低温保鲜是一种应用广泛的果蔬采后保鲜技术,甘氨酸甜菜碱(GB)作为一种非毒性的小分子渗透调节物质,被认为是一种天然、绿色、安全的果蔬保鲜剂。从化学的角度介绍了GB的合成以及GB通过稳定蛋白质结构缓解果蔬冷害的作用机制,揭示果蔬发生冷害的化学知识,让学生感受到化学与生活息息相关。

通过对中美高中化学教科书中“科学家形象”刻画的个人特征、外界影响、学术研究、教材呈现等4个维度的对比分析发现:中版教材彰显本土科学家优势、重视科学方法培育、呈现方式多为图文并茂,但科学家人格塑造不够立体、生活形象略为欠缺、背景特征较为薄弱;美版教材科学家外在形象鲜活、学术态度描绘深刻、注重研究场景描绘,但团队科学家素材较少、科学家研究价值书写不足。针对这些特点,为教材编写者和一线教师提供建议,以更好地将科学家精神融入化学教学中。

在对初中化学渗透传统文化教学主题内容和教学现状分析的基础上,介绍了渗透传统文化的教学设计思路,并以“应用广泛的酸碱盐”为例,基于古籍《天工开物》详细介绍渗透传统文化的教学实践。从提升教师人文素养、科学辩证看待古籍、重视传统文化实践等3个视角谈了实践反思,为教师在初中化学课堂教学中渗透传统文化提供参考。

知识传授为主的传统教学难以体现VSEPR中蕴含的学科本原性思想,导致学生无法灵活地运用VSEPR模型处理复杂问题。基于学科理解的VSEPR知识建构教学要点包括:(1)先建立共价键互斥理论,后引入孤电子对将其发展为VSEPR;(2)从电子式出发认识和推导计算孤电子对数和价层电子对数的公式;(3)利用库仑定律认识单键和多重键、孤电子对和价层电子对之间的斥力差异;(4)将VSEPR的分析方法和计算公式从分子推广到离子和复杂分子。通过学生的学习表现分析了教学效果、存在问题和改进方向。

结合高中化学选择性必修课程“化学反应与能量”主题下的“电解池”相关内容和校本选修综合实践活动,引导学生开展项目式学习活动:设计并制作电解消除笔。在项目探究过程中通过构建不同情境下的电解池模型,分层递进式分解问题并逐一解决,促进学生对电解池模型的认知,深化电化学原理,启迪学生高阶思维与科学精神的形成。

以过氧化氢与碘化钾的反应为例,引导学生进行证据推理下的4轮实验探究:过氧化氢与碘化钾发生何种反应、碘单质能否催化过氧化氢分解、外界条件和物质的量对该反应的影响,在讲道理的样式下完成实验探究基本模型的建构、运用、巩固和完善,形成解决实验中异常现象问题的一般路径和方法,提升实验探究基本操作能力和科学实践的认知水平。

以“设计固体储氢材料”为学习情境,将电负性的学科价值和实践应用很好地结合起来,通过真问题、真任务的达成,驱动学生经历了电负性提出的必要性、认识电负性的概念和简单应用、利用电负性设计储氢物质,进阶性的深度学习历程,强调电负性学科本原性的理解,聚焦微观本质,凝练具有迁移价值的认识视角,形成了定性、定量衡量原子吸引电子能力强弱的结构化思路,增进对电负性的学科理解,实现深度学习,发挥学科知识的育人价值,落实科学态度与社会责任的学科素养。

以Kapur等人的有效失败教学和系统思维层级模型为研究基础,选取高中化学“水溶液中的离子反应与平衡”主题开展教学探索与实践,比较实验班与对照班学生教学前后的系统思维表现,探索有效失败教学模式对学生系统思维发展的影响,为发展学生系统思维的有效失败教学提供启示与建议。

探讨论证式教学(Argumentation-Based Teaching, ABT)在初中化学“碳和碳的氧化物”单元教学中的应用效果。采用准实验设计,选取122名九年级学生作为研究对象。使用UF-EMI量表和论证评价标准评估学生的批判性思维倾向和论证技能。结果表明:(1)ABT能显著提高学生的论证技能和批判性思维倾向;(2) 论证技能与批判性思维倾向呈显著正相关,且前者是后者的有效预测因子。研究为ABT在化学教育中的应用提供实证依据,为提高学生的高阶思维能力提供新的教学策略。

通过分析现行人教版教材中电解氯化铜溶液的不足及国内目前该实验研究现状,提出优化后的实验改进方案。利用自制双室电解槽改进 “电解氯化铜溶液”实验,改进方案对于电解氯化铜溶液所需电压大小以及溶质的质量分数都提出了具体要求,并详细阐释了原因。在此基础上,为减小药品用量、增加装置便携性,以切底针筒为电解槽,缩短电极距离,优化实验方案。改进后的实验现象更明显,速率更快,并可指明电解时溶液中离子的流动方向。实验操作简单、快捷,对环境没有污染,实验装置成本低、可重复利用,有利于学生分组实验及推广使用。

借助常规实验和数字化实验技术,采用控制变量法,探究了固体表面积不同的金属锌与氯化铁溶液反应的现象、产物及反应过程中溶液pH的变化。实验结果表明:锌片和锌粉与氯化铁溶液的反应,从反应现象的角度看:锌片及锌粉与氯化铁溶液的反应均生成红褐色胶体和产生气体,锌粉反应速率较锌片快、反应过程中pH变化较快,生成的铁单质因锌片面积小容易被观察、因锌粉面积大而分散沉积在锌粉表面不容易被观察;从反应产物的角度看:锌片及锌粉与氯化铁溶液的反应过程中均生成氢气、氯化锌、氯化亚铁和单质铁,当反应液的pH=3~4时均有红褐色氢氧化铁沉淀生成。

探讨了6组不同生活物质在制取二氧化碳时的反应效果,改进了二氧化碳的验满方式,并利用回收的生活塑料制品改进组装成二氧化碳的制备和性质检验装置。通过该装置完成了二氧化碳的密度、与水的反应和不可燃也不可助燃的性质检验实验,体现了其具有可控可调、操作简便和安全环保的优势。整个探究过程中在培养学生敢于质疑、勇于创新的科学态度,有效提升其实验操作与科学探究能力的同时,也在潜移默化中培养了他们的社会责任感。

采用自制塑料实验盒,借助“高低檀香”复燃、“高低蜡烛”熄灭、“干湿玫瑰”变色,采用氧气传感器、二氧化碳传感器等改进“氧气和二氧化碳的性质”实验,使实验演示可视化、趣味化、一体化,突破传统教学难以演示的瓶颈,促进化学深度学习。

基于真实问题设计和管理学习环境,给中学生提供真实的科研体验。以氢气分子能否透过塑料矿泉水瓶壁为真问题,实施猜想与假设、制定计划设计实验、进行实验收集数据、实验数据分析论证、实验分析再探究,体验科学研究“真”过程,学习科学研究方法,培养学生的科学精神,提升科学素养。

以“水的电解”为例,借助电学知识探究电压大小对电解水的影响,定量检测电解水过程中的能量转化情况。从物理化学跨学科融合学习视角探究电解水过程能量利用率的影响因素,分析提高能量利用率的措施。介绍电解水储能技术未来的发展方向,阐释氯碱工业新工艺节能措施。

模型本质观是高中化学核心素养发展的核心内容之一,通过构建和应用化学模型,帮助学生深入理解化学知识的本质与规律。采用系统性文献综述法,对我国模型本质观相关的17篇实证研究进行系统梳理,以揭示当前化学学科模型本质观现状。研究结果表明:(1)近年来,关于模型本质观的研究逐渐增多,主要集中在高中生群体,且大多数研究采用问卷调查法。(2)在理论框架与维度建构方面,尽管不同研究的维度划分存在差异,但核心观点基本一致,均可以纳入表征属性、功能属性和动态属性的三维分析框架中,部分研究进一步扩展了建模本质的维度,探索对建模过程的认识。(3)测评现状表明,学生普遍存在对模型认知不足的情况,且在多个维度的理解水平存在差异;职前教师对模型的整体理解水平仍有待提高;在职教师较为重视模型的可变性和多重表征性,但往往忽视其预测功能。基于上述研究结果,提出了对我国未来化学学科中模型本质观实证研究的若干建议,以期促进该领域的进一步发展与完善。

化学史的挖掘和融入是高中化学学科核心素养培养的重要手段,它有助于厘清知识结构,同时感受科学研究中的情境,领会科学研究中的具体问题。以金属钠提取的理论猜想、验证,钠元素概念的发展和应用为线索整理了金属钠元素的发展史。结合对高中化学教科书中钠元素和电化学内容的分析,提炼出钠元素发展史对高中化学相关内容的教育价值,以落实学生化学学科核心素养的培养,具体包括提供情境素材和具体的化学问题、完善钠元素物质转化路径。

构造原理是研究原子核外电子排布规律的思想模型,以构造原理示意图表征构造原理,能降低学生记忆能级填充顺序的难度。通过考究化学史实可知,构造原理示意图最早由中国学者伊葆芳提出,其后有许多教学研究者对其进行不同程度的改良,开发出形式多样的助记图,得到了良好的教学效果,如降低使用构造原理示意图的难度和错误,进一步提升学生的学习兴趣等。在构造原理教学中,若合理引入构造原理示意图的历史和更多类型的助记图,则有利于创设问题情境,提升学生的模型认知和视觉素养,增强学生的情感体验。