19世纪中叶,顺铂在实验室意外合成。18世纪末到19世纪80年代,以原子分子论为基础的配合物理论,对顺铂结构的探索从依赖宏观现象和经验归纳发展为微观层面的假说演绎。19世纪末,电子的发现使得配合物理论进入电子时代,并因此对顺铂结构有了新的解释。20世纪60年代,顺铂的抗癌价值得以发现,至今仍不断改良顺铂以减弱其副作用。顺铂的合成和抗癌应用过程,包含着对物质由表及里的认识过程,展现了化学家认识物质、改造物质的动态发展过程,对化学研究和化学教育均有重要的启示。

辩证思维是对事物的内在矛盾、变化及相互联系进行考察,它是正确认识化学的关键。教师利用情境素材创设合理的学习情境,应引导学生在情境中学习,并树立正确的科学态度。从人文考量、机理解读、理性反思等3个方面构建了基于辩证思维的学习情境分析模型,并以“氯气”“氨”的教学为例,为教师的情境教学提供参考。

培育学生的科学风险意识是积极构建总体国家安全观的重要内容。以“不确定性和后果”2个核心属性作为筛选标准,对初中理科教科书中的科学风险进行内容分析,分析结果表明:初中理科教科书中共有13种类型的科学风险来源,呈现出学科全覆盖、内容涵盖面广以及呈现形式多样的特点;总体上来看,初中理科教科书注重不规范操作所带来的科学风险;生物教科书主要强调生物资源开发利用所带来的科学风险,物理教科书主要强调日常操作不规范所带来的科学风险,而化学教科书则更多指向实验操作不规范所带来的科学风险。话语策略分析的结果表明:教科书强调“规避化解为主,应对处置为辅”的科学风险态度;强调学生在科学风险中的主体参与;要求强化学生对于科学风险的科学理性评估管理,削弱学生对科学风险的极端反应。

学科思维方式是发展化学学科核心素养的重要抓手。外显我国化学课程内容中所蕴含的学科思维方式是学科核心素养在课堂层面落地的关键环节。概念多面描述理论是国际科学教育近年来新兴的表征思维方式的重要工具。在该理论视域下,研究者们构建了认识物质的6种思维方式。本研究通过质性内容分析,呈现了我国中学化学课程标准中6种思维方式的分布情况。研究结果表明,系统思维在我国中学化学课程标准中占据重要地位,学科思维方式随学段的变化呈现出由感性向理性转变的趋势。

基于《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》和已有研究,明确了化学反应原理模块“变化观念与平衡思想”素养表现水平,基于水平构建了人教版化学反应原理模块各章的评价指标,通过Rasch模型优化形成了质量良好的评价工具。运用评价工具对470名高二学生开展5次追踪评价,获得了2 149个有效样本,分析高二学生在化学反应原理模块“变化观念与平衡思想”素养表现的变化情况和整体现状。

深入贯彻落实“碳中和”目标是改善环境和气候问题的重要之路。因此,在“碳中和”时代愿景下,利用课题式教学方法,以“珊瑚白化”问题为探究载体,借助数据可视化的数字化实验,在初中教学中开展一节以二氧化碳为中心的课题教学是必要的。不仅可以培养学生的社会责任感,还可以提高学生科学探究的能力和化学素养。

基于走向真实情境的化学教学研究的基础,对初中化学溶液的复习进行了整体单元设计,以“自贡井盐的制作过程”为情境,采用任务驱动、问题驱动的教学方法,渗透不同的评价方式,引导学生应用所学的溶液知识解读自贡井盐的制作工艺,加强对溶液知识的理解与应用,提升知识迁移运用的能力。

基于深度教学理论,从主体性、对话性和关联性,广度、深度和参与度等开展“配合物性质探究”的深度教学。以层层推进的探究实验和科学严谨的推理论证,建立配合物性质和结构的相互关系,搭建配合物电离平衡模型,逐步实现从宏观到微观,从定性到定量的高阶思维培养。在探讨问题的过程中,形成学科认识思路,发展化学学科核心素养。

“氮及其化合物”复习教学中,通过社会性科学议题“是否应该停止使用氮肥”,在真实复杂的两难问题情境中,使学生基于物质类别和元素价态视角分析、设计氮肥的制备、使用以及减少其对环境影响中涉及的含氮物质的转化,提高学生自主应用氮元素“价类”二维图综合分析、解决真实问题的能力,促进证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任等多维度化学学科核心素养的融合发展。经过多轮教学改进,结合教学效果抽提出以下教学策略:课上课下统筹安排,合理设置任务,提高学生参与议题的兴趣,促使学生全身心投入对议题的探讨;聚焦真实问题解决,将议题的探讨过程与关键能力持续进阶紧密结合并相互促进;让学生经历“做真事、真做事、真反思、真发展”的完整过程。

以“家用氯化钙除湿剂”为例,开展项目式学习,在完成项目任务、展示项目成果的过程中,帮助学生从组成和变化视角认识身边的物质。融合溶解与结晶、盐类水解平衡、弱电解质的电离平衡、离子检验和化学计算等学科知识,学习基于热失重曲线定性和定量分析物质组成的方法,建立身边物质组成和变化的学科认识方式,发展变化观、微粒观、平衡观,提升科学探究等学科核心素养。

基于有机化合物主题学科核心素养和关键能力的系统构成模型,提出促进学生化学学科能力发展的有机化合物主题大单元整体教学设计框架,以“揭秘阿司匹林”复习教学为例,从大单元教学目标确定、教学内容确定、情境素材选择、学科能力活动设计等阐述了大单元整体教学设计过程。通过案例设计和教学实践,对比分析教学效果,进而探讨促进学生有机化合物主题化学学科能力发展的大单元整体教学策略。

利用SOLO分类理论对高考试题进行能力结构分析,同时对学生在2021年全国甲、乙卷和湖北卷中的作答进行分析,诊断学生在化学反应原理主观题知识模块所处的SOLO水平。对比分析出大多数学生在解答化学反应原理试题的过程中处于多点结构水平,与高考试题呈现的SOLO水平有一定的差距。经访谈分析了不同SOLO水平的学生思维能力的不足之处,制定了高三渐进式复习策略。以化学平衡常数复习课为例,利用SOLO分类理论设计了多层级能力水平的复习内容和不同轮次复习的目标。

分析地方文化融入中学化学的重要性与必要性,整理闽都文化中涉及的化学知识。以脱胎漆器、茉莉花茶、糖画为例,进行化学教学应用的设计,提出促进地方文化更好地融入中学化学教学的建议,旨在促进学生人文底蕴、家国情怀的培养,科学精神、辩证思维的形成。

针对中学化学“物质结构与性质”模块3个版本教材中有关石英结构的二维图形不利于教学的局限性,利用“晶体学开放数据库”数据制作α石英晶体结构三维虚拟模型,借助三维虚拟技术强大的交互功能全方位探索α石英的空间结构,展示α石英独特的大半径双螺旋手性结构,揭秘其旋光性的原因。教学实践表明,利用三维虚拟技术拓展中学结构教学的广度和深度是可行的。

基于项目式学习的理念,设计了“数码比色法测量紫外线强度”拓展实验。利用紫外线催化反应制作紫外线光敏试纸;改变光敏试纸的曝光时长,制作标准比色卡。利用数码成像法,测量标准比色卡的R值和吸光度,绘制标准曲线。最终用这种测量方法比较了SPF50防晒霜、SPF20防晒霜、防晒衣、遮阳伞、身体乳、凡士林等的防晒效果。本实验具有任务驱动、开放程度高、跨学科整合、成果物化等特征。

基于手持技术探究同离子效应和盐效应对氢氧化镁沉淀溶解平衡的影响,通过将氢氧化镁水溶液的宏观变化与实验曲线相结合,进而推测微观的反应原理,最后再以可逆方程式等符号形式进行表征,从而提高学生的证据推理能力,实现“四重表征”思维模式的培养,为相关的教学提供素材。此外,针对实验过程中的“异常”现象,引导学生进行猜想假设、设计实验方案、开展实验探究等活动,发展学生的批判质疑思维与创新精神,提高解决冲突与灵活思维的能力,落实“科学探究”与“科学态度”等核心素养的培养。

以氯化铜和亚硫酸钠在水溶液中反应先生成橙黄色沉淀后转化为白色沉淀的这个“异常”现象为线索,以培养学生形成解决问题的思路和科学探究思维为目标,巧设递进式问题情境引导学生探究两种沉淀成分并剖析反应原理,同时使手持技术赋能氯化亚铜制备方案的优化,发展基于证据推理得出结论和对实验结果的反思评价等关键能力。学生在探究与发现的过程中自主实现知识模型的建构与核心素养的发展,最终构建“问题探究结论应用”的进阶式探究性教学模式。

偶然发现铁与硫酸铜溶液反应过程中溶液pH呈现下降趋势。针对这一异常现象进行实验探究,发现亚铁离子被氧化是产生异常现象的关键副反应。据此提出,消除异常现象的方法是用热的去氧蒸馏水配制2%的硫酸铜溶液,且反应装置要密闭。

1902年,瑞士化学家维尔纳对氯化铵结构的解释为氢键概念的形成奠定了基础。1920年,美国化学家拉提麦尔和罗德布什首先认识了水中的氢键:2个八隅体所持的氢核构成的“弱键(weak bond)”。1928年,美国化学家鲍林在解释[FHF]^-的结构时首次使用“氢键(hydrogen bond)”一词,但并未对氢键的概念进行明确定义。1939年,鲍林在《化学键的本质》中明确提出了氢键的概念,并解释了氢键的性质,自此,氢键的概念正式形成。近年来,科学家经过深入研究发现了氢键的新类型:π型氢键、双氢键、金属氢键和单电子氢键。随着科学思想和科学技术的发展,关于氢键的认识也会越来越深入。