化学是最富创造性的学科之一,其发展史本质上是一部创造性思维的演进史。系统梳理了创造性思维的理论内涵与特征,分析了化学教学中影响学生创造性思维发展的关键因素,包括领域专长、人格特质、自主性动机以及支持性学校环境等。在此基础上,结合化学学科特质,提出了4条融入日常教学的培养路径:促进化学概念的重构与组合、构建协作探究的学习共同体、以数字技术赋能创造性思维、开展基于真实问题解决的跨学科学习等,以期为在化学教学中有效培育学生的创造性思维提供理论参照与实践启示。

以景德镇非遗镇窑烧瓷技艺为情境,以“燃料的燃烧”为教学载体,通过“识窑·探火”“瓷变·控火”“器成·止火”“新窑·思火”等4个教学环节,引导学生逐步建构控制变量思维模型、燃烧模型及化学反应模型。教学过程中通过实验探究、VR模拟、问题驱动等方式,发展学生的证据推理与模型认知能力,同时渗透中华优秀传统文化,提升学生的科学思维与文化认同,落实化学核心素养的发展。

构建了以“火箭推进剂”为贯穿性真实情境的教学模式。通过设计“现象观察—微观探析—路径设计—系统决策”的进阶任务链,推动知识结构化与“宏微符图”四重表征的整合;其次通过“铝冰推进剂”作为盖斯定律的思维训练载体,深化学生对“盖斯定律”本质的理解;最后将我国航天推进剂迭代历程有机融入知识应用与决策分析中,实现科技自信、绿色发展等价值理念在单元复习中的有效渗透,提升复习效率,培养学生的爱国情怀。教学实践表明,该模式能有效激发学生的高阶思维,促进知识向思维方法与价值认同的转化,以期解决当前高中化学单元复习课知识碎片化、情境片段化、思维浅表化等问题,强化育人功能。

以“铜抛光液”为真实情境,通过真实问题链构建基于实验探究的项目式教学模式。以“探析铜抛光液的演变规律”为项目目标,紧扣“铜和硝酸反应的核心知识”,依次开展“确定硝酸与铜制品的反应”“探究抛光液中硫酸的作用”“对比H⁺和NO^-₃对铜抛光过程的影响”以及“改良硝酸型抛光液配方”等4个递进式任务。学生通过应用“价类”二维的视角分析硝酸的性质,采取实验的方式探究铜抛光液中各组成的作用。在项目任务推进中,学生不仅利用化学知识解决了实际问题、在科学探究中发展了证据意识,还在铜抛光液配方的演变过程中提升了环保意识。

以“纸质文物的酸化及脱酸方法”为真实情境开展“盐类的水解”项目式教学。通过设立“探析纸质文物酸化原因”“对酸化文物进行脱酸”“修复装裱纸质文物”以及“完成纸质文物脱酸档案”等4个项目任务,驱使学生在探索中掌握盐类水解的概念与原理、探究其主要影响因素和实践应用。项目的开展不仅能使学生体验化学知识与文物保护融合的魅力,也能促进学生对化学平衡的学习进阶。

本项目以头孢菌素类药物的结构修饰为载体,围绕“羧酸及其衍生物”知识模块开展复习教学。通过分析天然头孢菌素C抗菌活性较低的问题,引导学生基于药物构效关系,对头孢菌素中间体7氨基头孢烷酸的结构进行修饰。在此过程中提升学生的问题解决能力,深化其对有机化学学科思维与方法的理解,并促进学生形成结构化的知识体系与学科观念。

以化学学科中应用人工智能(AI)时具体出现的幻觉实例,分析人工智能幻觉现象的成因及其在教学过程中传播错误科学知识的潜在风险——幻觉可能导致错误反应机理、错误结果和概念混淆等问题。并以此提出应在技术层面引入置信度阈值及高可信度来源控制等方法提升其输出可靠性,同时应在教学层面规范AI使用,提升教师与学生的AI素养。

冷凝管是蒸馏和冷凝回流实验的关键仪器。在蒸馏实验中,冷凝管向下倾斜, “下进上出”的冷凝水与热流体逆向流动,实现了高效热交换。在冷凝回流实验中,冷凝管垂直布置,冷凝水“下进上出”时与热蒸气顺流、与被冷凝回流的热液体逆流,形成了复杂的热交换过程,冷凝水流向反之亦然,2者均有较好的冷凝回流效果。在冷凝回流乙醚等低沸点溶剂时,需控制加热功率并适当增大冷凝水流量。蛇形冷凝管因内管较细,有可能影响冷凝的液体回流,更加需要控制加热功率。

用耐强酸强碱的聚四氟乙烯采气袋作为多功能容器。采气袋和隔离棒组合得到制备氯气的发生装置,采气袋和玻璃燃烧管、注射器推杆等组合则得到氯气性质实验装置,采气袋也可用作氯气的储气袋。本设计装置材料易得、操作简单、现象清晰直观、全程封闭、绿色环保、组装灵活自由,满足不同教学需求,保证了分组实验的安全性,提高学生参与度。该装置还具有较强的通用性,也可用于铜与硝酸反应、硫的燃烧等实验中。

以“电镀铜”实验为载体,通过实验改进巩固学生电化学知识的同时,发展学生利用工程思维解决问题的能力。以汽车元件如何获得致密均匀镀层的工程问题为背景,结合工程思维,从实验试剂绿色化改进、实验方法创新、实验装置改良等3个维度进行探究,引导学生从简单实验操作逐步建立工程化思维,使其在问题分析、工艺优化和可持续发展等层面形成综合能力,进而实现学科核心素养的全面发展。

基于实验探究,在不引入电极电势和能斯特方程的前提下,以浓度对物质氧化性、还原性的影响为基础建构浓差电池的原理模型。通过对比无离子膜、阳离子膜和阴离子膜条件下浓差电池的电流情况,进一步探究浓差电池的微观原理,并揭示离子膜的工作机制,纠正了“阳(阴)离子膜只能允许阳(阴)离子通过”的认知偏差。

为推动手持技术更深层次的育人功能与素养渗透,指导教师有序开展基于手持技术数字化实验的教学,深化学生信息素养与证据意识,构建了“预测曲线P(Predict)—采集数据D(Data)—解析曲线E(Explain)”教学策略(简称PDE教学策略),系统阐述了该策略的理论模型、核心目标与实施要素,并结合高中化学“醋酸的电离平衡”案例,详细展示了该策略如何引导学生经历从定性预测到定量验证、从数据采集到证据解析的完整探究过程,实现实验教学从经验判断向证据导向的深度探究转变。

基于花青素遇酸碱变色、与金属离子配位显色的性质,以浸润了紫甘蓝提取液的化妆棉为反应载体,设计了一系列微型化、绿色化的可视化趣味实验。通过“单一物质显色”与“相互作用显色”2种观测方式,将酸碱反应、配位平衡移动、水解反应等化学过程转化为直观、鲜明的颜色变化与界面现象。实验绿色安全、成本低、现象生动,适用于课堂演示、学生分组实验与家庭科学探究,有助于激发学生的学习兴趣并深化对抽象化学概念的理解。

为什么直链烷烃密度随碳原子数的增加而增大,而直链氯代烃密度随碳原子数的增加而减小？基于数据事实分析了常见有机物同系物的密度变化规律,通过宏观辨识和微观探析提出了轻原子和重原子的概念,基于证据推理和模型认识建构了简单实用的有机物密度计算模型,阐释了影响有机物密度的组成和结构因素,说明了高中常见同系物的密度变化规律,为在有机化学教学中建构学科核心观念和发展核心素养提供参考。

在全球风险社会的背景下,灾害风险教育已成为提升社会韧性与公民科学素养的关键内容。基于国际视角,提出灾害风险教育应超越传统应急技能训练,转向覆盖灾害形成机理、预防预警与灾后评估的“全灾害周期”素养教育。从认知、预防、伦理与责任等3个维度剖析了灾害风险教育在科学教育中的价值转向,强调其应从知识传授转向系统思维、风险评估与可持续发展观的全面培养。通过分析联合国、美国、日本、芬兰等国际组织与国家的实践经验,系统总结了课程标准整合、探究式与情境化教学、社会性科学议题(SSI)教学以及教师专业发展与社区协同4大实践路径。最后,结合我国实际,提出应从顶层设计、资源开发、教师发展、协同育人等4个方面构建中国特色的科学灾害风险教育体系,为培养具备科学理性、风险意识和行动能力的未来公民提供参考。

随着全球对工程技术人才需求的增长,在科学教育中融入工程教育成为未来科学教育改革的趋势。在工程教育中,学习者对工程本质的认识是工程素养的重要组成部分,是推动工程教育改革的重要因素。根据国际科学教育、工程教育文献,综述了工程本质的研究成果,主要包括理论框架和评价方法。同时,基于我国基础教育阶段工程教育现状,从课程标准、课堂教学和评价诊断等3个层面探讨了工程本质培育的实践路径,以促进我国工程教育发展和工程素养人才的培养。

19世纪初,科学家逐渐发现,相同元素组成的物质并不唯一,具有相同元素组成的物质,也可能具有不同的性质。在关于氰酸银和雷酸银的组成分析所引发的争论中,“同分异构体”概念应运而生,自此,科学家们开始把目光投注于分子内原子的连接方式上。随着碳四价学说与碳四面体构型理论的提出,立体化学的理论框架逐渐完善,旋光异构、顺反异构等异构现象的发现更是推动了立体化学的发展。同分异构体概念的建立和发展,体现了化学从描述性、经验性的科学,向推理性、预测性的现代科学的转变。