中學化學教學改革問題

1、中學化學教學改革問題,清華大學化學系 宋心琦 北京 2011年9月,幾點新認識,學科的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢和社會對公民素質的要求是教育改革推動力 要學習并重視現(xiàn)代教育學和學科教學研究提供的新理念和方法 要區(qū)分職業(yè)性要求和素質性要求 學段的銜接更著重于能力,課程標準和傳統(tǒng)教學大綱的差別,教育理念的變化 教育目標的擴展 教育方式的改變 教師在教學過程中作用的改變 課程標準設計時的主要依據(jù)和原則：對現(xiàn)代公民基本素質的要求；內容兼顧基礎性、時代性和選擇性；承認學生的學習要求、興趣和特長間存在差異,課程結構的改變意味著什么,選修模塊和必修模塊的關系與前者的相對獨立性 選修模塊并不要求面向全體學生 所有課程的選

2、修與必修模塊的總和構成一個個有針對性的符合學生個體特點的教學計劃 為學生自主學習和個性發(fā)展,嘗試、發(fā)現(xiàn)與培育過程提供了必需的時間和空間 應該更有利于對學生潛能的發(fā)現(xiàn)與培養(yǎng),情感態(tài)度價值觀教育問題,學科教育的價值觀是教學質量評價的基礎 學科教育應當服務于素質教育 如何全面評價國民科學素質,教材設計和編寫時的考慮,如何領會并體現(xiàn)新課標提出的基礎性、時代性和選擇性原則 如何實現(xiàn)新課標規(guī)定的三維教育目標：知識技能、過程方法和情感態(tài)度價值觀 確定知識和技能教學目標時應該區(qū)分職業(yè)要求和素質要求 必修和選修教材的定位、功能和聯(lián)系,教材框架設計思路簡介,必修模塊著眼于以化學基礎知識技能為載體，體現(xiàn)三維教育目標

3、的要求。更加關注科學課程在素質教育中的作用。 選修模塊既有其獨立性，又要體現(xiàn)和必修模塊間的銜接?？煞譃?類。一類以學科理論為主，如化學反應原理和物質結構與性質。這是為對理論學習有興趣的學生開設的，側重于理論的建立、邏輯推理和抽象思維訓練一類以介紹化學在技術和生活中的應用為主，側重于加強科學技術對社會發(fā)展和日常生活的重要性的認識還有一個專為對于化學實驗技術、方法和應用有興趣的學生開設的實驗化學模塊。,教材框架設計思路簡介,必修模塊：知識技能以鞏固最基礎的化學知識、原理、方法與技能為主，包括與化學元素、基本化合物的命名、符號與化學反應式等相關的化學語言體系；常見無機反應的分類，重要有機化合物及反應

4、；物質的量（摩爾）及相關的化學計算（包括物質的量濃度）?；瘜W實驗方法及基本操作（包括實驗室守則）,教材框架設計思路簡介,過程方法的教育，主要通過對科學方法的文字敘述和學生的實踐活動過程（包括解題、擴展到其他事物的處理嘗試及交流研討等方面）來進行。運用科學方法于工作和生活應當成為公民基本素質組成之一。 過程方法的教育要有針對性的指導，但是學生對過程的體驗，包括因未知而產(chǎn)生的困惑、挫折或失敗時的懊喪和反思、以及獲得成功時的喜悅與經(jīng)驗，則更為重要。新教材中配有相關的欄目和活動內容。,關于過程方法教育的思考,化學是一門既重視過程有時又容易忽略過程的學科 化學是一門實驗性科學，重現(xiàn)性和反復驗證的要求，往

5、往使得過程的終態(tài)結果成為評價的主要依據(jù)。而對過程的描述或解釋學科理論至今尚不夠完善。如何處理好這對矛盾是改進化學教學和推動教學改革中的一個值得認真研究的問題,關于過程方法教育的思考,教學過程是一個漫長、艱苦而又充滿著激情的過程 方法不僅依靠教師和教材的傳授，教學過程本身所涉及的、通過潛移默化、思考爭論、發(fā)現(xiàn)謬誤和解題捷徑的過程，都應當納入方法教育的范疇。其中以學生對適合自己的方法的發(fā)現(xiàn)和構建最有價值 對方法的領會與把握存在著因人因學科而異和循序漸進的心理學特點,關于情感態(tài)度價值觀的教育, 情感態(tài)度價值觀的教育不僅在于提高學生對化學知識在技術發(fā)展和經(jīng)濟生活中的重要性的認識，對個人提高科學素質的意

6、義，應該升華為對人類必須和自然界以及社會之間建立和諧關系的認識。即形成高素質的新世紀人才所必需的情感態(tài)度和價值觀。須對于科學技術、生活質量和環(huán)境等有較全面的認識。教材中所建議的許多閱讀和探究活動均與此有關。,法拉第的名言,潛移默化地進行情感態(tài)度價值觀教育的范例，在6講關于蠟燭的科普講座后，法拉第指出： “蠟燭的火焰能把暗處照亮，而金剛石的璀璨在沒有火焰照亮時卻什么都沒有”,探究性學習的培養(yǎng)是一個漸進過程,探究性學習著眼于培養(yǎng)自主學習的信心；習慣的養(yǎng)成；能力的提升。意味著：已有的知識技能可以成為學生持續(xù)發(fā)展的基礎和養(yǎng)分；創(chuàng)新意識可以成為實踐的動力；持續(xù)地學習和探究成為最大的樂趣 探究性學習的教育

7、研究不很成熟 。應當允許有一個漸進過程。摸索、試探、反思和交流都是必要的活動 從老師自身做起，把教學探究擴展到學科本身，再回到中等教育,牛頓名言的啟示,如何理解牛頓關于“巨人肩膀”的名言所包含的治學之道 巨人在哪里？所有學科教育共有的任務 如何才能爬上巨人的肩膀？具備臺階的基礎才是有效的基礎 不僅要看得遠，方向還要對,化學學科的現(xiàn)狀和問題,學科教育落后于學科的現(xiàn)狀，從而使學生學習興趣下降，生源水準下滑。表現(xiàn)為理論滯后、實驗技術滯后、教學改革滯后 學科面目模糊方向不明過分重視能夠做什么，而不是能夠知道什么 什么是化學的大問題,化學學科的大問題,如何設計具有特殊功能和動態(tài)特性的分子 細胞的化學基礎

8、 如何制造未來的能源、空間和醫(yī)藥所需的材料 思維和記憶的化學基礎 生命在地球上是如何開始的。在其他世界中，何地和如何才會出現(xiàn)生命 如何發(fā)現(xiàn)全部元素的可能組合？據(jù)估算，數(shù)量級將大于1014,正確認識基礎性和時代性的關系,有學科發(fā)展軌跡中永遠起作用的基礎；也有為構建學科基礎服務的“基礎”。后者如4類基本反應；“化學元素”不變的概念；基本的化學鍵類型；“惰性氣體”等等。 基本概念或理論是不斷發(fā)展的。例如原子、分子；化合物-物種；物質導電機制；酸和堿等等 應當重視那些對學科和新技術發(fā)展持續(xù)起作用的基礎知識和基本概念，這是進行情感態(tài)度價值觀教育的著力點，也是教師持續(xù)提高和完善自我的有效途徑,最基本的化學

9、概念和理論,理解和把握化學學科的定義是初等化學教學的要點，它包含了最基本的化學概念和理論 組成：元素的種類和原子、離子的數(shù)目（以及形態(tài)、化學環(huán)境和結合方式）。典型元素的教學應當突出它們的特點和差別。教學實驗的要點亦在此。,元素化學教學問題,1.教材所選元素的典型性（Na-s區(qū)），(Al、Cl-p區(qū)），（Fe-d區(qū)） 2.元素存在的主要形態(tài)-原子、離子（價態(tài)）、結合態(tài)、絡合態(tài) 3.元素所處化學環(huán)境及其影響 化學反應條件決定了反應途徑及產(chǎn)物 實驗結論具有不確定性 1,元素化學教學問題,如何強化對物質化學變化的認識 1.表現(xiàn)為組成和結構的變化，組成回歸到元素及其形態(tài)；結構回歸到元素組成、化學鍵和某個

10、元素或基團所處化學環(huán)境的變化。 2.變化本身屬于物質性質，變化改變了物質，也就改變了它的性質。變化也是認識與識別物質的途徑,課堂教學中的實驗探究,Na和O2的反應通常包含以下兩個實驗： 常溫，空氣中 2Na + O2 2Na2O 點燃后，空氣中 2Na + O2 Na2O2 應當觀察和思考的問題： 1。試劑或物質的存放，穩(wěn)定性和活性 2。Na和Mg在空氣中燃燒時現(xiàn)象的比較 3。Na2O和Na2O2相比，能想到些什么？對了解Na2O2性質有什么啟示 4。Na在空氣中燃燒只有Na2O2一種產(chǎn)物嗎,課堂教學中的實驗探究,氯氣溶于水后的漂白作用問題 1。想探究什么？預期的答案可能是什么？ 2。2 Cl

11、Cl2 HOH 4 HClO2 ClCl HOH HClHClO 3。結論：漂白作用來自水與氯氣的反應產(chǎn)物 4。不能得出有漂白作用的只有次氯酸的結論 5。同是氯元素，價態(tài)不同，性質截然不同。對于“組成”的認識是化學最重要的基本概念之一,還能學到和想到些什么,1。氯氣可以損傷人的呼吸道因為呼吸道中有水存在 2。氯可用鋼瓶存放說明室溫下氯氣和鐵單質無作用，但是氯氣必須是干燥的。 3。氧氣、氮氣的無味，和氯氣、氨的有刺激氣味和它們的什么性質有關 4。高溫下氯可以和鐵粉或鐵屑直接化合生成氯化鐵說明物質的化學性質往往和所處的外界環(huán)境有關（請回憶并對比氧氣和鐵單質的反應情況)。還能想到些什么,課堂教學中另

12、一種形式的探究,為什么要討論次氯酸的不穩(wěn)定性？ 1?；瘜W物質的穩(wěn)定性是最重要的基本性質之一 2。不穩(wěn)定的化學物質如何轉變?yōu)榘踩暂^高的商品 3。使用時使之轉變?yōu)樵瓉淼哪莻€化學物質的常用方法 4。從而推衍出在化學中普遍適用的規(guī)律,還能學到和想到些什么,1。酸堿鹽間的相互聯(lián)系是探究化學合成方法時的最重要思路之一。 2。由強酸（堿、金屬、氧化劑或還原劑）制備弱酸（堿、金屬、氧化劑或還原劑）；由易溶物制備難溶物;由穩(wěn)定性高的代替穩(wěn)定性低的等，都是首選的化學合成方法基本原理為這類過程所共有的自發(fā)性。判據(jù)主要為該過程的G 3。S在產(chǎn)物氣體分子數(shù)多于作用物氣體分子數(shù)（高溫下），純物理過程如溶解、擴散、摻雜、

13、分子的聚集及有序或無序化等過程中則必須考慮,化學實驗體系三要素,符合探究目標而且不確定因素最少的化學反應體系 合理的實驗裝置，包括安全措施等 合理而且有序的實驗步驟和合乎規(guī)范的操作技術,優(yōu)秀經(jīng)典實驗賞析之一,案例1: 拉瓦西測定空氣組成的實驗 步驟1 2Hg O2 2HgO 步驟2 2HgO 2Hg O2 步驟3 步驟2得到的O2和步驟1剩余的N2混合，得到“原來”的空氣 學習要點： 1。為什么選擇 Hg ？( Hg的沸點:356.6oC; HgO的分解溫度:約500oC; HgO不溶于Hg) 2。為什么3個步驟都有必要性？ 3。還能想到些什么？(物理和化學變化的差別和共同點),Zewail因

14、飛秒化學研究獲獎的原因,如何確定 to=0 是飛秒化學實驗研究中很難解決的關鍵問題。亦即譜圖和過程如何契合的問題 Zewail找到分子間化合物I-HO=C=O為研究體系 I-HO=C=O I* + HO=C=O HO=C=O H-O + CO 利用I*發(fā)出熒光瞬間作為飛秒時間分辨光譜上的to，從而得到第一張和化學過程相對應的時閾為700fs的激光時間分辨光譜。,實驗與探究式學習,案例2：空氣組成測定體系的選擇 4 P 5O2 2P2O5 1。已知S、C、Mg、Na、蠟燭等都可以滿足和空氣中的O2發(fā)生燃燒反應的條件，為什么P是最佳選擇？ 2。對這個探究性實驗來說，為什么以Hg方案最為理想？（通過

15、與Hg方案的對比） 3。 實施“磷”方案時，最重要的前提假設是什么？（磷可以把空氣中的O2用盡） 4。采用“磷”方案時，除去經(jīng)典的體積測定法外，還能想到哪些方法？,值得進一步思考的問題,選擇這類實驗體系來探究類似于空氣組成問題時，共同的前提假設：同名分子間的不可區(qū)分性 用氣體分壓或分體積的改變來提供有關氣態(tài)化學物質變化的信息時，理論依據(jù)是什么氣體摩爾體積；理想氣體之間的關系 某些單質或化合物和氧發(fā)生反應的條件和氧化物的組成與性質（在水中的溶解度，是否和氮也能反應等）化學物質體系的物理性質和化學性質 氧能否全部耗盡化學反應進行程度 如果希望提高實驗所得數(shù)據(jù)的精確程度，除去改進裝置外，還應當考慮哪

16、些問題,基礎性和時代性關系數(shù)例,應當重視那些對學科和新技術發(fā)展持續(xù)起作用的基礎知識和基本概念，探究它們的形成和發(fā)展過程，以及視角的變化。 努力從科技新發(fā)展中吸取養(yǎng)分。這是教師專業(yè)和教學水平提高的著力點。即不斷發(fā)展和完善自己對學科基礎的領悟,磁場誘導下的變色體系,氫動力能源新設想,已知：HgCl2溶液滴在Al板上，將破壞Al2O3的保護作用。 鎵鋁合金也有類似作用。 單質Ga熔點：29.78oC 單質Ga沸點：2403oC 因此有可能構成實時供氫的燃料電池（周期系還能告訴些什么）,除汞新技術,C&ENs July 7, 2008 Latest News 報道： 破損廢舊袖珍熒光燈泡（CFLS）中

17、殘汞處理一直受到關注。R.Hurt 發(fā)現(xiàn)由亞硒酸鈉和谷胱甘肽（C10H17O6N3S）反應制成無定形粉狀納米硒和汞能夠生成無生物活性的HgSe，24小時內可除去近99.9%的汞。單個燈泡的用量僅10mg,而常規(guī)除汞劑如硫、鋅、活性炭等用量為數(shù)克至數(shù)千克。,基礎不僅限于化學, 第一個稀有氣體化合物的發(fā)現(xiàn)，源于物理概念的運用 O2+PtF6- 和 Xe+PtF6-的對比：O2和Xe的第一電離能相近，兩種鹽的晶格能相近 無機富勒烯（WS2, MoS2等）的發(fā)現(xiàn)，源于幾何學的考慮：正六邊形網(wǎng)格的變化 石墨烯制備的最簡便方案：源于對物質表面黏附力差別的應用,摩擦化學和高速硬盤,摩擦化學是力化學的一個分支

18、，要求體系內至少有一相為固相。 一艘新油輪失火的原因 與機械、建筑、飛行器、潤滑系統(tǒng)等領域的關系 硬盤轉速與摩擦化學的關系,C60發(fā)現(xiàn)史的啟示,用電弧轟擊法不僅能夠得到C60，也能得到碳納米管，而且后者穩(wěn)定性高于前者。為什么當時只發(fā)現(xiàn)了C60？教訓是什么,最基本的化學概念和理論,化學結構的要點是分子內部組成元素原子核的排布與結合方式。 分析化學反應時，從靜態(tài)結構出發(fā)，基于動態(tài)結構的概念。就能夠比較容易地解決學習H2SO4、HNO3、 CH3OH、 CH3COOH、兩性氫氧化物等在不同條件下的不同變化方式。把握住化學鍵的作用力本質。,最基本的化學概念和理論,物質由微粒構成是化學的最基本概念?？梢酝茝V到電子、質子、中子、光子等 化學以原子分子為核心概念，在原子結構理論的基礎上，離子概念是不難建立的。由組成結構來認識分子，才能夠真正掌握分子概念，加上微粒觀，才能夠正確地認識化學現(xiàn)象。 穩(wěn)定結構的原子分子，是了解和預見所有不穩(wěn)定物種，如自由基、分子離子、原子分子的激發(fā)態(tài)等的基礎,最基本的化學概念和理論,摩爾為什么會成為難點？ 1.物質由微粒組成，能量的量子化是兩個由科學提供的而不是直接來自生活經(jīng)驗的基本概念。這是產(chǎn)生困難的主要原因，