从化学学科的独特视角出发,结合分子间作用力与表面化学知识,系统阐释了咖啡环效应的形成机制和应用,深入挖掘了其中的化学教育教学价值。意在助力学生感知微观作用力塑造宏观世界的化学魅力,使前沿科技的触角伸向更广泛的群体,让这一平凡现象成为驱动科学认知与技术创新的源头活水。

科学论证是重要的科学实践,在科学论证基本框架的基础上,科学论证与科学解释既有关联也有区别。在化学论证中,强调获取一手证据,优先使用实证状态的证据,尽可能避免“二级证据”。化学证据的获取途径有宏观证据、微观证据、符号证据、数据证据。推理依据是推理的前提,通过“拆解已有观点→识别观点要素→结构化表达→检验与评估”可以建立化学溯因推理机制。依据化学论证任务目标的不同,化学论证可分为“确证性论证”“辩驳性论证”“选择性论证”等3种类型。

相较于传统的“采分点赋分”,等级性评分标准可通过有效区分学生解决问题时的核心素养水平,更好地实现素养为本的化学学习评价。以不同知识主题的试题为例,探索素养导向的化学试题等级性评分标准设计路径,在界定相关试题的素养评价维度和指标的基础上,通过剖析学生的认识角度、认识思路、认识方式类型,制定评价框架和表现水平,并结合学生的作答表现调整表现水平的划分及描述,形成等级性评分标准。

以“燃气热水器”为主题,作为“调查家用燃料的变迁与合理使用”的拓展课,融合化学、物理、工程等跨学科内容,设计了“探究原理”“迭代设计”“场景应用”“制作模型”等4项核心任务。借助热水器“直排式→烟道式→强排式→平衡式”的清晰迭代逻辑,拓展学生对家用燃料的认知,培养学生跨学科解决问题的能力与工程思维。

以“稻田土壤酸碱失衡”为真实情境,以“设计稻田土壤酸碱性改良方案”为驱动性任务,开展结构化教学。本节课在水解平衡常数与电离平衡常数的推导活动中,帮助学生理解水解平衡常数的概念;通过分析盐溶液的酸碱性,建立运用水解平衡常数解决真实情境中问题的思维模型,运用该模型解释酸式盐、混合盐、缓冲溶液的酸碱性,形成判断复杂盐溶液体系酸碱性的思路和方法,培养学生的逻辑推理与模型建构能力。

为促进高中生从整体、动态、关联的视角理解化学反应中的能量转化,提升学生解决工程问题的系统性思维能力,在高三阶段实施了为期3课时的“风电能源系统设计”跨学科项目式教学。项目以Ben-Zvi-Assaraf和Orion提出的系统性思维三层次模型为理论框架,以本地风电产业为真实情境,引导学生将风电能源系统分解为“能量转换”“电能存储”“智能调控”等3大子系统,并借助SOCME图作为思维脚手架,通过“系统辨识→要素关联→模型构建→综合优化”的递进式任务,驱动学生整合化学、物理、信息、工程等多学科知识完成跨学科项目活动。教学实践表明,该项目能有效提升学生的系统性思维水平、跨学科问题解决能力及社会责任感,为高中化学核心素养的落地提供了可操作的实践路径。

以“塑料的生命历程”为载体,以社会性科学议题“如何平衡塑料的便利性与环境责任”为驱动,构建了贯穿“合成(结构基础)→改性(性能调控)→降解(环境归宿)→绿色(未来发展)”逻辑链的项目式学习框架。学生围绕真实情境中的塑料安全性、环境污染与可持续材料选择等议题,展开探究与决策,凝练“结构决定性能”“弱键设计”“绿色化学原则”等化学认识视角,推动“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养的融合发展。通过项目式学习,学生从单一化学视角认识塑料,发展到从技术、环境、经济、社会等多维度系统思考其未来,从被动接受者转变为议题的探索者、评估者与解决方案的设计者,实现化学知识在真实社会问题中的迁移与应用。

在核心素养导向下,将前沿科技转化为深度学习的教学素材是高中化学教学改革的难点。基于STSE教育理念,以“设计太空站碳捕手”为真实项目,将2025年诺贝尔化学奖成果MOFs材料转化为融合科学探究、技术设计与工程思维的项目式教学案例。通过“需求定义→结构解密→性能调控→系统集成”4个环节,引导学生从微观结构理解到宏观系统构建,促进核心素养的协同发展。为引入前沿主题、实现STSE融合、培育工程思维与系统解决复杂问题的能力,提供可资借鉴的实践路径。

针对传统理科实验教学“避免错误”取向抑制学生探究能力的问题,以STEM校本课程 “透明木材的制备”为例,引入“有效失败”理论,构建16课时项目式学习体系。阐述了通过设置“失败节点”引导学生走向深度思考的教学路径,并从材料化学视角分析了相关聚合机理及动力学特征。基于SOLO分类理论的话语分析表明,学生达到“关联结构”及以上的深度科学话语的比例由18%提升至79%,表明该教学模式能有效提升学生的宏微结合与证据推理能力,为拔尖创新人才培养提供了实践参考。

以807名参与广州市中学生“我与化学”活动的初中生为例,应用科技接受模型了解学生参与化学课外跨学科实践活动的接受信念。研究发现,学生通过潜在剖面分析分为高接受信念组和中接受信念组,有强的感知有用性、感知易参与性、感知趣味性、自我效能和未来意愿,中等程度的参与焦虑和较高的认知负荷。学生的剖面类别和作品类别在感知趣味性上存在交互作用,与区域类别在感知有用性(跨学科融合、能力发展子维度)上存在交互作用,与性别不存在交互作用。学生参与活动的未来意愿受感知趣味性、自我效能、认知负荷、感知有用性和感知易参与性的影响。提出提供渐进式的问题解决脚手架、开展活动全过程的结构化指导、关注学生接受信念的时序性变化等建议。

以2025年江苏省初中化学优质课展示活动中应用人工智能的课例为对象,采用内容分析法,对课堂数据进行量化分析与质性解读,剖析生成式人工智能与化学课堂融合的核心特征、应用成效、现存问题及策略。研究发现优质课中的人工智能应用人机互动模式单一、多模态形式大于内容、评价环节过度放权给人工智能和学生被动应用人工智能等问题,建议增强人机对话探究性、强化目的性与教师主导、重构评价设计和建立师生协同应用模式,并从教师人工智能素养提升、研究方法论局限及未来研究方向等3个维度进行反思。

针对高中化学二氧化氮针筒实验中的认知误区,运用手持技术进行教学重构。研究发现,传统教学常将压缩后压强从峰值缓慢下降直接作为加压导致平衡右移的证据,忽视了温度骤升引起的瞬时左移干扰。通过引入压强与温度传感器,开展对照实验与数据对比,修正了有效证据,进而培养学生的控制变量思想与证据推理能力,为教材实验转化为高阶思维训练载体提供范例。

高中化学“乙醇催化氧化”实验中产物乙醛的检测主要依靠主观嗅闻,而传统改进方法存在希夫试剂易受热分解导致假阳性的问题。通过设计合成对乙醛具有特异性响应的5-甲氧基羰基水杨醛腙探针,利用其能够与乙醛反应生成具有聚集诱导发光(AIE)特性的5-甲氧基羰基水杨醛乙醛缩肼的性质,实现反应体系中乙醛的高灵敏、高选择性、实时可视化检测。该方法可通过便携式紫外灯裸眼观察荧光变化,现象鲜明、操作简便,有效解决了传统检测手段不直观、假阳性的局限。本改进不仅提升了乙醇催化氧化实验的探究性与科学性,还通过融入我国原创的AIE前沿知识,在强化学生证据意识与科学思维的同时,增强其科技自信与民族自豪感,为中学化学实验教学提供了可视化、证据化、育人化的创新范例。

表征作为抽象科学概念的具象载体,是学生科学观念建构的关键认知中介;而科学表征能力则是驱动学生从被动解读表征形式转变为主动建构表征意义的关键。系统梳理相关研究表明,科学表征能力的内涵具有内隐和外显双重性质,而科学表征能力的测评方式既包含了过程性的眼动、言语测评,也包含了结果性的量表和人工智能测评,科学表征能力的培养依托于教育技术的支撑。未来可引入社会符号学理论重构科学表征能力的内涵,以弥合二元视角分歧,并通过实证测评研究解构其技能要素及要素间的逻辑关系,应以教学框架规约技术应用,从而精准驱动科学表征能力的养成。

科学本质(Nature of Science,NOS)作为科学素养的关键维度,在教科书中的呈现方式与质量对学生理解NOS具有重要影响。本研究通过系统综述41篇国际实证文献,聚焦NOS内容分析所采用的主要方法路径,包括:以关键词为代表的定量内容分析,基于质量评估和结构分布的演绎定性内容分析、演绎-归纳结合及历时-语境导向的定性内容分析,以及融入认知网络分析的混合方法。结果表明,单一方法难以同时兼顾内容覆盖、意义深度与结构关联的分析需求,而融合定性与定量取向的混合方法,可有效提升分析效度。研究进一步提出方法论优化路径,包括跨学科技术整合、数据标准化建设及文化敏感性设计,以促进课程文本研究与教学实践的协同改进。

1859年,普兰特在前人“二次电流”现象基础上提出“氧化还原反应产电”假说,发明了世界上首个铅酸蓄电池。19世纪末,电气工业对移动电源的需求推动涂膏式极板与合金板栅技术实用化,铅酸蓄电池成为最早实现规模化商用的二次电池。20世纪中后期,阀控密封技术取得突破,有效解决了失水与酸雾污染问题,免维护铅酸蓄电池得以普及。21世纪,储能产业的发展为超级铅酸蓄电池研发提供新方向,传统技术在新场景下持续创新发展。纵观百余年历程,铅酸蓄电池的迭代升级始终根植于社会现实需求,展现出电化学成果从实验室走向生产线、从注重性能提升走向绿色环保协同发展的演进脉络。