2001年,卡尔·巴里·夏普利斯(K. Barry Sharpless)明确定义了点击化学的基本概念。2002年,卡尔·巴里·夏普利斯和摩顿·梅尔达尔(Morten Meldal)分别独立发现了点击化学中具有里程碑意义的铜催化叠氮炔环加成(CuAAC)反应,奠定了点击化学的发展基础。卡罗琳·贝尔托西(Carolyn R. Bertozzi)创造了生物正交化学的基本概念,并于2004年发现了经典的张力驱动叠氮炔环加成(SPAAC)生物正交反应,实现了对活细胞表面聚糖的成功标记,奠定了生物正交化学的发展基础。基于上述3位科学家在点击化学和生物正交化学领域的杰出贡献,他们分享了2022年诺贝尔化学奖。

为探究美国科学课程以及课程资源建设特点,以STEM教育为理论基础,基于G.Yakman提出的STΣ@M金字塔结构框架,整合NGSS核心概念,获得STEM核心概念编码表,并采用内容分析法,对美国科学读本American Textbook Reading (Science)和配套视频进行定量定性分析。从读本知识点的整体分布、栏目探究以及使用方式等方面展开分析,结合已有研究,得出此课外读本特点:以科普内容为起点,贯彻核心概念,通过跨学科、线上线下多种理念教学,以促进学生科学素养发展、科学本质聚焦以及科学课程资源多元化。

教科书承载着培养学生文化自信的重要使命。尝试从内容选材、呈现位置、表征形式、学科联系、知识载体等5个方面构建化学教科书中文化自信素材的分析框架,采用内容分析法对改革开放以来人民教育出版社出版的6版(共23册)高中化学教科书进行文本分析,揭示文化自信素材的特点与变迁趋势。以期为后续高中化学教科书中文化自信素材的选择与编写提供建议与参考。

基于《义务教育化学课程标准(2022年版)》中的学业质量和学业水平要求,依据学生特点和实际教学内容,开发了中学化学单元作业设计的三维矩阵模式(作业目标、作业形式、作业要求)。以“自然界的水”的单元教学内容为例,系统阐述了作业设计、实施、评价的过程,并就作业实施做出了改进反思。

通过氯化钠和硝酸钾溶解性的实验,引导学生体验固体物质在一定条件下溶解是有限度的,当改变条件时溶解限度也会随之改变。进一步设计实验测定一定条件下硝酸钾的溶解度,帮助学生理解溶解度的概念及其影响因素,应用技术开展数据的采集、图像的表征,初步构建溶解度认知模型,发展学生化学学科核心素养,并能应用溶解度曲线图解决简单问题。

在教学实践中,学生在判断哪些物质具有氧化性、哪些物质具有还原性方面存在困难,以及较难理解同一物质既能做氧化剂又能做还原剂,到底什么时候表现出何种性质。针对此现象,本教学设计提出核心元素化合价二维图,帮助学生理解氧化剂和还原剂概念的本质,建立起元素化合价与物质氧化性、还原性的关系;并通过科学探究过程,培养学生在陌生情境中运用本节课所学知识,进行物质氧化性、还原性预测与验证的关键能力,巩固本节课所学的规律。本节课教学效果良好,有效地突破了概念教学的难点,帮助学生建立起价态观,发展了学生的科学探究素养。

以金属材料助推航天梦为主线,从火箭外壳、返回舱、火箭燃料推进剂串联教学情境。从实际应用出发,培养选择、优化、使用材料的能力,通过信息分析和实验探究方法培养学生的证据意识,利用价类二维视角学习铝合金、氧化铝、金属铝的性质,逐步形成结构决定性质、性质决定用途的学科观念,感悟材料发展促进技术进步,赞赏化学对社会发展的重大贡献。

以“探究Na₂SO₃溶液pH的变化及应用”教学设计为例,通过课堂教学设计与实施,建构以探究物质性质及变化为目的的科学探究思维模型,在解决实际问题的过程中形成发现多因素、求证多因素、分析多因素、应用多因素的思路与方法;通过课后作业设计与实施,对已有认知模型进行反思与修正,使“教、学、评”活动有机结合,促进学生“科学探究与创新意识”化学学科核心素养的逐步发展与提升。

以社会热点切入,设计了基于类别、价态、化学键等3个视角探寻CO₂的转化路径,从而引发基于化学平衡、电化学、催化剂等相关反应原理探索调控转化CO₂的方法,再到融合成本、环保、安全等视角探秘CO₂的工业利用的3课时结构化单元教学。从CO₂分子结构的深度解析入手,联系反应原理,融通无机与有机,最终达到实际应用问题的解决,强化学生结构化认识物质及其转化的意识,提升自主调用知识调控物质转化及解决真实问题的能力,促进多维度化学学科核心素养的融合发展,最终引导学生成长为有持续学习内驱力的新问题解决者。

以学科核心素养为目标的教学正在稳步推进,但当前缺少对高中化学常态课教学目标的现实观照。研究对9名高中化学教师的23节常态课进行教学目标分析,发现高中化学常态课中的教学目标呈现出2个特点:(1)主要涉及思维层面素养,而实践层面、价值层面的素养不足。(2)涉及的素养水平主要是水平1、水平2,高水平的素养则涉及的较少。与课标、教材中课程目标相比,实际课堂中素养目标存在偏差。主要表现为实践层面与价值层面的素养在课堂中容易缺失,其中探究创新、社会责任、科学态度最为严重。建议教师建立完整的素养观,并在课堂中有意识地进行素养目标渗透。

“化学键”是中学化学教学中的核心概念之一,其有效教学是值得关注的话题。以学科知识发展、教材编排与学生认知发展的“三序结合”为研究视角,系统梳理“化学键”核心概念的教学内容,并构建“三序结合”教学模型。最后,基于“三序结合”对“化学键”核心概念教学提出相关建议。

教学设计要重视实验探究的作用,以问题驱动课堂教学,从原有知识和现有知识的认知冲突中,策划高质量的学习活动。基于“姆潘巴效应”分子理论说,以“热水与冷水谁先结冰”为探究主题,以验证“姆潘巴效应”实验为主线,引导学生从分子水平的角度分析“姆潘巴效应”。通过将氢键理论贯穿到整个教学过程中,丰富氢键教学实践,让学生体验科学探究的过程,从而搭建宏观物质与微观世界的桥梁。

从一般科学风险感知、科学风险感知的心理特征、科学风险感知的文化特征等3个维度对四川省成都市4个年级共703名青少年进行调查,发现高中生和大四年级学生之间的一般科学风险感知存有较大差距;青少年科学风险感知的心理特征具有多维性和年级差异;青少年风险感知的文化取向整体呈现良性发展。其中,高一和高二年级学生的表现值得关注,高一年级学生对科学风险的影响范围、速度及致死率感知较片面,对科学风险的控制意识薄弱、恐惧感强;高二年级学生的科学风险感知存在较大矛盾点,他们认为科学风险可控,但却对科学风险的影响范围、速度及致死率反应较为激烈,对自己所学知识不自信,且群体中的宿命文化氛围较浓厚。因此,开展科学风险教育应重点关注低年级段的风险引导,致力消除风险两极反应;干预提升风险熟悉性感知,构建真实理性的风险经验范式。

利用手持技术数字化实验测量曲线分析5道中、高考试题,对此类化学试题情境的真伪加以求证,以案例探究化学试题情境如何从教学误区走向真实情境,使试题的命题立意更高,情境更真,设问更实,更加有效地探查学生批判性、创新性等高阶思维,从利于“甄别选拔”逐步过渡到兼顾“导向教学”,发挥试题的育人价值和功能。

针对教材中“FeCl₃溶液和KI溶液的可逆反应”进行实验改进:在Fe₂(SO₄)₃和KI的反应液中加入CCl₄,利用有机相显色的深浅指示此反应生成碘含量的多少,将温度、浓度调控可逆反应平衡移动的过程可视化。进一步设置此反应的投料比,经过“萃取-反萃取-滴定-计算”4个过程,获得提升I^-转化率的最佳条件。该实验综合性强,知识的联结度高,学生在探究过程中历经辨识理解、应用实践、迁移创新等阶段,逐步发展化学变化观念与平衡思想。

采用元分析方法对国内外25项“化学键”主题建构式教学研究的实验结果进行定量、系统分析。结果表明与传统教学相比,促进“化学键”概念理解的建构式教学整体效果显著;班级规模、教学时长和地理位置都对“化学键”建构式教学效果有显著正向影响,长期使用建构式教学的中小规模班级,“化学键”主题教学效果愈明显。基于此提出促进“化学键”概念理解教学和研究的3点建议。

将2016—2021年高中化学竞赛中与周环反应相关的试题分为环加成反应、电环化反应、σ迁移反应和ene反应等4类,分析了试题并给出了解题思路,总结了化学竞赛对周环反应的考查趋势,并对今后化学竞赛中周环反应的教学提出相关建议。

1868年,英国天文学家波格森首次在太阳光谱中观测到D₃线,法国天文学家詹森和英国天文学家洛克耶将D₃线公之于众,洛克耶将其命名为氦,并提出了氦是一种新元素的假说。1895年,英国化学家拉姆塞和特拉弗斯通过实验证实了氦的存在,氦元素最终于1905年作为一种新的元素列入到元素周期表中。氦元素最初被认为是惰性元素,2016年,我国南开大学王慧田团队及其国际合作者共同制备出氦化钠,打破了氦惰性的壁垒,氦的概念得到发展。各种因素导致了氦元素迟迟未被发现,天文学家和化学家共同推进了氦元素的发现和氦化合物的制备。氦元素概念的形成与发展过程体现了科学方法与科学思想的发展。