从化学反应热力学与动力学角度出发,基于化学学科的能量思维提出“能量经济性”原则,建立绿色化学的统一认知。该原则沟通“化学平衡思想”与“反应路径优化思想”等学科思想,应用“宏观辨识与微观探析”学科思维,联络绿色化学12原则,与“原子经济性”原则一起构成绿色化学新认知。通过“能量经济性”原则,可将绿色化学思想潜移默化地传递给学生,对学生深入认识化学学科与现代社会发展的关系及可持续发展策略具有重要价值。

教学目标是教学评一致性的前提,依据课程标准制订。课程标准构建了由课程目标、内容要求、学业要求和学业质量等组成的目标体系。从课程标准课程目标、学业要求等到教学目标的转化需要理解课程标准不同目标要求的功能及其内在逻辑关联,需要厘清课程目标与教学目标之间的内在联系。在此基础上构建大概念统领的教学单元,综合与单元主题相关的内容要求、学业要求制定单元教学目标,再将其分解到各个课题/时中,通过逆向设计进一步考量教学目标表述的科学性,以确保用科学的目标引领教学、学习与评价。

选择人教版义务教育九年级化学2012年版教材习题和《义务教育化学课程标准(2022年版)》为研究对象,以基于学习主题的核心素养教学评价系统为理论基础,结合专家对课程标准的解读,形成了“5维度4素养3水平”的核心素养评价模型,并构建了基于核心素养评价模型的SEC一致性分析工具,从核心素养角度分析了2012年版教材习题与2022年版课程标准的一致性吻合程度,并与2012年版教材习题与2011年版课程标准的一致性作对比,为教师在特殊时期能够更好地使用教材习题提出合理化的教学建议。

通过以学术探索情境为背景的试题原创命制为例,展现了文献查找、试题初拟、试题优化、试题终定、试题分析的全过程,分析了情境创设、题干描述、优化设问等环节,归纳出此类试题命制的方法,并应用此方法命制试题。总结了素材的选取、试题的试测和优化、注重分析考试结果数据等命题心得。

指向深度学习的中学化学课堂教学设计是实现深度学习和化学学科核心素养培育的重要基础。教学设计评价量规是促进教师进行系统化教学设计的引导性工具,包含9个指标。经过专家论证和评定、教师应用和多侧面Rasch模型分析等,评价量规具有良好质量。未来要加强评分者对评价量规的理解,提高评价量规使用过程的科学性,发展教师教学设计的能力。

基于跨学科实践活动统整项目化学习的课程模式,以“家用简易供氧器”为项目主题,从制氧剂选择、制氧剂优化、制氧原理、产氧速率的影响因素、制氧机构造等问题开展“家用简易供氧器”制作的项目化学习活动,有效融合化学、物理、数学及工程技术等学科知识,帮助学生将多学科知识融合到生产实际中解决实际问题,体验科学探究的真实过程,感悟化学学科在社会发展和实际生活生产中的应用价值,有效建构初中化学核心知识体系,积极促进学生化学核心素养全面发展。

以“维持空间站气体环境”为主题,将项目式教学与单元教学相融合,构建气体制取、性质研究的单元复习课程。通过“了解维持空间站气体环境需要解决的问题”“空间站中氧气的制取方案设计”“二氧化碳吸收方案的设计” “维持空间站气体环境项目展示”等4个任务将空气、氧气、二氧化碳内容进行整合,在梳理总结气体单元化学知识的同时,发挥化学课堂育人价值,落实学科核心素养的提升。

科学思维的发展离不开实验活动,以“碳 同素异形体(第一课时)”为例,呈现了关注科学思维的实验教学实践过程。通过改进和增设简单易行的实验,引导学生运用比较、分析、归纳等科学方法,从宏观和微观相联系的视角认识常见的碳单质以及活性炭的吸附性,从多维度获取充足的事实证据,并进行推理获得相应的结论,形成证据推理的能力,从而实现科学思维的发展。

将教材酚醛树脂制备实验的改进作为项目基础,以制备水溶性酚醛树脂胶为项目主题,通过“分析教材实验装置的不足并设计新的实验装置”“探究反应物药品用量对产物的影响”“探索催化剂的选用对产物的影响”“探究反应时间对于水溶性酚醛树脂制备的影响”“酚醛树脂胶的制备与项目汇报总结”等5个子任务,使学生深刻理解有机化学聚合反应与高分子材料的相关内容,促进学科知识与工业生产等生活实际相联系。在项目实施过程中,学生通过小组合作的方式,挖掘并整合关键信息,进行证据推理与实验探究,培养学生的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等3方面的化学学科核心素养。

以“制作紫草颜料”为项目主题,在传统工艺流程的基础上设计实验,开展“有机物的结构与性质”教学。项目包括“了解紫草的组成成分、设计紫草素的人工合成路线、制作紫草颜料”等3个核心活动,设置驱动性问题和探究性任务,让学生综合运用有机物的共轭结构、延长碳链的方法、溶解度、配位性、酸碱性、稳定性等知识解决问题,发展科学思维和科学探究能力。

以促进学生的深度学习为基本理念,将与生产生活密切相关的“碳酸氢根(HCO^-₃)与二价金属离子(M²⁺)的反应”作为挑战性学习主题,开展“水溶液中的离子反应与平衡”主题复习课。依托真实情境,引导学生运用已有知识,通过小组讨论和数字化实验等形式对“Ca²⁺与HCO^-₃在水溶液中能否大量共存” “MnCO₃沉淀剂的选择” “Cu²⁺与HCO^-₃的反应”等问题进行探究。在该过程中培养学生解决实际问题的能力,构建分析复杂水溶液体系中离子反应的思维模型,认识到“离子反应与平衡”的实际应用价值。

基于Park的PCK五边形模型,开发氧化还原反应主题的高中化学教师特定主题学科教学知识水平测评工具,并对62位一线教师进行问卷调查。调查发现,氧化还原反应主题下高中化学教师特定主题学科教学知识处于中等水平,且各个要素水平发展不均衡;而各维度之间存在较强的相关性,相互影响、彼此制约,任一要素水平的变化会带动和影响整体水平的变化。为氧化还原反应主题下高中化学教师特定主题学科教学知识水平培养和提升策略研究提供了数据参考。

研磨不仅可以充分混合反应物,而且能够使反应物产生新的晶格缺陷、增加体系总能量,从而对反应物进行活化,促进化学反应的发生。因此,研磨是一项重要的化学实验操作。但是,人们对于研磨作用、研磨物质、研磨时间等问题的认识和理解还不够充分,研磨操作被长期忽视。综合比较了3个疑难实验的各种改进方案后发现,充分研磨反应物、烘干/干燥反应物、采用新制反应物、在反应体系中掺杂其他物质等方法都不约而同地重复出现在各种改进方案中,从物质结构的角度揭示了其中存在的共同原因是晶格缺陷的产生。基于研究结果,提出了研磨操作的注意事项,以及中学化学教材编写的2点建议。

Colorimetric Titration App(简称CTA)是一款免费的手机智能软件,将包含标准溶液和待测溶液的图片上传至该软件,可自动读取溶液的各种颜色参数值,并绘制颜色参数与浓度的拟合曲线,实现对待测溶液浓度的精确测定。介绍了该软件的主要界面,并以“比色法测定补铁剂中铁的含量”为例,探索利用CTA的数字图像比色法在中学化学实验中的应用。与其他方法相比,该方法操作简便,成本低廉,准确度高,测得铁含量的误差在2%以内,将其应用于高中化学实验,有助于促进信息技术与化学教学的深度融合。

利用“粒子占有率”概念统整“共有分摊”“无隙并置”和“粒子共同占位”概念,对高中阶段晶体结构的学习有重要意义。利用李国武提供的毓川碳钇矿(Yuchuanite)结构,通过推理分析和理论溯源,得出晶胞中粒子数目因晶胞(框)位置不同而有差异,利用“粒子占有率”概念可更为准确地求算晶胞内粒子数。该结论对高中学生理解晶体结构、求算晶胞内粒子数有一定的指导作用,同时也给出了与之相应的大单元整体教学设计。

面对下一代科学教育的新愿景,美国国家研究委员会于2013年出台了一份关于科学教育评价的重要报告。报告指出美国的科学教育评价必须进行根本性转变,并建议开发多元化的科学教育评价任务,建立上下连贯的科学教育评价系统等,对我国科学教育评价改革具有启示作用。

以Web of Science数据库中的6个有影响力的国际期刊论文为基础,采用文献计量法、内容分析法和科学知识图谱可视化方法,对2010-2022年中国学者的化学教育研究状况进行描述统计分析,主要包括发文量、合作情况、发文单位、发文区域、研究范式和主题、关键词共现和聚类等,客观地呈现我国化学教育研究者的发文情况和研究进展。研究显示中国学者在六期刊的发文量这些年一直在逐渐增加,研究主题上青睐学习研究和教学研究,教育技术研究成果单薄,研究范式中注重实证研究,并且实证研究方法多元化。研究热点主要集中于实验教学、信息化学习与学习心理等。研究前沿主要围绕问题解决策略和实践性学习。从发文看,中国学者尚未形成足够的国际影响力,但影响力在逐年增加。