具备像化学家一样认识、思考和解决问题的化学科学思维被视为化学学科核心素养形成的重要标志。从问题解决思维观的视角下提出了化学科学思维的概念。并通过阐述宏观与微观相联系的化学科学思维方式和证据推理与模型推理的化学科学思维方法明确化学科学思维的内涵。最后,在此基础上提出了化学科学思维的心理机制和培养路径。

经文献分析发现在化学学科理解相关研究中出现一个共性问题,即对化学学科理解的对象认知不一,具有不同程度的差异性。基于此,通过对化学学科理解对象的文献观点分析发现,文献所述化学学科理解对象皆差异性地指向化学知识、化学史及化学哲学三大范畴,但其指向化学哲学的过程是不自觉的、不系统的。因此通过分析化学哲学本体、化学教学的理论基础及其本质、化学教学与化学哲学的“供需”关系,探讨基于化学哲学视角系统梳理化学学科理解对象的可行性、合理性及必要性。最终认为化学哲学是一个系统且具学理性的化学学科理解维度解构路径,同时也是认知主体获得深度且系统的化学学科理解的水平提升路径。

Achieve一致性分析工具从向心性、挑战性和均衡性3个维度,通过内容向心性、表现向心性、挑战的来源、挑战的层次、平衡和范围6个指标来分析评价与课程标准的一致性。选用Achieve一致性分析工具,对2019年人教版《化学第二册(必修)》第七章“有机化合物”课后习题与课程标准必修课程主题“简单的有机化合物及其应用”的一致性进行分析,得出习题与课程标准在各个不同指标的一致性情况。根据研究结果,对课程标准修订、教科书习题设计优化和化学学习评价提出建议。

对人教版高中化学教科书新设计的“研究与实践”栏目的主题内容、功能价值进行分析,就如何充分发挥该栏目的教学功能和价值,发展学生的化学学科核心素养,提出了创设教学情境线索、开发为研究性学习课题、开发为校本选修课程、开发为STEM课程等实施策略。

教科书的编排有其内在的逻辑结构,视觉表征是教科书的重要组成部分,因此视觉表征的选用也应遵循一定的原则。研究借鉴Gkitzia等人的分析框架对人教版初、高中化学教科书中“物质结构”相关内容的视觉表征进行编码分析。在对表征类型及功能分布分析的基础上,结合教科书中物质结构相关知识内容的编排及学生认知、心理发展规律展开讨论。研究发现,人教版教科书中视觉表征的分布与教科书编排的“三序”原则较为契合,能够针对不同学段、学生特点选用视觉表征。最后,依据研究结论,针对教科书中视觉表征的编选和使用提出建议。

针对人教版选修1《化学反应原理》第4章第3节“金属的腐蚀与防护”课时2“金属的防护”进行教学实践探索,融合STEM教育理念促进知识与社会生活结合。选用任务情境“家用电热水器碳钢内胆防腐”,通过实验探究构建起电化学防护的认知模型,再将模型应用于实际生产生活问题的解决,进行热水器内胆的防腐设计。在真实情境问题的解决中,将知识、方法、应用等3者融合,培养学生的问题意识和创新思维,逐步内化并表现出化学学科核心素养。

电负性是高中化学选择性必修课程“物质结构与性质”模块的重要概念。本课例采用“项目式教学”的方式,在对“甲醛的危害与去除”的分析、讨论与实验过程中,加深对电负性概念的理解,同时尝试利用电负性分析与预测物质的化学性质,体会电负性概念的使用价值。

教学设计阶段首先进行原子结构学科理解研究,通过阐释如何基于原子核认识原子的构成,如何基于核外电子运动认识原子的结构这2个本原性问题,对主题大概念原子结构模型进行本原性、结构化地理解。继而从教学目标和教学思路设计、教学实施过程、学生收获、教师反思及专家评价等方面,系统地呈现了基于学科理解的“素养为本”“基于尺度再探原子结构”课堂教学的研究过程。

基于高三有机化学复习特点,以真实情境为载体,设置综合复杂程度不同的问题,引导学生从有机化合物官能团转化的角度预测物质结构、设计转化路线;从碳骨架和化学键变化的角度理解反应过程,理解共价键的类型、极性与有机反应的关系;利用物理性质设计分离提纯方案,体现出学科内的融合。使学生真正建立“组成、结构决定性质”的基本观念,凸显对比分析、逆合成分析等有机推断问题解题思路,发展高阶思维,促进学生关键能力的提升,促进化学学科核心素养的发展。

针对目前作业设计中存在的问题,进行了情境化作业设计的研究。界定了情境化作业的意涵,简述了高中化学情境化作业的使用现状。明确高中化学情境化作业的设计依据,阐述4条设计原则,提出6步设计流程。以“烃的衍生物”内容为载体设计作业案例,体现“教、学、评”一体化。

项目式学习是落实“素养为本”的化学课堂教学的重要途径之一。驱动性问题设计是确保项目式学习高效运行的关键。驱动性问题能够驱动和组织整个项目式学习,促进学生“提出问题”能力的形成,驱动学生项目参与,引导学生进行真实问题解决。本研究结合“电离与离子反应”专题为例,对驱动性问题的类别与功能、设计原则、具体设计与实施等3个方面进行阐述,并对如何在项目式学习中进行高质量驱动性问题的设计以及如何开展基于驱动性问题的课堂教学等2个方面进行深入探讨,以期对当前基于学科核心素养的化学课堂教学有所启示。

以人类认识二氧化碳知识的形成与发展史实为问题线索和教学主线,进行教学情境设计,探索利用科学史知识,从宏观认识上提升学生对二氧化碳性质的理解,促进学生初步建立学习常见物质的基本思路和方法的有效路径,为初中化学教师教学提供参考借鉴。

初中化学复杂计算问题解决,涉及信息提取、模型建构、算法应用等信息加工的心智过程,彰显化学思维的基础性、综合性、系统性和复杂性等特征。对宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想等化学学科核心素养具有良好的培育价值。采用多视角认知、子技能练习以及“适应→能力→精熟”三阶段自适应训练学习指导模型,可有效提升学习者解决此类问题的成功率,同时为其后续学习奠定必备的素养基础。

为揭示“高端备课”项目下教师与学生行为互动的关键特征,研究采用视频分析法及滞后序列分析法(LSA)对2019年高端备课项目中“离子反应”课堂中的师生交互行为、比率、教师语言、师生操作技术以及教师与学生之间的交互行为等进行量化与质性分析。研究发现,高端备课更加关注学生对于本源性认识问题的科学认识逻辑,以传授核心观念建构以及基于学生认识发展为本为理念,由知识解析为本向促进学生认识发展转变,通过师生思维不断碰撞的过程促进学生知识迁移与应用,为常态化课堂优化提供了参考路径。

2019年人教版普通高中化学必修一新增了“检验食品中的铁元素”实验,按照该实验方案检测菠菜中的铁元素,由于色素干扰不能观察到明显的实验现象。鉴于此,采用提取液显色后的色度透过率作为评价指标,以控制变量法为实验方法,对常见含铁食品、铁元素提取方法、提取时间、提取剂中盐酸浓度和提取剂用量等条件进行了研究和优化。优化后的实验结果表明:采用2 g豆筋、20 mL浓度为4 mol/L的盐酸、破壁机搅拌提取5 min后的提取液显色,其色度值为62%,显示很明显的血红色。此实验方案能够有效证明食品中铁元素的存在,具有明显的实验现象,能应用于教师演示实验和学生分组实验。

从高中化学原子、分子等抽象性的知识教学出发,以防晒霜的防晒效果实验探究为例,探讨了现代分析仪器在高中化学教学中的应用。通过利用现代分析仪器紫外可见分光光度计,结合紫外线变色球实验探究防晒霜的防晒效果,分析并认识防晒霜中化学防晒的机理。结果表明,防晒霜的厚度越大、SPF越高,防晒霜的防晒效果越好,并且防晒霜的防晒效果可以持续一段时间,但是不同类型的防晒产品存在一定差异。在化学教学中渗透现代分析仪器的应用,为学生进一步了解化学学科在改变学习方式、拓宽学科知识领域、推动自身全面与可持续发展方面打下坚实的基础。

对有关金属性的几个标度进行简要分析,介绍一种适用性更广的电负性标度;辨析电子亲和能和电负性的概念,从而明确学生对金属性和非金属性之最元素的认知。同时对高中人教版必修1中元素周期律和碱金属的教学提出建议。

石蕊溶液在碱性溶液中变色不明显,这个问题虽小,但它一直困扰着我们的实验教学活动。利用手机软件颜色识别器、数字传感器等几种软硬件技术手段,对石蕊试剂的选择、配制方法的优化、溶液pH的调节等方面进行探究,试图配制出在酸碱性溶液中显色明显的石蕊溶液。

基于CiteSpace软件,运用知识图谱、关键词聚类分析等方法,分析国内化学三重表征领域的研究现状和前沿热点,将信息可视化,为我国学者进一步完善化学三重表征的研究提供帮助和借鉴。放眼于国际科学教育的趋势和我国化学核心素养的落地,期望将“化学三重表征”思维方式及策略嵌入日常的教学,成为化学课堂教学的未来景观。