六氟化硫是电力工业使用最广泛的气体绝缘材料。由于六氟化硫极易引发严重的温室效应,科学家正在积极寻找替代气体。梳理了六氟化硫的结构、重要化学性质、以性质为导向的应用、环境问题和替代气体等的研究,揭示化学学科认识物质和创造物质的核心特征,增进师生对化学研究思路的理解,发展学生“宏观辨识与微观探析”“科学态度与社会责任”的核心素养,建构学生“结构决定性质,性质决定应用”的学科核心观念。

随着科学与技术的迅猛发展,我国对于拔尖创新人才的渴求越发强烈,在基础教育阶段的学科教学中促进学生创新素养发展的价值、路径与策略,成为当下教育界教育研究和实践所关注的重点。从多维度阐释了中国科学家的研究成果对学生创新素养发展的独特优势与教育价值。基于北京师范大学化学教育团队“高端备课3.0”项目的8个化学教学案例,介绍了中国科学家研究成果教学转化的路径和方法;总结提炼了中国科学家研究成果向中学化学教学转化的关键策略,指出大概念与化学认识角度在转化中的关键作用。以期为促进学生创新素养发展的化学教学提供参考与经验。

普及科技前沿成就,在教材中渗透科学精神是实现化学课程育人的重要途径。构建涵盖内容选材、呈现方式、知识载体等3个核心维度的量化分析框架,以四十余年来人民教育出版社出版的4版高中化学教材为研究对象,系统统计与分析科技前沿成就的融入特征,并在此基础上提出灵活融合科技前沿成就创设教学情境,构建多元化评价反馈机制,突出教育内容价值导向的教学建议。

通过5组选择题的对比,分析知识立意型与核心素养立意型选择题在考查目标、试题特征及认知需求上的差异,并针对性提出核心素养立意型选择题的命制思路与教学导向,在此基础上概括避免知识立意的选择题命题策略:在真实情境中考查认知迁移能力,以问题设计促进学科思维的外显,实现学科知识的结构化整合。

本项目基于科粤版教材第7章第4节“海洋资源的综合利用与制盐”的内容设计,以“设计海水淡化与制盐一体化装置”为主题,围绕“认识海洋资源”“设计海水淡化与制盐的一体化方案”“制作海水淡化与制盐的一体化装置并实验”“自制评价量具并检测”等4个任务展开。应用并完善物质分离的一般思路与方法,发展物质的多样性和可持续发展的大概念,形成“教·学·评”一体化的认知视角。

以“制作走马灯”为主题,融合化学、数学、物理、历史、艺术、工程等课程内容,设计了“览灯史并分析其科学原理”“为走马灯选择供热源”“设计与制作走马灯”“探究影响走马灯转速的因素”等4项核心任务,引导学生在问题解决中深化理解燃料的燃烧及其调控,增进科学探究与实践体验,提高跨学科解决实际问题的综合能力。

基于C-STEAM教育理念,分析古法面脂涉及的化学、中药、技术等知识,制定项目学习目标。依据6C教学模式,制作出一款古法面脂和一款多效面霜并进行展览和义卖,通过学生亲自动手制作并推广产品,提升学生对传统文化的认知度并增强文化自信。最后通过总结、评价和反思深化对中医中化学知识与传统文化的理解。

以“设计苯酚滴耳液的配方”为主题,围绕苯酚滴耳液溶剂的选择、抗氧剂的选择和pH调节剂的选择等子任务展开,融合创新实验装置进行苯酚性质的实验探究,最后进行成果展示交流,并结合配套评价量表对项目学习过程和学习成果进行诊断评价。实践表明,本项目学习有效加深了学生对苯环与羟基相互影响的认识,提升了学生合作实验探究及解决真实问题的能力。

以纳米酶为切入点,深入探讨科学研究前沿知识有效融入中学化学课堂的实施路径与策略,并聚焦其在促进创新人才培养中的关键作用。面对创新人才培养的时代需求,构建了“认知启蒙、知识建构、主动探究和价值内化”四阶段教学模型,提出学生主体性、问题导向、科教融合和多学科交叉的教学原则。通过主题讲座、实验室开放日、创意活动、项目研究与科研模拟等实践活动,引导学生主动提出问题、设计实验、分析数据与表达观点,激发其科研兴趣与创新意识。纳米酶作为融合材料、化学与生物等多学科的前沿主题,不仅能增强课程的现实感与挑战性,还可有效提升学生的科学素养、批判性思维能力和社会责任感。为基础教育中创新人才的系统培养提供理论框架与实践路径,彰显科学研究前沿知识在拔尖创新人才早期识别与个性发展中的重要育人价值。

在DeepSeek的辅助下,基于认知负荷理论、心流理论和最近发展区理论开发了“化学贪吃蛇”游戏。游戏内容涉及化学用语、化学概念、化学规律以及化学反应。在游戏中,学生通过键盘控制“贪吃蛇”移动并吞噬符合要求的食物获得蛇身增长,动态的反馈机制满足了个性化的学习需求。为了实现游戏知识的系列化开发,提出一种通过构建游戏系统实现游戏开发的方法,一定程度上规避了GenAI生成游戏质量的随机性。对南京市30名体验过“化学贪吃蛇”游戏的初二学生进行调查显示,该游戏有助于激发学生的学习兴趣,游戏的设计性、内容性、可玩性、有用性和推广性均取得较高的评价。

利用覆铜板被选择性腐蚀的原理,可以用油性笔自由地绘画出任意大小、形状和数量的电极,在蚀刻后制作微型电解池。以饱和硫酸铜溶液为电解质,让电解反应在覆铜板和盖玻片的薄层夹缝中进行,可以在3 min内清晰地观察到阴极生成金属铜,阳极被腐蚀且有硫酸铜晶体析出。本实验可以用于模拟电解精炼铜、异形镀件的电镀、串联电解池等多种不同的情况,并探究电极间距对反应速率的影响。

简单的电镀实验是高中学生必做实验,教材在“铁钉镀铜”实验中以CuSO₄溶液为电镀液,并未明确说明能否选择Cu(NO₃)₂或CuCl₂等其他铜盐溶液作为电镀液。实验发现,如果使用CuCl₂或Cu(NO₃)₂作为电镀液,电解过程中均存在副反应,不适宜用作课堂演示实验;若使用铜氨溶液作为电镀液,不仅可使生成的铜镀层致密光亮,还可避免铁电极腐蚀。但文献调研发现,生产实际中则需用Cl^-作为电镀液的添加剂或使用Cu(NO₃)₂作为精炼铜的电解液。因此课堂教学中教师应注意知识在不同阶段的局限性和适用性,悉心引导学生关注具体实验条件对实验结果的影响、关注具体实践要求下的条件选择。

以铜离子和不同还原性离子反应为探究体系,促使学生多角度认识反应的多样性。沿着“探究Cu²⁺与Cl^-, Br^-, I^-的反应;探究Cu²⁺与S^2-的反应;探究Cu²⁺与SO^2-₃的反应”等3个教学环节层层递进,促进核心知识、认知思路和科学观念的结构化,全面提升学生的化学核心素养。

分析纯碱制备中碳酸化过程的原理,创新设计的实验装置较好地模拟了碳酸化过程。探究氨水浓度、冷却温度对碳酸化的影响。用铵离子传感器和氯离子传感器定量分析产品中NH⁺₄和Cl^-的含量。研究得出用14%左右的氨水配制饱和氨化盐水,用常温水冷却,在实验室能较好地模拟纯碱的工业制备过程,得到的产品杂质含量较低。

基于自主研发的数字化实验系统,开发了H₂O₂与KI反应活化能的测定实验。通过加热棒自动升温并结合温度传感器精准控温,利用电势传感器表征反应过程中电势随时间的变化,依据电势-时间曲线所呈现的电势突跃确定反应时间,从而实现活化能的准确测定。同时,优化了H₂O₂与KI的物质的量之比、Na₂S₂O₃的用量、溶液酸度及反应温度。该数字化实验有效解决了传统活化能测定实验中“控温不稳”“计时不准”及“终点判定主观性强”的瓶颈,使得抽象的活化能形象化和定量化,利于化学反应基本原理教学质量的提升和学生学科素养的发展。

在H₂O₂的分解反应中,借助数字化实验证实MnO₂参加了化学反应。通过调控溶液的酸碱性将MnO₂催化H₂O₂分解反应的机理进行分阶段的呈现,酸性条件下MnO₂先被H₂O₂还原为Mn(II),然后在碱性条件下Mn(II)又被H₂O₂氧化生成MnO₂,证明MnO₂作为催化剂实际参加了化学反应。从宏观现象上帮助学生理解催化剂改变化学反应速率的原因是改变了反应历程,在化学反应过程中其化学性质发生改变。

深入剖析了基团理论从18世纪末德莫沃提出基的概念,历经贝采利乌斯、杜马、李比希等化学家的探索与推动,逐步演变为官能团理论的历史进程。详细阐释了各阶段理论发展的关键突破,以及从早期基于经验的基团识别到19世纪末官能团概念形成的重要转变。着重强调了官能团理论在现代有机反应机理研究、跨学科领域中的核心地位与广泛应用,为化学史研究、化学教学以及多学科交叉研究提供了丰富的参考。