《中学化学教学参考》 发表于 2012 年第 6 期
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在体验中学习
—《氧化还原反应》的教学实践与思考
江敏 南京市金陵中学（210005）
摘要 对氧化还原反应的认识，不仅揭开了高中阶段对化学具体知识与理论体系
学习的序幕，而且也与人类文明的发展一路相伴而行。因此对化学概念的认知过程，
就不能仅仅是从文字、规则（学科知识）和识记（认知方式）的角度展开教学活动，
更是立足于学生的长远发展。教学活动可以将社会生活中的背景与历程、学科学习中
的体验与思维有机地联系起来，使学生真正参与到有意义的学习活动之中。
关键词 氧化 还原 氧化还原 类比 联系 实证
对氧化还原反应的认识，起源于我们周围的生活环境。这是一个饱含 O
2
的大气
圈，因此人类使用金属的历史，既是一个不断利用还原反应创造辉煌文明的历程，同
时又发生着一个个不断与氧化反应抗争的故事，这就是氧化还原反应概念学习的社会
化意义；在化学变化中伴随着电子转移观念的建立，不仅揭示了一类化学反应的本质，
而且系统化地认识氧化还原反应也为统摄各物质间的反应规律提供了重要视角，这就
是氧化还原反应概念学习的学科化意义。
从整个科学知识体系和教学行为的视角看去，对氧化还原反应的教学过程是有层
次的。首先是对氧化还原反应概念的具体教学过程，这是对氧化还原反应认识的起点，
它包含对与氧化还原反应相关的多组具有对称性概念（如：化合价的升高与降低、元
素的被氧化与被还原、还原剂与氧化剂、失电子与得电子、氧化产物与还原产物、还
原性与氧化性等）的认识与理解；其次是用系统的观念对物质间的氧化还原反应进行
整合，这样的学习不仅贯穿在此后的整个中学阶段，而且给了学生审视物质间相互反
应规律的宏观视野，进而深化对所认识的自然世界变化过程的理解。
就《化学·必修 1》中《氧化还原反应》的单元教学过程而言，是整个高中阶段
对氧化还原反应认识的起步。在教学过程中，重要的出发点有二：一是关注学生的认
知起点。在初中化学的学习中同学们已经具备了对氧化反应和还原反应的认识，但这
两组概念是彼此独立而相互隔离的，在高中阶段的学习中首次实现氧化反应与还原反
应间的联系。因此氧化还原反应的教学就不再是一个简单的概念教学问题，而是可以
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将学习的起点前移，让学生在回顾“氧化反应”和“还原反应”的基础上，体验“氧
化反应”与“还原反应”之间的联系。此时同学们不仅可以感受认知视野的开阔、而
且还能在学习中直观地感受这样的哲学命题 — “氧化”与“还原”原不过是同一事
物的两个方面，而“氧化反应”和“还原反应”又是表达了人们在自然环境和社会生
活背景下对事物变化主要方面的关注。二是关注学生的学习心理。从自然环境、生活
经验以及学生熟悉的事件出发，引发对相关科学概念的认知，不只是有利于拉近学生
与学习内容之间的距离，有助于学生比较顺利地进入相关的学习状态，更重要的是寄
希望于科学教育应能够提高学生对事物感知的敏感性。
一、在生活经验的体验和联系的方法中，理解氧化、还原反应发生的背景
上课伊始，老师和学生用这样的对话开始了对氧化还原反应有关学习内容的讨论。
在我们生活中发生着哪些氧化反应？“碳在氧气中的燃烧”、“硫在氧气中的燃烧”、
“天然气在空气中的燃烧”，学生如是回答。（初中化学学习的重要知识，使得同学们
回答上述问题时信心满满）
环顾四周，又有哪些物质是氧化反应的产物？有学生会从周围的学习用品或实验
用品中发现一种司空见惯的氧化反应的产物 —— 铁锈。
铁锈的性质和铁的性质一样嘛？教师继续询问。不一样。铁可以它的锋利或坚韧
作为工具使用，而铁锈这种粉末状的物质，显然已经失去了金属铁的实用价值。
铁锈能重新转化为金属铁单质吗？可以用 CO 将铁还原出来。
至此，教师引领学生简约地回顾了人类围绕着铁的使用而经历的不断与氧化反应
抗争的历史。
在以上有序（历史的时间和设备的空间）排列的图片中，同学们真实感受到人类
在炼铁方面技术水平和生产能力的不断发展。但是从化学的角度来看，无论是用风箱
产生高温还是现代高炉设备，这其中一直未曾改变的是发生着永恒的还原反应（Fe
2
O
3
图 2 南钢新 1 号炉
设计炉容：2000m
3
图 3 南钢新 2 号炉
设计炉容：2550m
3
图1 宋应星《天工开物》中
描述的古代炼铁的方法
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+ 3CO == 2Fe + 3CO
2
）。
在日常生活中，金属因腐蚀而逐渐失去光泽以及实用功能，人们就会想方设法使
其重新转化为金属的形态，以恢复其实用功能。这大概就是“还原”概念产生的缘由。
教师如是说。
受环境中的氧气的影响，同样的氧化与还原反应也
在其他的金属中发生。在同学们已有的知识储备中，H
2
与 CuO 的实验是最重要的还原反应之一。如果 Cu 可与
O
2
反应生成 CuO、那么生成的 CuO 经 H
2
还原又将重新
生成 Cu（如图 4 所示）。从得失氧的角度，同学们直观
地体会着 Cu 元素在自然界和生产过程中的循环变化：
得“氧” — Cu 元素被氧化的过程，失“氧” — Cu
元素被还原的过程。
此时，教师进一步启发学生，仅就 CuO 被 H
2
还原
的反应（CuO + H
2
== Cu + H
2
O）而言，将观察的视线
从 Cu 元素的角度转换到 H 元素的角度，同学们发现伴
随着 Cu 元素被还原的过程，实际上也是 H 元素被氧化
的过程：即当 CuO 被还原为 Cu 时，H
2
却因结合“O”
生成 H
2
O 而被氧化。此时原有彼此独立的氧化反应、还
原反应就这样自然地联系在了一起。同学们通过对
CuO + H
2
== Cu + H
2
O 反应的深入分析，清晰而形象地领悟到氧化和还原反应原来是
可以同时发生的。
有趣的是，虽然我们发现氧化反应和还原反应可以同时发生，但是“氧化”和“还
原”的概念会同时出现吗？此时教师似乎不经意的追问，实质是促使同学们思考，如
果“还原”概念的产生与生活经验有关的话，而“氧化”概念的出现，一定是在拉瓦
锡否定“燃素说”、人类形成了对氧元素的正确认识以后产生的。此时的同学们会意
到：在反应过程中同时出现的“氧化”和“还原”反应，就其概念词汇“还原”和“氧
化”的年龄并不相同，一个很古老而另一个很年轻。在此，同学们领悟到一切有关的
科学概念都不是“天成”的，它们可能来源于生活经验或科学研究的总结。
Cu
CuO
O
2
氧化
还原
H
2
图 4 Cu元素在氧化和还原
过程中的循环
Cu
CuO
O
2
H
2
O
氧化
氧化
还原
H
2
图 5 在同一反应过程中，Cu 元素
的还原和 H 元素的氧化过程相伴
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二、在传球游戏的体验和类比的方法中，理解氧化还原反应概念的关联与拓展
在建立了对氧化还原反应的基本认识以后，教师要求同学们再次对 Fe
2
O
3
+ 3CO
== 2Fe + 3CO
2
以及 CuO + H
2
== Cu + H
2
O 的反应进行研究。
如果将上述反应过程设想为 Fe 与 CO、Cu 与 H
2
之间的传球游戏，上述的反应过
程就可表达为如下图所示的关系：
请同学们观察并设想，在上述“传球”的过程中，针对 Fe 元素和 C 元素、Cu 元
素和 H 元素而言，又怎样显性的“参数”发生改变？
几经“球”的传递（得失“O”的过程），同学们发现，每当一种物质的载体得“球”
（捕获 O 原子）以后，物质载体中的元素或中心元素的化合价就将升高；每当一种物
质的载体失“球”（丢失 O 原子）以后，物质载体中的元素或中心元素的化合价就将
降低。
这样就很自然地在得失氧与化合价升降之间建立了联系。
在此基础上，同学们可以用新建立的对氧化还原反应的认识，进一步剖析
①2Cu + O
2
== 2CuO、②Cl
2
+ 2NaBr == 2NaCl + Br
2
两个反应中的氧化还原关系。
CuO + H
2
== Cu + H
2
O
Fe
2
O
3
+ 3CO == 2Fe + 3CO
2
化合价升高，
化合价升高，
化合价降低，
化合价降低，
+2 –2 0 0 +1 -2
+3 –2 +2 -2 0 +4 -2
被还原
被还原
被氧化
被氧化
CuO + H
2
== Cu + H
2
O
得到氧，被氧化
失去氧，被还原
Fe
2
O
3
+ 3CO == 2Fe + 3CO
2
得到氧，被氧化
失去氧，被还原
Fe
2
O
3
CO
Fe CO
2
O
O
CuO
H
2
Cu H
2
O
O
O
图 6 Fe
2
O
3
与 CO、CuO 与 H
2
之间的传“球”游戏的示意图
Fe
2
O
3
CO
Fe CO
2
O
O
CuO
H
2
Cu H
2
O
O
O
图 7 Fe
2
O
3
与 CO、CuO 与 H
2
之间的传“O”的过程与元素的化合价变化产生关联
化合价降低
升高
化合价升高
降低
化合价降低
升高
化合价升高
降低
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在实际的教学活动中，同学们不仅能够正确分析上述反应过程中元素化合价升降
与氧化还原反应的关系，而且还能深刻体会到剖析反应①的用意在于曾经非常熟悉
的、生活中的氧化反应，业已转化为氧化与还原反应并存的变化过程；而剖析反应②
的用意则在于从化合价的升降建立的氧化还原反应的概念体系，突破了原有的得失
“氧”的局限，体现出概念的拓展。也许同学们还没有意识到，在此他们已经参与到
了科学概念从生活经验到理性规范的演变过程。
三、在对化合价的界定过程中，体会氧化还原反应的本质
随着学习活动的逐渐展开，对氧化还原反应概念认识的逐渐明晰，同学们新的困
惑也随之而来。为什么失氧的还原过程一定伴随着是化合价的降低，而得氧的氧化过
程就一定与化合价的升高相伴？这就自然将学习过程中的思维脉络引向对化合价成
因的回溯。
以下事例作为化合价界定的两种典型方式被同学们所熟知：
通过对以上化合价界定方式的再认识，同学们理解了元素化合价的升高，意味着
在化学变化过程中将有电子的丢失或远离；而元素化合价的降低，则说明化学变化中
伴随着电子的获得或接近。就整个化学反应而言，物质守恒决定了在化学变化过程中
电子是不能自生自灭的，有电子的“丢失”就有电子的“获得”、有电子的“远离”
就有电子的“远离”。因而还原与氧化反应总是相伴而行，这就有了本质的解释。至
+11
+17
+17
+11
N
N
a
a
+
+
C
C
l
l
-
-
Na
Cl
Cl
-
Na
+
图 8-1 电子得失与化合价的界定图 8-2 电子偏移与化合价的界定
+17
+1
+1
+17
H Cl
H
C
l
HCl
H Cl
δ+
δ-
δ+
δ-
化合价 +1 -1 化合价 +1 -1
2Cu + O
2
== 2CuO
化合价升高，被氧化
化合价降低，被还原
2NaBr + Cl
2
== Br
2
+ 2NaCl
化合价升高，被氧化
化合价降低，被还原
0 0 +2 -2
+1 -1 0 0 +1 -1
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此化学反应过程中的化合价的升降的本质是发生电子的得失或转移。
至于为什么得失氧与化合价升降发生关联？从化合价的界定关系中，同学们不难
发现，正因为氧是自然界中除 F 元素以外最强的非金属的元素，在氧元素与其它元素
结合的过程中，一般氧元素都因得电子而显负价。当某一元素摆脱与氧元素的结合时，
其相应的价态就将下降，即被还原；当某一元素与氧元素结合，其相应的价态就将升
高。同时也正因为我们就生活在氧气环抱的环境中，所以对氧化还原反应的认识始于
得失氧就成为必然。
此时教师由提出一个新的问题：如果 F
2
是自然界中的电子能力最强的非金属元
素，当 F
2
转化为 OF
2
时，发生的是还原反应吗？通过对 F
2
和 OF
2
中各元素的价态分
析，同学们发现从科学概念的角度，并不是所有得氧过程都是被氧化的反应，正如从
F
2
转化为 OF
2
的过程，并不是形式上的氧化过程（表面上看是获得“O”的过程），而
是实质上的还原过程（本质上是 F
2
获得电子的过程）。
至此，同学们进一步体会到，氧化还原反应概念从得失“氧”到化合价的“升降”
及至得失“电子”，不仅是对概念适用范围的拓展，更是对问题的认识从现象到本质
的探求。
四、在实验的观察中，体验电子转移的真实性
作为以实验为基础的自然科学的分支—化学学科学习，实证无疑是对氧化还原反
应概念理解的最好诠释。无论是教师的引领还是同学们的好奇心以及探究意识，在此
不约而同地会发出相同的质疑：氧化还原反应进行的过程中真的有电子的转移，抑或
怎样才能看见氧化还原反应过程中的电子转移？
对上述问题的回答，是围绕着同学们熟悉的 Zn 与硫酸间的反应展开的。通过对
反应前后相应元素的价态分析，可知 Zn 与酸之间的置换反应是一个典型的氧化还原
反应。
Zn + 2H
+
== Zn
2+
+ H
2
↑
化合价升高，失电子，被氧化
化合价降低，得电子，被还原
CuO + H
2
== Cu + H
2
O
Fe
2
O
3
+ 3CO == 2Fe + 3CO
2
化合价升高，失电子，被氧化
化合价升高，失电子，被氧化
化合价降低，得电子，被还原
化合价降低，得电子，被还原
+2 –2 0 0 +1 -2
+3 –2 +2 -2 0 +4 -2
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为了获得氧化还原反应过程中电子转移的实证，教师和同学们展开了如下的对话
与实验交流。
Zn 与硫酸反应的最显著的现象是什么？
Zn 表面产生小气泡。
Zn 表面产生的小气泡能说明有电子转移吗？
不能。因为 Zn 粒表面的气泡只能说明产物的生成，但是并不能说明产物形成的
背后有电子的迁移。
此时教师启发同学们将观察的视角从原有的只关注某种元素在反应前后的价态，
转换到关注发生氧化和还原反应的两种元素的联系，这就发现 Zn 失去的电子被 H
+
获
得，H
+
因得到电子而变为 H
2
。这样就形成了将被氧化和被还原的双方联系起来的一
种新的表达方式（俗称“单线桥”）。
借助于对反应过程中电子流向的认识，设想如果能用导线将 Zn 失去的电子引出，
使 H
+
能够在不与 Zn 粒接触的地方得到电子，是否就可以获得电子发生转移的重要信
息？
实验是简单的：将一小粒锌粒置于表面皿中。将铜丝弯曲，一端触抵在 Zn 粒表
面，另一端置于表面皿中[如图 10-(a)]。向表面皿中加入少量的稀硫酸，使其浸没 Zn
粒和铜丝的两端[如图 10(b)]。同学们们发现在如此简单小巧的装置中，铜丝多像单线
桥中表示电子转移的连线，似乎可以将 Zn 粒表面的电子引向远处。
我们将期待在何处观察到 H
2
的小气泡？
Zn + 2H
+
== Zn
2+
+ H
2
↑ Zn + 2H
+
== Zn
2+
+ H
2
↑
2e
-
化合价升高，失电子，被氧化
化合价降低，得电子，被还原
培养皿
锌粒
稀硫酸
铜丝
图 9 用来证实氧化还原反应过程中电子转移
的简单实验。
(a)Cu 丝的两端，一端
抵在 Zn 粒表面，一端
至于表面皿内
(b)Cu 丝浸没在 H
2
SO
4
溶
液中的另 一 端 出 现 气 泡
(如椭圆线圈中的现象)
图 10 Zn 与 H
2
SO
4
反应的实验情景
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铜丝浸没在硫酸溶液中的另一端。
观察到预期的现象了吗？
铜丝的另一端竟然真的出现了细小的气泡。
此处出现的小气泡，意味着什么？
说明正是在此处 H
+
捕获电子后转变为 H
2
。
此处的电子从何而来？
只能说明 Zn 表面的电子真的沿着与 Zn 接触的铜导线流动到了铜丝的另一末端，
并与溶液中的 H
+
反应，产生了 H
2
气泡。
既然铜导线中有电子流过，为什么我们没有触电的感觉？
因为电流强度和电压都太小了。
一个简单实验和对微观世界想象的叠加，一系列的追问与合理的推测，使同学们
非常兴奋感受到，他们真的“看见”了氧化还原反应中转移的电子！经历了对实验现
象的期待、观察与想象，以及对反应过程的思考，同学们真正理解了氧化和还原概念
的内在含义。
五、在知识的整合中，完成对氧化还原反应认识的深化
在同学们较为完整地体验了对“氧化”、“还原”概念由表及里、由经验到理性的
体验过程以后。作为对这一段学习过程的回顾，教师在对所学知识进行整合的基础上，
进一步向同学们介绍了与氧化还原反应相关的其它几组概念：氧化剂和还原剂、还原
产物和氧化产物、氧化性和还原性等。
作为教学过程的有效延续，同学们在完成作业的过程中，将涉及对一系列化学反
应进行分类的任务。一是用原有的化合、分解、置换、复分解分类方法进行分类，一
是用氧化还原、非氧化还原反应进行分类。拥有数学集合概念的同学们在经历了对反
应进行分类的实际操作以后，同时又拥有较为充裕的观察与思考的时间，他们足以在
图 10 与氧化还原反应相关的概念
MnO
2
+ 4HCl == MnCl
2
+ Cl
2
↑ + 2H
2
O
化合价降低、得到电子、被还原
化合价升高、失去电子、被氧化
+4 -1 +2 0
MnO
2
+ 4HCl == MnCl
2
+ Cl
2
↑ + 2H
2
O
2e
-
氧化剂 还原剂 还原产物 氧化产物
具有 氧化性 还原性 还原性 氧化性
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独立的学习过程中，归纳出氧化还原反应的集合与化合、分解、置换、复分解反应集
合之间从属、交叉、不关联等关系。在此同学们不仅能够体会到人们对化学变化的认
识，正发生着从表面（物质的组合方式）到本质（电子的转移）的变化，而且也能理
解到从氧化还原的角度对反应进行分类较之原有仅从物质的组合形式角度进行分类，
是一种更为深刻、更为广阔的分类方法。
至此，通过一系列有序并有层次的学习过程，同学们从由环境引发社会生活中
传递“O”原子反应的认识，逐渐深化到与氧化还原反应概念相关的化合价升降、电
子转移直至电子转移的实验证明以及规范表达等知识的学习，既体验着氧化还原反应
概念的演变过程，也感受到对问题由具体到一般、由概念到实证、由抽象到表达的认
知历程和思维脉络。学习不再仅仅局限在对文字符号所表达的逻辑关系的认识，而是
体现着知识（尤其是自然科学知识）表达着人类对自然世界的认知和人类在与自然世
界交流中的创造性。此时，学习的知识变得有趣而有意义，教学过程也悄然实现了从
关注学生的学习心理，到完善学生学科知识体系的转变。
