化学教育起源于化学科学,是科学教育的一个重要分支。在回顾中外化学教育研究不同发展路径的基础上,提出我国化学教育学科要努力从“教学法”范式转变为实证研究范式。探讨了基于证据的化学教育研究的3个主要议题,即研究问题、理论基础和研究方法,介绍了基于证据的化学教育研究的论文写作规范。最后对在我国化学教育界推进实证研究提出若干建议。

当今地球与社会系统所面临的可持续发展、气候变化、环境退化等全球性挑战问题,用还原主义方法不足以应对,需要化学教育等领域的工作者采用系统性思维方法。梳理了国外学者在应用化学系统性思维理解化学学科系统复杂性、化学学习系统层级性、化学教育系统整合性的研究进展。概述了化学系统性思维具有重视跨学科关联、整体综合思考目标系统问题、强调可持续发展的全球观念等特征。建议加强化学教育内外部系统的协作,注重各学段化学课程与教学的跨学科、系统性,重视学生解决化学问题的认识方式差异。

“证据推理”能力强调利用科学相关的证据进行推理。研究选取了27个国家或地区的科学学科课程标准或纲要指引文件,利用NVivo 11软件进行编码处理和文本分析,探寻其中证据推理的相关描述和能力要求。词频分析之后,选取美国的部分地区和中国大陆及中国香港和澳门的课标文件为案例加以具体分析,指出国内课标文件中证据推理相关表达的特征。据此,在理解和描述证据推理能力时,应强调“基于证据进行推理”的系统化过程;以强调证据支持的必要性而突出思维方法的过程性,从而为科学学科中有关证据推理的教学评提供参考。

以双极膜发展进程为线索,以海水淡化、钠碱循环法脱除烟气中的SO₂等现实发展中真实问题为载体,结合中学生的认知能力水平,构建了电化学双极膜认识模型;命制了双极膜及其应用的电化学模拟题,以此测查学生模型认知素养的水平等级。阐述命题策略及过程,提供以模型认知素养为导向的试题命制思路;从模型建构的角度对2020年高考新课标Ⅰ卷第12题进行了评析。

基于文献研究和真实实验探究,以“硫化钠长期放置氧化产物检验的实验”为素材命制高三实验探究试题,展示命制过程,阐释以化学学科关键能力为导向的化学实验探究试题的命制策略。

以“解酒药的研制”为项目主题,开展高中化学“乙醛性质”的教学。学生通过完成“药物研发分析”“探秘致命物质,寻找救治办法”“药物新构想”等3个项目任务,掌握了乙醛的性质及其应用,构建了有机物结构分析和性质预测的思维模型,学会了对陌生有机物的分析与研究。运用手持技术数字化实验测定溶液酸碱性确定反应机理,锻炼了科学探究、合作交流、思维表达的能力。与课外活动有效整合、实验室仪器与试剂的保障、资料查阅、外援专家指导等是顺利完成本项目教学的关键。

以“设计过氧化氢使用注意事项标签”为项目主题,开展高中化学“氧化还原反应的应用”教学。学生通过说明书对比发现问题,完成“探究过氧化氢能否与氧化性物质混用”“探究过氧化氢为何不能与还原性物质混用”“探究过氧化氢起消毒作用原理”等3个主项目任务及“寻找日常生活中常见消毒剂”的拓展任务,完成过氧化氢性质的预测及验证,在探究过程中建构并应用价性模型,形成从化合价角度认识物质氧化性或还原性的思路方法,认识氧化还原反应的重要意义。本教学设计为单课时微项目,学生思维的开放度稍弱,可以适当延长课时。

学科理解是教师教学的坚实基础,教学设计环节首先进行学科理解研究,通过阐释“如何基于极性多重键认识羰基化合物的结构与性质？”本原性问题,对主题学科大概念“有机物构性关系”进行本原性、结构化地理解。从教学目标、教学思路、教学实施过程阐述“醛的结构与性质探究”一课的教学。课后阶段进行学生访谈及分析、专家评价和教师反思总结。系统地呈现基于学科理解的素养为本的课堂教学研究。

以“钠钾合金热消融法治疗癌症”为情境主线,围绕该法治疗癌症的原理、探索过程中遇到的困境以及成本高低3个核心问题探索金属钠的性质及制备,让学生在真实情境中学习化学知识和学科思维方式,提升能力。

分析了《普通高中化学课程标准(2017年版)》中必修课程主题4的必做实验和教材中相应搭建活动的教学目的,结合相关研究构建了有机化合物结构的认识模型。深入分析了教材中6个球棍模型搭建活动的教学功能,梳理了有机化合物结构认识方式发展和认识模型的建构过程,并进行了具体教学活动的设计与实施,分析了教学效果,提炼了促进有机化合物结构认识方式发展的模型搭建活动教学策略。

近年来STSE教育即以科学、技术、社会和环境4者的协调性为基础的综合实践活动教学理念在历年的高考试题中的试题量和分值所占比例逐步上升,它是提升学生必备品格、培养学生关键能力、帮助学生针对公共生活中利与弊皆有的两难问题做出正确选择的有效抓手,是发展学生化学学科核心素养不可或缺的重要组成部分。基于STSE 的初中学生化学教学综合实践活动学习,为初中学生进入高中阶段,快速发展化学学科核心素养打下良好的基础。

基于高中生对实验曲线理解困难的现状,为挖掘实验曲线的教学价值,以沉淀溶解平衡为例,结合课堂演示实验和教学软件,设计了“宏观微观符号曲线”多重表征教学为一体的实验探究课。根据沉淀溶解平衡实验证据,绘制实验曲线,构建微观模型和图像,从而培养学生的证据收集与应用意识,提高学生对曲线的分析和理解能力,领会各种变化曲线的来源。在曲线理解的基础上建立“溶解平衡转化”思维模型,以此为开展“曲线融入式”的问题引导型实验教学提供参考案例。

以“镁和碳酸氢钠溶液反应”的实验探究过程为例,针对镁和碳酸氢钠溶液反应比镁和水反应速率快这一现象,运用控制变量法和数字化实验,探究了气体产物成分和使速率加快的原因。凸显学生自主生成的实验探究活动在提升学生科学探究与创新意识、证据推理与模型认知等化学核心素养中的重要作用;归纳了解决实验探究问题的一般思维路径;更好地说明化学是一门以实验为基础的科学。

对不加热不振荡情况下的葡萄糖银镜反应进行正交实验设计,以硝酸银浓度、氢氧化钠浓度、葡萄糖浓度3个因素为变量,设计成三因素四水平实验,利用SPSS25.0软件对实验结果进行统计学分析,分别得出考虑银镜镜面效果、银镜反应时长和综合考虑2者时的主要影响因素及最佳实验条件,并结合反应机理对影响因素、最佳条件进行进一步分析。

针对硫和氧化铜的反应进行理论分析和实验探究,在已有研究基础上改进实验装置,提高实验的科学性和严谨性。对不同条件下的反应产物,进行X射线粉末衍射(XRD)表征,得出更精确的实验结论。

现有文献对铁丝燃烧绕成螺旋状的原因分析存在问题,通过文献研究以及视频拍摄测量铁丝在拉直、绕成小螺旋、中螺旋、大螺旋时完整燃烧时间和剧烈燃烧时间。从“是否影响实验的成败、是否影响实验现象观察、是否影响实验操作的便利和安全性”3个角度分析铁丝绕成螺旋状的原因。

结合新课标要求,揭示塑料薄膜撕扯实验在聚合物教学中的重要性、必要性。通过教学片段设计,发展学生“宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知”化学学科核心素养,并让学生认识物质的性能不仅取决于结构,也取决于生产工艺。并对人教版初、高中化学教材和教参中相关问题展开讨论和解释,以期更好地服务教学。