《齐民要术》作为我国现存最早的一部完整农书,被誉为“古代农业百科全书”。深入剖析了《齐民要术》中的化学观念,包括物质的变化与转化观念、物质的性质决定用途观念、资源化利用的绿色化学观念、实验与实践的科学探究观念,并探讨了其在中学化学教学中的价值。在中学化学教学中,《齐民要术》蕴含的植物染料与染色、制盐方法、饮食工艺等化学知识,可以作为生动的教学素材,拓展跨学科教学内容,培养学生的综合能力。通过对其中教学资源的挖掘,探索将古代农业古籍融入中学化学教学的有效途径,以期助力教师更好地将中华优秀传统文化应用于化学教学,打造更具深度与内涵、更能激发学生学习兴趣与文化认同感的精彩课堂。

基于课标要求和学情对教材情境素材进行二次开发,以“轻盈的守护者——手机外壳金属材料”为情境主线,以手机外壳金属材料的选择、制作(去氧化膜、生氧化膜)为学习任务,将金属铝和氧化铝的化学性质的学习巧妙镶嵌其中,促进学生建构组成结构决定性质、性质决定用途的学科大概念,为素养取向的教学重构提供可借鉴课例。

围绕“中山为什么没有建盐厂”这一真实问题情境展开跨学科项目学习,旨在实现初中阶段“粗盐中难溶性杂质的去除”实验与高中阶段“用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子”实验的衔接,帮助学生构建物质分离模型。同时,通过跨学科讨论“中山地理位置特点及气候状况”活动,不仅能够深化学生对科学知识的理解,还能够培养学生解决实际问题的能力,有利于培养学生的跨学科思维。这种以真实问题为背景的学习模式,将知识学习与实际应用紧密结合,有效地激发学生的学习兴趣和探究热情,实现仅用1课时完成初高中知识衔接的教学探索。

以“寻找更优的储氢材料”为微项目,进行以“物质结构与性质”模块为主融合“化学反应原理”模块的综合复习。1课时包含4个核心任务:从寻找更优的储氢方式到寻找更优的储氢过程,范围逐渐缩小到基于固态储氢中的化学吸氢形式下去寻找更高性能的储氢材料,再将范围扩大到畅想未来更理想的制氢、储氢、用氢场景。任务层层递进中,一方面主要围绕储氢材料晶胞复习晶胞的相关计算、围绕储氢材料的吸放氢复习化学反应的调控;另一方面提供大量情境素材,借助VESTA软件,通过设置开放性问题等手段实现证据推理、模型建构、微观探析、创新意识与社会责任的培养。

初中生在学习分子和原子时容易受前概念影响,对微观粒子的本体、作用和符号产生错误认识,研究梳理了人教版生物学、物理和化学教材中认识微粒的学科逻辑,整理了前一届学生在新课学习后产生的疑问,以尺度变化、微粒本体、微粒作用和微粒符号为顺序设计并实施了教学。课堂较好解决了学生因与物理知识相似导致兴趣不高,因概念抽象难以图示微粒的问题,并促使学生在课后从宏微、微微的角度提出了新的问题,为第2课时微粒视角的深入学习打下了较好的基础。研究最后基于2个班的实际教学情况提出了不同水平班级的教学建议。

以“磺胺嘧啶银为什么可以长效抗菌防止细菌感染”为问题情境,学生自主设计实验探究配合物的解离平衡,通过对实验方案的评价、实验现象的解释,形成证据和结论之间的关联;对生命体中配合物之间的转化进行分析,构建从定性与定量角度认识配合物的稳定性与转化的模型,培养学生的分析、评估、推理、质疑等批判性思维。

化学空间能力对“空间观念”的发展具有重要的作用,化学空间建构能力是化学空间能力的重要组成部分。在已有化学空间能力构成的基础上,依据化学空间建构能力的内涵,开发了“化学空间建构能力”测试工具。研究发现,测试工具具有良好的信效度,较高的可靠性。依据测试数据,探查了职前和在职教师化学空间建构能力的差异,分析了教师化学空间建构能力测试中存在的问题,并提出了教师培养建议。

本研究旨在调查不同化学情境素材如何影响学生的化学态度。在浓硫酸的性质教学中,创设不同教学情境。通过量化分析方法,比较正面与负面化学情境素材对学生化学态度的影响。研究发现,高中生的化学态度水平普遍不高。同时,正面的化学教学情境素材能显著提升学生的化学态度,而负面素材则会产生负面影响。根据研究结果,从素材选择、加工调整等角度为教师选择情境素材提供了具体建议。

以银镜反应机理分析为指导,对快速银镜反应进行再探究。创新实验分别从增大银氨溶液中Ag⁺浓度、银氨溶液中OH^-浓度以及乙醛浓度探究快速生成银镜的可行性。实验结果显示,向新制银氨溶液中加入乙醛后,用酒精灯直接加热试管可以更快生成银镜;使用NaOH适当增强银氨溶液碱性或将乙醛蒸气通入银氨溶液中,室温下银镜都能较快生成。改进后的实验操作简单、实验成功率高,激发了学生的科学探究热情,发展了学生的创新意识和科学精神。

以学生向含有二价铁的待测液中加入硫氰化钾之后再滴入双氧水产生的“异常现象”为情境,对血红色褪色的原因、硫氰根转化的产物和静置后气泡的成分及产生的原因展开探究,形成科学探究的一般思路,落实证据推理的化学核心素养。

利用手持技术如氯离子浓度传感器、多参数电导盐度计以及高精度折光仪等简单测绘氯化钠的溶解度曲线。利用《CRC 化学物理手册》《兰氏化学手册》以及人教版《九年级化学下册》等文献对实验数据进行简单分析。利用热力学原理简单分析氯化钠溶于水的过程,对实验数据做出简单评价。对手持技术简单测绘氯化钠溶解度曲线在教学中的应用进行初步讨论。

利用手持技术(Vernier色度计)定量测定活性炭对品红的吸附过程,结合Python软件进行系统分析。研究表明:活性炭对品红的吸附具有快速(0-1 h)和缓慢(1 h-4 h)2个阶段,4 h达到吸附平衡,最大吸附量为22.46 mg/g;Redlich-Peterson模型(R²=0.997 0)和Langmuir模型(R²=0.995 1)拟合效果最佳,表明以单分子层吸附为主导机制;准二级动力学模型的拟合度(R²=0.992 7)优于准一级模型,揭示化学吸附在过程中占主导地位。通过将传统活性炭吸附色素的定性实验转向定量研究,提供了一个从现象观察到机理探究的完整实验流程,不仅能帮助教师提高对吸附过程的科学认知,也为中学化学实验教学和跨学科实践活动提供参考。

结合实验和理论分析,探究了水溶液中Fe²⁺对Cu²⁺和SCN^-反应的影响。采用X-射线衍射和X-射线光电子能谱对产物CuSCN进行成分分析,计算探讨了其生成机理。

盐类的水解平衡作为高中化学平衡、电离平衡的后续内容,对高中生平衡观念的建立有着重要的作用。针对教材中浓盐酸的加入对FeCl₃水解平衡的影响实验,易出现颜色误判的问题,本研究通过将浓盐酸替换为浓硫酸或浓硝酸进行了一系列实验,发现向0.01 mol/L氯化铁溶液中滴加1滴浓硫酸或者1滴浓硝酸后均可看到黄色褪去,溶液变成水合铁离子的本真颜色——浅紫色。向1 mol/L硝酸铁溶液中逐步加入浓硝酸后发现,溶液颜色受Fe³⁺与NO^-₃配位的影响而显浅黄色。FeCl₃水解平衡中溶液显黄色的探究结果对于教材的修订也许有借鉴意义。

通过实验及Nernst方程证明:常温、无氧时,铜与较浓盐酸发生置换反应,生成一价铜的配合物和氢气;常温、有氧(空气)时,铜与较稀盐酸反应有利于二价铜的生成,铜与浓度不太小的盐酸反应优先生成一价铜。金属与酸的置换反应,与金属的活动性、H⁺浓度、酸根离子种类及浓度、产物中金属离子的形态及溶解性等多因素有关,建议在金属活动性顺序的教学中要注意阶段性与发展性,并慎用“在金属活动性顺序里,位于氢后面的金属不能置换出酸中氢”的推论。

碳正离子化学是有机化学的重要组成部分,详细讨论了碳正离子的多种生成途径,在结构与稳定性方面,从碳正离子的2种主要结构出发探讨了影响其稳定性的多种因素,通过对这些因素的分析,尝试实现基础有机反应中官能团结构与性质、有机反应与机理、区域选择性等问题的融合与贯通。

学校公民科学作为联结科研与教育的范式,成为美国科学教育的重要路径。研究发现,其以培养兼具科学素养与社会责任感的 “科学公民” 为核心,通过 “科研和教育目标融合” 机制,将真实科研任务融入教学实践;依托 “科学家教师学生社区” 多元协同模型,以教师为桥梁构建利益耦合生态,实现科研数据获取、教学目标达成与社区问题解决的共赢;借助 Scistarter 等网络平台整合项目资源,并通过联邦政府主导的多部门垂直政策体系保障项目的规范化。美国经验启示我国:需强化政策引领与跨部门协同,推动科研教育社区深度融合,优化师资培训以提升科研转化能力,为培养新时代科学公民提供系统支撑。

1861-1862年,英国化学家克鲁克斯和法国化学家拉米进行矿物残渣的光谱分析时相继发现了铊。20世纪初,铊被广泛用于药剂与化妆品,但因其存在一定的健康风险而逐渐被取代。20世纪中后期,铊及其化合物因具有放射性、光学特性和高温超导性,在现代医学、科研和工业领域获得应用。铊元素的应用发展历程体现了安全意识与科学伦理的重要性,说明了科学进步与社会责任之间的紧密联系。在推动技术创新的同时,人们必须高度重视潜在的风险和伦理考量,确保科学发展造福人类。