理解科学本质是公民科学素养的重要组成部分,教材是帮助学生发展适当科学本质观的重要媒介。研究和表征教材中的科学本质对培养公民的科学素养具有重要的意义。详细评介了尼日利亚学者 Upahi 等人所构建的关于教材中科学本质的表征工具,包含科学本质内涵、科学本质与学科内容的关系以及科学本质的呈现方式等3个层面,并应用该工具对我国2019年颁布的鲁科版化学教材展开实验性研究。

以人教版高中化学必修模块教科书(2019年版)“实验”和“实验活动”栏目的实验活动为研究对象,采用Herron修正的“实验活动探究层次分类法”(LOLA)和笔者提出的“学生实验行为要求分类法”(RSBLA)对其进行分析,并与2007年版教科书进行对比。研究发现,2019年版教科书的实验活动探究层次处于层次1和层次2,学生行为要求为“观察”“记录实验现象”“回答与实验有关的问题”和“设计实验”。卡方检验表明,2019年版教科书和2007年版教科书“实验”栏目的实验活动探究层次分布比例和学生实验行为要求均存在显著性差异。

以人民教育出版社和山东科学技术出版社2019年出版的4本化学必修教科书为研究对象,借鉴Gkitzia等人开发的分析框架,运用内容分析法对4本教科书中的视觉表征进行分析。从表征的类型、表面特征的注释、表征与文本的关联情况、是否存在合适标题、多重表征内各层表征间连接情况等5个维度对教科书进行编码统计,获得新版化学教科书中视觉表征的信息。

化学教材作为最重要的化学教学资源之一,其中丰富的英文资源潜藏着重要价值,合理应用教材中英文教学资源,在提升化学教师的专业能力、推动学生思维发展、培养学生人文精神等方面都具有积极意义。梳理新人教版高中化学必修1和必修2中的英文教学资源,将其归纳概括为3大类:与基本概念和原理相关的英文教学资源、化学物质名词英文教学资源和常见的化学元素英文教学资源。对3类英文教学资源的内容及特质进行列举分析,同时对其应用进行探讨,提出相关建议。

以中国非物质文化遗产技艺类项目的国画颜料传统制作为主线,将科学(包括化学、物理、生物)、技术、工程、数学和文化融合解决问题,通过“做中学、读中悟、写中思”,培养学生发现、分析、解决问题的能力。在知识和创意碰撞的过程中,体验中国古代劳动人民的智慧,全面发展学生的核心素养。

以“盐水洗鼻”中洗鼻液的配制为抓手和主要任务,通过学生将任务拆解成子任务并转化为化学问题,在合作探究、实际操作中,掌握溶质、溶剂及溶质质量分数之间的关系,配制出符合标准的洗鼻液。

围绕“海带中碘的检验和提取”和“甘露醇的提取”2个社会生活情境展开,通过流程图的制作、流程问题的探讨、实验的具体操作以及课后拓展研究等4组任务,来完成“溶解现象”章节复习,建构工业流程的认知模型,理解“溶解、溶液、溶解度、结晶”等学科概念,渗透元素观、微粒观、平衡观等学科观念,发展设计探究实验、数据分析与证据推理等学科关键能力。

在分析了“化学与社会发展”主题内容和教学现状的基础上,针对目前课堂教学中过分强调学科知识而淡化学科价值的渗透,过分注重知识体系的完整而忽视真实情境下利用学科知识解决问题,过分注重习题的反复操练而忽视化学实验的真实体验等值得关注和改进的问题,以“阳光动力2号”为主题情境,通过分析材料、能源和环境的过去和现在,畅想材料、能源和环境的未来,促进学生重构材料、能源、环保的知识体系,体悟化学学科的本体价值及对生活、社会和生命的价值。

选择学生比较熟悉的碘元素,结合海带提碘和精碘制碘酸钾工业生产情境展开复习教学,综合利用元素性质、反应原理探索含碘物质之间相互转化的最优路径,并对转化过程中的某些现象进行实验探究。通过设置有梯度的问题串引导学生在思考、分析、探究、归纳中完成综合型学习任务,实现知识规律化和体系化整合以及高阶思维培养。

从核心知识、学科任务与问题情境、学科认识方式以及学科能力活动等4个基本维度建构了电解质溶液主题学科核心素养的系统构成模型,解析了各构成维度的具体内涵。利用该系统构成模型可以将电解质溶液主题下的学科核心素养发展目标具体化,可以对主题教学活动进行设计和评价,可以为素养导向的教学提供基础和支持。

从知识考古学的视角,分析当前“课堂中的化学平衡”的历史根源。作为简化的学科知识,“教材中的化学平衡”不仅划定了知识的边界,而且内隐了知识的结构;作为演进的理解表现,“高考中的化学平衡”逐步形成了稳定的考查角度和方式。作为实然的教学内容,“课堂中的化学平衡”是多元主体社会协商形成的“共识”,具有区域性特征,包含特定的话语,是一种高度依赖于学校情境的工具化、条件化了的知识。

基于经典价键理论中路易斯结构式建立了判定常见含氧酸酸性强弱的半定量方法“1/2规则”,并利用密度泛函理论验证了方法的可靠性和可行性。该方法可以用于判定常见含氧酸的强弱,同时解释多元酸的逐级电离过程、同种元素不同价态含氧酸酸性强弱变化规律等。该方法有助于学生掌握各类含氧酸酸性的判定规律,改变现有机械记忆的学习方法,引导学生形成“结构-能量-性质”的化学学科基本逻辑体系,提升学生的“宏观辨识与微观探析”化学学科核心素养。

不同知识引出方式对获得的群体概念结构的影响,是概念结构研究中重要且未解决的问题。以17名中学化学教师为被试,通过自由分类、概念构图和语义相关性评定,引出被试对15个与原子相关概念的认识,并以多维标度法分析群体概念结构。研究发现:由不同知识引出方式获得的群体概念结构具有不同的特点,通过语义相关性评定获得的群体概念结构更适合呈现科学概念具有复杂关系的特点。研究结果有助于研究者选择合适的研究方法,实施更有效的群体概念结构研究。

基于弗雷泽建构主义课堂环境理论构架,采用量化研究与质化研究相结合的方法,编制了中学化学建构主义课堂环境量表(SCCLES),并运用SCCLES测量了625名中学生对建构主义化学课堂环境的感知状况。研究结果表明:SCCLES具有良好的效度和信度,是较为经济、实用、有效的过程性课堂评价工具;中学化学课堂环境存在“传统型”“中间型”和“建构型”等3种类型;不同课堂环境类型的学生在“学生声音”“个人相关”“合作”“任务取向”等维度的感知存在显著差异。

化学氧自救器是当前应用于安全生产和应急救生的主要呼吸器之一,在剖析化学氧自救器产品结构基础上,分析制氧剂和初期生氧器的成分及其性质,模拟氧烛反应,体现产品生产的实现需要科学、技术、工程等多个学科的整合。

盐桥的作用众所周知,如果“将铜锌双液原电池的盐桥换成铜片后,电路中还有电流吗？两液中的铜片到底发生了什么反应？”,基于这些问题,开发了一系列实验,利用观察到的各种证据,如:生成的沉淀、溶液颜色的变化、电极质量的改变、溶液pH和电流计指针偏转方向等,引导学生对各个电极变化的反应进行假设,并设计新颖实验逐步探究证实,依据宏观实验现象的证据,开展问题驱动式学习,以此培育学生的科学探究与创新意识。

针对沪教版九年级化学上册教材中的“铁钉锈蚀实验”存在反应时间长、课堂操作难、可视化程度低、控制变量难等问题,结合数字化传感技术对该实验进行一系列的探究与改进,设计了2组对比实验,通过定量测定还原铁粉在生锈过程中的耗氧量,探究钢铁锈蚀的条件以及影响钢铁锈蚀速率的因素。

不同pH条件下,化学反应方程式书写时需要考虑体系中的主要物种。当有共轭酸碱对存在时,其平衡移动又提供H⁺或OH^-以配平方程式。详细讨论了这类方程式书写时可以出现的和不可以出现的物种。对近年来高考和化学竞赛中涉及的方程式进行了分析和探讨,对部分方程式答案加以完善,并以此探讨了方程式书写的一般规则。

去除粗盐中可溶性杂质的原理是教学中的一个重点,而实验步骤则是教学中的重中之重。中学教学中通常认为氢氧化钠溶液与氯化钡溶液的添加顺序对实验没有影响,但是由于盐效应,经计算可知添加顺序直接影响硫酸根离子是否能够除净,因此该实验的操作步骤必须第一步去除硫酸根离子,否则硫酸根离子将无法除净。

“蛙腿论战”是科学史上的经典事件,持久的科学争论当时以伏特发明了“伏打电堆”而结束,标志着人类自此由“静电”进入“动电”时代,同时这也被认为是电化学建立的标志。深入梳理“蛙腿论战”中理论的提出过程及其价值,对其教学价值进行探析:“蛙腿论战”充分体现了跨学科视角,并且促进对于科学本质的理解。