氧化还原反应误概念研究，本文主要内容关键词为：概念论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出
“氧化还原”知识是自初中到高中的化学课程中非常重要的学习内容，它虽然没有一个固定的专题在教材中体现，但是它的相关知识渗透在教材的每个部分。这部分内容对于刚刚开始学习有关化学内容的学生来讲，是比较抽象而且难于认识和理解的概念性知识。怎样才能把这部分知识变得容易学和容易用呢？其中，一个重要的途径和方法之一就是探究学生头脑中存在的相关误概念。
“误概念”(misconception)是人们对科学概念理解中出现的错误认识，它是特征化了对科学概念的另类理解(McCloskey,1983)，教育者们想方设法来矫正“误概念”。激发和利用学生在学习过程中获得和产生的“误概念”，并被进一步提炼，针对这些错误特征进行纠偏纠误，达到正确理解概念的目的（Chi,Slotta和Leeuw,1994; J.P.Smith,DiSessa和 Roschelle,1993/1994）。“误概念”为正确理解概念提供了基础，为建构更加丰富的知识网络提供了必要的资源。
本研究试图寻找和发现高中学生在学习有关“氧化还原”概念时反映出来的与之相关的误概念，并且把它作为有价值的教育资源，成为学生进一步学习和深入理解相关化学知识的支点，同时对教师所采用的相应的教育教学对策进行初步探讨。
二、研究过程
采用自编《氧化还原概念测验》进行宏观问卷调查，结合个别访谈进行微观分析。
1.研究工具
自编《氧化还原概念测验》，其中题目内容遵循《上海市中学化学课程标准》和《2005年全国普通高等学校招生统一考试上海卷考试手册》的要求，具有较高的内容效度；整套测验难度系数为0.78。
2.研究对象
研究对象为高一年级学生。选取上海市某区重点中学同一名化学教师执教的不同学习程度的高一两个班级学生101人。
3.测验过程
在高一年级第一学期开学后学习完卤素课程内容（含有氧化还原知识）时进行测试，用自编《氧化还原概念测验》对两个班级的高一年级学生于同一时间在各自的教室里按照统一要求进行测验，用时30分钟。
4.数据处理
对101份测验卷进行仔细逐一评估，提取有效卷83份，利用SPSS10.0对测验数据进行统计处理和分析。
5.个别访谈
根据本测验难度系数为0.78，筛选通过率
低于78％的测验项目，选择在该项目上回答错误的学生作为访谈研究的被试，进一步进行个别访谈研究，对由于哪些误概念所导致发生错误认识的原因进行调查分析，提取他们在氧化还原概念认识上存在的误概念。
6.误概念成因探究
探究和分析误概念的形成原因，并提出相应的教学启示。
三、研究结果、成因分析和对教学启示
1.在“氧化还原反应本质特征”上产生的误概念
(1)误概念研究结论
测验项目：
判断下列反应是否是氧化还原反应，如果是，请指出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物
测验结果：学生在该测验项目上的通过率P= 0.63，即有37％的学生不能够正确回答此问题。回答错误的学生认为，
是氧化剂，所以该反应属于氧化还原反应。
访谈结果：在随后的个别访谈中学生反映，因为“浓硫酸具有强氧化性，它参加化学反应时肯定是强氧化剂，既然有强氧化剂存在，则这个反应肯定是氧化还原反应”。
误概念：“只要有具有氧化性物质参加的化学反应，该反应就是氧化还原反应”。
(2)成因探究
分析其中形成原因，学生在学习浓硫酸的性质时，记住了它的特殊的化学性质：氧化性、脱水性和吸水性。学生把它作为一个固化了的知识，不加思考，就搬迁利用来解决该问题，没有考虑稀硫酸不具有该特殊的强氧化性。其实质问题反映了学生对硫酸的化学性质的认识的局限性、知识掌握的不完整性和知识结构不良好等问题，即使学生认识中还存在该方面的知识，也是一种不能够被激活运用来解决问题的惰性知识。
另一方面，学生没有学会运用氧化还原反应本质特征来判定该化学反应类型，也体现了对于该规则的认识和理解不透彻，没有纳入学生自己的知识结构，成为能够迁移的知识。
(3)教学启示
上述测验项目中的硫酸并没有标示出“浓”的字样，所以它表示的是稀硫酸，这种化学方程式的书写方法是一种默认的书写规则，是要求学生掌握的。另外，一个根本原因是学生没有把浓硫酸和稀硫酸的化学性质区分开来。同为硫酸，但是浓度的大小决定了其化学性质从量变到质变的飞跃，稀硫酸表现为酸性，不表现浓硫酸具有的特殊的氧化性等性质。因此，教师可以利用这个误概念，在讲授这部分知识的时候，注意帮助学生将新学的知识与记忆中已有的知识联系起来，从而提高学习的效率。
另一方面，当学生判断某一个化学反应是否属于氧化还原反应时，不知采用何种标准去衡量，说明学生对于氧化还原反应的本质特征还缺乏深刻认识。教师着重强调判断一个氧化还原反应的本质特征就是看反应前后元素的化合价是否发生变化，电子是否转移（或者有电子对偏移），在知道的基础上，进行多类型任务的实际操练。
2.在“参加氧化还原反应的物质种类”上产生的误概念
(1)误概念研究结论
测验项目：判断下列反应中的氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物
测验结果：学生在该测验项目上的通过率P= 0.71，即有29％的学生不能够正确回答此问题。测验答案显示，学生只是能够判断出该反应属于氧化还原反应，但不能够判断谁是氧化剂和还原剂。
访谈结果：在随后的访谈调查时，很多学生反映，在处理上述测验项目时表现出困难情绪，无法应付，没有对策，随即胡乱猜测。当问到学生为什么没能够准确回答该项目时，学生给出了一个典型的错误认识：“氧化还原反应中的氧化剂和还原剂是两种反应物质。这道题目中出现了三种反应物，那怎么区分呢？”
误概念：“一个氧化剂和一个还原剂两种物质放在一起才会发生氧化还原反应，因此，氧化还原反应中反应物的种类只有两种”。
(2)成因探究
虽然学生也知道“化合价降低、得电子的物质是氧化剂；化合价升高、失电子的物质是还原剂”，但是，他们没能够透彻理解其涵义。“氧化剂和还原剂两种物质放在一起才会发生氧化还原反应，当有三种物质参加反应时，哪个是氧化剂？哪个是还原剂呢？”，学生则束手无策。在学习“氧化剂＋还原剂→还原产物＋氧化产物”关系式时，学生头脑中也可能会形成“一个氧化剂和一个还原剂两种物质放在一起会生成一个还原产物和一个氧化产物”的认识，便自认为：氧化还原反应中反应物的种类只会有两种。
(3)教学启示
发现这种误概念之后，教师进一步激发学生探究欲，引导学生思考：氧化剂和还原剂的本质特征是什么？
教师在教学过程中要帮助学生深度理解概念，抓住概念本质，并且结合实例，采用多种有效的变式，促进新概念在学生误概念基础上与原有知识结构形成正确的联结，以进一步发展。例如，在强调概念本质的时候，如强调氧化剂就是化合价降低、得电子（电子偏向）的物质，还原剂就是化合价升高、失电子（电子偏离）的物质，从电子得失（或者电子偏移）或者化合价变化的角度作为判断氧化剂和还原剂的实质特征。教师在强调该问题的同时，除了结合两种反应物参加的氧化还原反应的实例外，还要给出多种变式：
(1)判断有一种反应物参加的化学反应中的氧化剂和还原剂，例如，
氧化剂和还原剂均为
，氧化产物为
，还原产物是KCl。
(2)判断有三种反应物参加的化学反应中的氧化剂和还原剂，例如，
这样，学生的图式网络会更加丰富，概念间会建立更多的联系，在解决问题时可以准确提取有效知识链——“只要含有化合价降低、得电子的元素的物质就是氧化剂；只要含有化合价升高、失电子的元素的物质就是还原剂”作为辨析和判定的本质性原则。
3.在“氧化还原反应中元素化合价的判定”上产生的误概念
(1)误概念研究结论
测验项目：标出下列氧化还原反应中电子转移的方向和数目。
测验结果：学生在该测验项目上的通过率P= 0.70，即有30％的学生不能够正确回答此问题。测验答案显示，学生把该化学反应方程式中电子转移的方向和数目标错了。
访谈结果：在随后的个别访谈中发现，学生们认为“分子式中左侧元素都表现为正价态，右侧元素都表现为负价态”，所以
。
误概念：“分子式中左侧元素都表现为正价态，右侧元素都表现为负价态”。
(2)成因探究
学生在该测验项目上的失分较多，在卷面分析和随后的个别访谈中都显示，学生们根据以往化学知识学习过程中形成了化学分子式表现为“分子式中左侧元素都表现为正价态，右侧元素都表现为负价态”的规则特点，所以，用这样的判定标准和思维定势，则会影响自己考虑问题的角度，把
中元素的化合价根据元素在分子式中所处的位置习惯性地标示为，从而上述方程式中电子转移的方向和数目都回答错误。
(3)教学启示
物质中各元素的写法大多数情况下，是符合位于左侧元素化合价为正，右侧元素化合价为负的规则，但不是全部都是如此，特例的存在是要求学生记住和不能忽视的问题。除了、还有
，等氮族元素，它们的书写方式则是表现为负价态的元素放在左侧，表现为正价态的元素放在右侧。在化学课程内容进行到氧化还原知识点时，教师要及时抓住可以利用的问题线索，激发学生误概念，使学生对新知识和相关规则产生深刻的认识，建立科学的知识结构。当遇到类似上述问题时，教师在教学过程中把握的关键环节就是能够认识到学生会存在这样的错误认识，创设问题情境，激发错误想法，引导正确的思路和给予正确的规则，并且强化这方面的认识，在进行新知识的理解过程中，把知识进行归类和整理，帮助学生加工处理知识时采用从一个点上升到一个类的策略，形成组织化、结构化的知识网络，如，学生不但学会一个点上的知识：胂的写法和化合价具有其特点，
，而且要知道与其相关的知识网络中一条线上、一个面上的更广泛些的知识点：氮族元素的氢化物的书写方式都是如此，化合价
等也是如此；而且，碳族元素的氢化物
等也有此书写特点。
4.在“物质氧化性和还原性强弱顺序判断”上产生的误概念
(1)误概念研究结论
测验项目：已知
在酸性溶液中易被还原成
的氧化性依次减弱。试判断下列反应在水溶液中是否能发生（用“√”或“×”表示），并说明理由。
（），理由是____。
测验结果：学生在该测验项目上的通过率P= 0.56，即有44％的学生不能够正确回答此问题。测验答案表明，学生认为上述题目给出的反应能够发生，理由是，由已知条件“
的氧化性依次减弱”，所以
具有氧化性，
能够发生氧化还原反应。
访谈结果：通过细致地个别访谈，学生反映，既然已知条件给出了“的氧化性依次减弱”，得知“具有氧化性”，因为具有氧化性，
显示还原性，那么“具有氧化性的物质肯定能够与具有还原性的物质发生氧化还原反应”。
误概念：“具有氧化性的物质与具有还原性的物质放在一起，肯定能够发生氧化还原反应”。
(2)成因探究
学生在回答该问题时，错误率很高，不能够根据已知条件进行正确的递进式思考。没有形成和进行正确的思维程序来思索问题。此题目本应该按照氧化性和还原性的判断规则和方法来进行，即氧化剂的氧化性＞氧化产物的氧化性；还原剂的还原性＞还原产物的还原性。
究其原因，研究者认为，学生还没有正确把握判断物质在氧化还原反应中体现出来的氧化性和还原性的逻辑顺序的规则，反映了学生按照已知条件进行逻辑推理能力的欠缺，即学生还没有准确掌握氧化性和还原性的判定标准的知识，没有形成运用该知识进行推理的能力。
(3)教学启示
同种物质呈现不同化合价时，他们在化学反应中体现出来的氧化性或还原性强弱的顺序，通过化学反应方程式是能够显现出来的，并且具有一定的推断规则。教师不但要告诉学生，什么样标准可以解决该类问题的知识，还要教会学生如何去实际操作，进行适当的练习，形成问题解决的能力。教师可以结合具体实例示范正确的解题模型。例如：
已知下列几个反应的化学方程式：
教师在讲解的同时，板书示范推断的操作过程：化学反应中物质的氧化性、还原性强弱的判断方法，较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应，生成弱还原性的还原产物和弱氧化性的氧化产物。即氧化剂的氧化性＞氧化产物的氧化性，还原剂的还原性＞还原产物的还原性。
四、总结与思考
本研究只探讨和分析了有限的氧化还原误概念，学生在学习新知识的过程中，还有很多的误概念有待于挖掘。充分利用误概念来建构学科知识，是一种非常有价值的教育资源和行之有效的教学途径。教师要善于诱发和引导学生认识中存在的对知识的错误理解，能够及时诊断和合理疏导。其中，这一教学实践过程的关键环节就是(1)诱发学生错误的概念认识，(2)挑战这些误概念以创造认识矛盾，(3)从学生的视角且以有意义的方式呈现新概念，(4)帮助学生在各种任务情境中应用新概念。
教师应该倡导创造宽松和谐的教学和学术探讨气氛，支持和鼓励学生对不明白或者不确定的问题大胆质疑、争论，使学生敢于和勇于发表自己的观点和思想，教师善于挖掘和捕捉学生暴露出来的错误认识，并引为进一步学习和巩固新知识的重要媒介。