的角度判断氧化还原反应;认识到氧气的存在为生活带来积极的影响以及消极的影响，希望同学们能正确看待，合理利用。
[设计意图]从生活走进化学，又从化学走向社会。环节一从微观结构解释了氧为什么易发生化学反应，环节三，则是从生活、社会中寻找证据支持理论解释，首尾呼应。引导学生用化学的眼光观察周围的事物或现象，能从化学的视角分析问题，寻求解决方法，让学生体会化学对人类社会发展的价值，能正确看待化学的两面性，培养学生的科学态度和社会责任感。
五、教学反思
基于真实情境的设计大大提高了学生的兴趣，促进了知识与生活的联系。教学过程中，学生对“问题6”的回答很有限，但令人意外的是，课后学生找了很多事例讨论，比如，月饼中有脱氧剂包装，脱氧剂的主要成分是什么？旺旺饼干有一大包干燥剂，为什么它不需要脱氧剂？含有vc的果蔬饮料有没有脱氧剂，它是如何保鲜的？课后的观察和思考为学生打开了一扇窗，他们惊奇地发现生活中有如此多的事物与化学知识紧密相连。教学的意义不仅仅是教会学生获得知识，更重要的意义在于培养学生发现问题的能力以及愿意探究、乐于探究的科学态度，最终指向学生核心素养的发展。
关键词：问题情境、化学学科核心素养、氧化还原反应
文章编号：1008-0546（2020）11-0045-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.012
一、问题的提出
教学实践发现，学完氧化还原反应，学生虽然知道氧气是氧化剂，但遇到真实的问题情境学生还是会对周围的氧气“视而不见”。比如，元素化合物学习过程中亚铁盐保存为什么加铁粉？二氧化硫变成硫酸型酸雨时氧化剂是谁？工业情境题如，以FeSO4为原料制备CoxFe3-xO4，其中第一步是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液，在40°C下搅拌生成FeOOH晶种，写出生成晶种的化学方程式，学生找不到氧化剂。学生具备了相关知识，但面对真实的情境无法提炼知识解决问题，也就是学生的素养没有得到发展。本文以人教版高一必修内容“氧化还原反应”为例，探讨基于真实问题情境的教学，发展学生的核心素养。
二、教学设计理念
1围绕核心知识，创设真实的问题情境
情境教学的倡导者Brown提出：“知识只有在它们产生及应用的情境中才能产生意义。知识绝不要从它本身所处的环境中孤立出来，学习知识的最好方法就是在情境中进行。”基于真实问题情境的教学就是要以核心知识为主线，创设真实的问题情境，学生在解决或解释问题过程中建构对知识的理解。真实的情境能激发兴趣，唤起好奇心，促进深度思维、推动认知的深人和完善。本节课以氧气为核心物质，氧化还原反应为核心知识，从“感受无处不在的氧气”“氧气的来源”以及“氧气对生产、生活的影响”三方面呈现情境素材，以问题为导向，将氧化还原反应的核心知识融人其中，让学生在解决真实的问题情境中获得知识、发展素养。
2周绕核心知识，落实学科核心素养
“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。”学科知识是承载核心素养的主体，教师的教学设计要以核心知识为载体，挖掘孕育其中的学科核心素养。本节课的核心教学内容是了解氧化还原反应的本质是电子转移，能从化合价角度判断反应是否为氧化还原反应。由问题“氧元素是地壳中含量最多的元素，能与绝大多数元素反应，生成含氧的化合物，為什么？”引出学科基本观念“结构决定性质”，从探究氧、钠的原子结构得出反应过程中存在电子的转移，培养学生宏观辨识与微观探析的素养。由原电池实验验证电子的存在，培养学生科学探究意识、严谨求实的科学态度。再由微观结构的变化，引导学生观察宏观物质性质的差异，发现电子转移的过程化合价发生改变。由宏观到微观，再由微观到宏观，不断强化学生宏微结合的认识视角。最后科学史的呈现让学生明白概念是不断进化的，用发展的眼光看待概念的变化，培养学生严谨求实的科学态度。
三、教学设计思路（图1）
四、教学过程
环节一、感受无处不在的氧气
[情境1]PFF展示情境素材，如图2。
[实验]取出试剂瓶中钠，观察表面，再用小刀切割，观察切面;将切割的钠块一半放人试剂瓶，另一半露置在空气中，稍后再作观察。
[学生活动]观察并描述现象。
[交流讨论1]图片涉及了哪些化学反应？用化学符号语言表示上述反应。
[课堂互动]学生展示、交流、点评。
[设计意图]通过展示日常生活、实验室、工业生产不同场景中氧气参与的反应，丰富学生对氧气的认知，感受氧气的“无处不在”，并通过方程式书写积累相关氧化还原反应，为后续判断作准备。
1.微观探析，挖掘氧化还原反应的本质
[PPT展示]氧元素在地壳中含量的图片。
[问题1]氧元素是地壳中含量最多的元素，能与绝大多数元素结合，生成含氧的化合物，为什么？请大家画出氧的原子结构示意图，尝试从微观结构分析它的性质。
[学生]氧最外层6个电子，易得2个电子，变成氧离子。
[教师]很好，氧的性质活泼，易参与化学反应，所以自然界中有很多含氧化合物。
[归纳1]氧在反应中易得电子，像这种得到电子的反应，称为还原反应。
[问题2]氧气易得电子，那么它得到的电子来自哪里？（钠和氧气的反应为例）画出钠的原子结构示意图，尝试从微观结构分析。
[学生]钠最外层1个电子，易失电子，变成钠离子，所以钠失去的电子给氧。
[归纳2]钠在反应中易失电子，像钠这样失去电子的反应称为氧化反应。
[交流讨论2]尝试分析下列反应的微观过程2Na CL2=2NaCl：H2 Cl2=2HCl
[课堂互动]小组讨论、交流、点评。
[问题3]从微观角度，我们发现氧化还原反应有电子的得失（或电子对的偏移），但电子看不见摸不着，如何证明反应有电子的得失呢？
[学生]实验。
[教师]通过实验观测到什么现象可以说明有电子的存在？
[学生]……
[教师]电子移动的微观本质在宏观的表现是什么？
[学生]产生电流，能使灯泡变亮。
[实验]铜锌原电池，观察电流表指针的偏转。
[归纳3]1.氧化还原反应的本质是电子的得失或共用电子对的偏移;2.氧化反应和还原反应同时发生。
[设计意图]理解氧化还原反应的本质是本节课的重点，从问题“氧为什么能与绝大多数元素化合生成含氧化合物”引导学生从结构着手分析物质的性质，初步建立“结构决定性质”的观念，再应用这个观念解释钠的性质。通过实验的手段将微观变化转变成宏观可测量或可观察的现象，培养学生的实验探究意识和科学态度。 2.宏观辨识，建构氧化还原反应的认识方式
[问题4]观察、分析上述例子，元素在得失电子过程中什么发生了改变？
[学生]化合价，得电子化合价降（O O22-），失电子化合价升（Na-Na ）。
[归纳4]得电子、化合价降，是还原反应;
失电子、化合价升，是氧化反应。
[教師]电子的转移导致化合价的改变，反应中电子的转移必须通过实验才能观察到，但是化合价的改变根据化学式判断即可。因此，我们一般通过化合价的改变来判断是否是氧化还原反应。只要有元素化合价改变，就一定是氧化还原反应。
[反馈评价]判断情境1中的反应是否为氧化还原反应？
[学生]都是氧化还原反应。
[追问]你的判断依据？
[学生]有氧参与，化合价都改变。
[追问]Fe CuSO4=Cu FeSO4是氧化还原反应吗？
[学生]不是。
[追问]判断的依据？
[学生]没有得氧或失氧。
[追问]化合价有没有改变？
[学生]有，是氧化还原反应。
[总结]氧化还原反应不一定得氧或失氧，判断的根本依据是化合价的升降。
[设计意图]通过问题4启发学生思考微观结构的变化对宏观性质的影响，帮助学生体会结构与性质的相互关系，培养学生宏微结合的素养。通过课堂追问，认识到Zk"得失氧”角度判断氧化还原反应的局限性，建构氧化还原反应的正确认识视角——化合价。
3.历史重现，感受氧化还原反应概念的发展之旅
[过渡]通过上面的学习，我们知道了氧化还原反应的本质是电子的转移，初中从得失氧的角度已经不能涵盖所有的氧化还原反应，为什么初中不通过得失电子的角度认识氧化还原反应呢？
[学生活动]阅读氧化还原反应概念的发展史，交流讨论对化学史的感悟。
[总结]在学习的初始阶段，一些概念的学习往往是不完善和不全面的，这些概念常有一定的适用范围，因此，我们要正确看待这些概念，并注意它们的发展。
[设计意图]了解概念发展的历史，知道科学发展在某一阶段的局限性，能理解初中从得失氧的角度认识氧化还原反应虽然片面，但也是有据可循，培养学生的科学精神和社会责任。
环节二、氧气的来源
[过渡]我们周围无时无刻不发生着有关氧的反应，那么氧气会被消耗完吗？
[情境2]PPT展示情境素材，如图3。
[交流讨论3]分别说说自然界、实验室、特殊环境（医院、航空、潜水艇）中氧气如何获得？并将会写的反应写一写。
[学生1]自然界植物通过光合作用产生氧气。
[学生2]高锰酸钾加热分解制氧气。
[学生3]氯酸钾在二氧化锰催化加热条件下分解产生氧气。
[学生4]双氧水分解。
[学生5]电解水。
[学生6]医院中的氧气是空气中分离出来的。
[问题5]上述反应都属于四大基本反应类型吗？从什么角度分类属于同一类反应？用图示表示氧化还原反应与四大基本反应类型的关系。
[学生展示]如图4
[追问]请举例是化合反应但不属于氧化还原反应。
[学生]氧化钙与水反应。
[追问]请举例属于分解反应但不属于氧化还原反应。
[学生]碳酸钙分解。
[设计意图]解决四大基本反应类型与氧化还原反应的关系在于学生是否积累足够多的反应，并且能迅速提取。借助情境积累的方程式，通过同学间交流讨论、集思广益，有效帮助学生建构两者的关系。教学过程的追问用来评价学生交流讨论的成效。
环节三、氧气对生产、生活的影响
[实验]观察、比较上课初始露置在空气中的钠块和放入试剂瓶的另一半钠块。
[学生]露置在空气中的钠块表面暗淡，无金属光泽，放人试剂瓶中的仍有金属光泽。
[教师]为什么试剂瓶中仍有金属光泽？
[学生]煤油隔绝了空气，保护钠不被氧化。
[过渡]由于氧气的存在，我们的周围无时无刻不发生着氧化还原反应，有些是我们需要的，有些却是不希望发生的。比如，氧气可以支持燃烧，使我们获得热能;但同时氧气也加速了食物的变质。
[情境3]PPT展示情境素材如图5。
[问题6]根据情境3提供的素材，你能从氧化还原反应的视角解释吗？你还能列举日常生活中哪些操作与氧化还原反应有关。
[学生]薯片充氮气。
[学生]金属表面涂油漆。
[学生]电线包裹塑料层。
[课堂总结]这节课我们从氧化还原反应的视角重新认识氧气，生命离不开氧气，生产生活也离不开氧气;拓展了氧化还原反应的概念，从微观视角探究了反应的本质，并建构从化合价的角度判断氧化还原反应;认识到氧气的存在为生活带来积极的影响以及消极的影响，希望同学们能正确看待，合理利用。
[设计意图]从生活走进化学，又从化学走向社会。环节一从微观结构解释了氧为什么易发生化学反应，环节三，则是从生活、社会中寻找证据支持理论解释，首尾呼应。引导学生用化学的眼光观察周围的事物或现象，能从化学的视角分析问题，寻求解决方法，让学生体会化学对人类社会发展的价值，能正确看待化学的两面性，培养学生的科学态度和社会责任感。
五、教学反思
基于真实情境的设计大大提高了学生的兴趣，促进了知识与生活的联系。教学过程中，学生对“问题6”的回答很有限，但令人意外的是，课后学生找了很多事例讨论，比如，月饼中有脱氧剂包装，脱氧剂的主要成分是什么？旺旺饼干有一大包干燥剂，为什么它不需要脱氧剂？含有vc的果蔬饮料有没有脱氧剂，它是如何保鲜的？课后的观察和思考为学生打开了一扇窗，他们惊奇地发现生活中有如此多的事物与化学知识紧密相连。教学的意义不仅仅是教会学生获得知识，更重要的意义在于培养学生发现问题的能力以及愿意探究、乐于探究的科学态度，最终指向学生核心素养的发展。