从头发的结构和组成出发分析头发形状和颜色改变的可能性,剖析烫发、染发的化学原理,阐释先烫发后染发的本质原因,从化学视角辨证地看待烫发、染发的利弊。

在我国科技创新发展需求及新时代基础教育强师计划的背景下,探讨了化学教学论学科面临的新使命:为培养师范生的创新意识和创新能力提供强有力的支撑,为基础化学教育培养学生的创新意识和创新能力提供强有力的引领和指导。分析了达成新使命所面临的新挑战:增进对化学学科内容的理解,提升化学专业对话的能力;融通化学教育、教育心理学、科学哲学等领域,明晰化学教育的理论基础;深度反思与融通国内外化学教育研究成果,明晰化学教学论学科的学术性及独特优势;融通化学教育研究与化学课堂教学实践,弥合二者之间的隔阂;加强化学教育研究成果与化学教师教育课程的整合;进一步提升化学教学论学科的外部认同等。

分析了《义务教育化学课程标准(2022年版)》学习主题1“科学探究与化学实验”的内容结构及核心素养发展的功能定位,阐述了该学习主题的内容要求及主要变化,解读了素养导向的学业要求,并阐述了主题1的教学提示,为教师教学提供了教学策略建议、学习活动建议和情境素材建议,促进教师积极开展学习主题1教学的新探索。

结合本国国情,对SEC一致性分析模式进行本土化改造,构建基于化学学科能力的一致性分析框架,并从内容主题和认知水平等2个维度分析课程标准与3个版本高中化学新教材习题在“常见无机物及其应用”主题的一致性程度。研究结果显示:3个版本高中化学新教材习题与课程标准在内容主题和认知水平维度上均存在统计学意义上的显著一致性。在一致性研究的基础上,分析不同版本教材习题在内容主题和认知水平上的分布重点,并提出教材习题编写建议和使用策略。

理解科学本质是科学教育的重要目标,理科课程标准中倡导的科学本质教育对中学生科学素养发展起重要作用。本研究在构建科学本质内容、呈现方式、复杂度等三维分析框架基础上,对2003年版和2017年版高中化学课程标准中“内容标准”条目中呈现的科学本质教育内容进行纵向对比分析,发现2017年版高中化学课程标准中科学本质教育内容表现维度更全面,2版课程标准在科学本质内容上呈现方式占比皆为隐性大于显性,进阶性体现略有不足。基于此提出以下建议:挖掘科学本质教育内容载体,融合化学学科知识;加强对科学本质教育价值的认识,建立评价体系;重视科学本质内容的多维整合,体现进阶性。

超分子是两种或两种以上分子通过非共价键作用形成的分子聚集体,是化学前沿研究的重要内容。2020年,超分子、分子识别和自组装等内容首次走进中学化学教材。解读了新教材中超分子、分子识别和自组装相关内容,并进行了拓展和延伸,为教师深度备课和学生深度学习提供资源,以达到培养学生学习兴趣和学科核心素养的目的。

利用主成分分析方法厘清试题难度影响因素之间的关系,进而从问题表征、问题解决和结果输出等3个维度上建立了影响高中学业水平考试试题难度的主要因素。通过编写高中学业水平考试测试题进行实证研究,建立影响因素常见呈现类型的难易赋值规则。选用机器学习的线性回归方法建构试题难度分析模型,并使用高考化学江苏卷部分试题的实测难度数据进行校验,模型难度预测值和高考难度实测值具有较好的拟合度,表明模型具有较好的应用价值和推广意义。

以“古往今来话净水”即“水的净化”教学片段为例,试将我国传统净水工艺史料情境应用于初中化学教学实践中,学生体验净水流程“过滤、吸附”等核心步骤,自制简易净水器。并立足于本地实际,引导学生分析厦门水质检测报告,介绍厦门“三达膜”公司最新净水产品,与美国产“单兵野外生存生命吸管”做产品优劣对比等。最后倡导学生保护水资源,升华爱水爱乡情感。使学生既能体会我国传统净水工艺精妙,感叹古人智慧之结晶,感受化学对人类生产生活的价值。又能掌握现代基本的净水流程并应用于日常生活,丰富学科的视野,培养思辨之精神,增强社会责任感。

在“宏观辨识与微观探析”视域下进行中和反应教学,首先以常规实验为载体,从宏观视角认识中和反应的外在表现,然后以模型、动画为载体,从微观视角了解中和反应的微观过程,再以数字化实验为载体,从宏观与微观相结合的视角理解中和反应的内在本质,最后联系生产生活实际,体验中和反应的应用价值。这样设计,学生能深刻理解中和反应的本质,增进化学学科理解,培养化学学科核心素养。

转变初中化学复习课的教学方式,以真实情境为载体,确定“探索蒸汽眼罩的奥秘”为项目主题,引导初中学生深入开展铁元素的专题复习。详细阐述了教师对该部分内容教学的课前分析,如何确立、规划和实施项目。学生通过完成“设计实验方案证明铁的存在”“探究活性炭和氯化钠对铁生锈的影响”等2个任务,提升了学科兴趣,对铁的性质进行了系统性再造。通过手持技术监测氧浓度和温度变化探究眼罩成分的作用,学生的科学探究能力从定性过渡到定量,实现了科学探究素养的深化与进阶;通过观看科普视频了解前沿科学,拓宽了学生的生涯认知,涵养了科学精神。

以解决“保存NaOH溶液的试剂瓶为什么不用玻璃塞”这一真实问题为情境,设计3个教学板块:运用分类方法认识物质、对物质进行分类、合成物质,从物质组成和物质变化的认识视角,对物质进行分类,建构分类观。依据物质分类研究同一类别物质的性质及应用,在完成知识结构化的同时,重在凝练基于物质分类及转化的认识视角和认识思路,寻找并体验陌生情境下解决复杂化学问题的突破口和思维框架,发展学生的化学学科核心素养。

以高中化学“羧酸”一节为例,以大概念“化学源自生活,结构决定性质”为引领,结合系列真实情境,将乙酸的性质、羧酸的性质、羧酸衍生物的性质结构化地整合在一起,螺旋上升式地实施教学,顺应学生学习心理,促进学生学科知识结构化和认知结构化的建立,凸显教学中学生的主体地位,厚植学生的化学学科核心素养,也促进教师的二次成长,达到教学相长。

对化学义务教育阶段“相对原子质量”和高中阶段“物质的量及摩尔质量”教学进行了新的尝试和思考,探讨了深入理解“相对原子质量”的2个视角,同时开展了学生的自主探究活动,进一步实现学生思维和认知的持续发展,这也是基于初中教学与高中教学相衔接的一次探索和尝试,既可以应用于初中“相对原子质量”教学中的深入理解,也可以应用于高中“物质的量”教学时的衔接课程。

模型和建模是化学核心素养的重要组成部分。计算机辅助建模具有可视化性,能创设探究性学习环境,在教师引导学生构建模型和学习概念中扮演着重要角色。基于计算机辅助建模的优势,开展注重学生参与度、由学生自主建模的探究性教学。以“化学反应速率”为例,选择计算机建模工具SageModeler作为辅助技术,围绕心智模型的建立、评价、发展和优化,旨在通过建模教学提高学生对模型本质的理解,发展学生建模的观念和能力,形成对化学反应速率的清晰认识。

以“原电池”教学主题为载体自编调查问卷,选取河北省90位在职高中化学教师进行教学策略知识(Knowledge of instructional strategies,简称KoIS)测查。应用单因素方差分析与多重比较LSD法,从教学策略与表征的选择、应用、调整、反馈以及评价等5个维度对新手、熟手和专家教师KoIS之间的差异及其表现特征进行了比较和分析,并据此提出相关建议,为促进高中化学教师KoIS水平提升提供借鉴和参考。

以“自制新型保鲜膜”创新实验为例,探索使用STEM教育模式,指导学生通过所学的知识制备一款降解速度快、污染少的环保型薄膜,通过理论学习、实践探索、性能测试等实验环节,最终确定了最佳试剂配比。在STEM理念下,把理论知识融入到环保材料的工程设计中,实现了学科之间的融合。

采用课堂观察的方法,从探究程度和高阶思维2个维度,对北京市顺义区27个初中化学实验教学案例的实施状况进行研究。结果显示,探究程度仍处于较低水平,学生提出问题的参与度尤其低;教师较多关注表面的完整的探究环节;高阶思维有不同程度体现,变量控制、证据推理和抽象概括思维得到有效发展,假设创造、模型认知和批判质疑思维仅在少数课例中体现。

不同文明的古代哲学家均视火为元素,即万物之本原。17世纪的机械论哲学家认为火是由“火微粒”组成。至18世纪,在燃素说范式下,火被认为是燃素的聚集体,是一种复合物,而在随后兴起的氧化学说范式下,火被认为是一种流体物质,由热素组成。19世纪末对能量的认识,揭示了火是能量转化中的一种形式。至20世纪,火被发现是一种弱等离子体,从能量的传递形式到等离子体,在多学科的交融中火的概念得到了新的发展。对“火”的探索过程,促进了科学技术、科学研究方法以及化学思想的发展,对化学教育具有启示作用。

对2021年第35届中国化学奥林匹克竞赛初赛试题中第4题进行了详细地解析。运用自己建立的模型,加深了学生对干冰晶体结构的认识,算出了与其相关的晶胞参数和原子坐标等,解释了干冰晶体为什么不是面心立方而是简单立方点阵。基于物质组成与结构的隐性关系,借助不饱和度巧妙地推出了各分子式可能具有的结构。同时对试题中存在的问题发表了自己的看法,并提出了一些教学建议。