造纸术是通过化学方法重组植物纤维形成多孔材料的技术,是中国对世界文明的伟大贡献之一。古代造纸术中斩竹漂塘、煮楻足火、荡料入帘、覆帘压纸、透火焙干、性能优化等过程蕴含诸多化学原理,体现了古人通过化学方法利用自然资源的非凡技艺和智慧传承。现代造纸术在传承古法精髓的基础上,在制浆和漂白上有所革新,并基于构性原理通过纤维素改性、添加功能性添加剂、调控微观结构和复合设计研发新型纸张,拓展了应用领域。未来造纸术将向绿色化、功能化与智能化方向发展。

琉璃烧制技艺作为中国传统非物质文化遗产,其工艺传承与化学技术发展深度交织。琉璃的原料组成、熔融反应、呈色机制与成形过程蕴含了丰富的化学知识,同时琉璃的前世(古代琉璃)与今生(现代琉璃)的演变本质是化学成分、反应原理与工艺技术的迭代。以琉璃的“前世-今生”为主线,从化学视角揭秘“前世”琉璃烧制技艺的历史文化和化学智慧,解析“今生”琉璃的化学创新,探索非物质文化遗产在化学教育中的融合路径,实现非物质文化遗产的保护、传承和创新。

为破解初中化学跨学科实践中知识整合与探究深度不足的困境,落实新课标理念,本项目以“小鱼陆养”为情境,构建了由6项阶梯式任务组成的项目式学习模式。学生在养殖监测、水质调控与工程优化的迭代实践中,深度融合“氧气”“水的净化”等化学核心知识。面对“死鱼事件”等真实挑战,其化学观念、科学思维、探究能力及科学态度和责任感均有一定发展。初步总结的初中化学跨学科实践模式,希望能为初中化学开展深度跨学科实践提供可操作的本土化框架。

将“配制一定溶质质量分数的溶液”这一核心知识与大理白族扎染非遗技艺深度融合,以“解密渐变色之美”为项目主题,采用6E教学模式,引导学生经历从溶液配制到扎染创作的完整实践过程。教学中,学生通过设计浓度梯度方案、动手配制不同浓度染液并开展单色与渐变滴染,在真实的文化与审美情境中理解溶液浓度的定量意义。项目注重学生在实验设计、数据收集与误差分析中的主动参与和思维发展,为在化学教学中融入非遗文化传承提供了可借鉴的案例。

以“探究反渗透法如何淡化海水”为驱动性任务,结合“结构与功能”的跨学科概念和“物质的分离”的化学核心主题,引导学生自主提出解决核心任务的关键问题。立足学生已学知识和生活经验,从仿生学、工程设计和化学的角度出发,围绕4个子任务展开探究,助力学生理解技术原理,感知科技魅力和价值。

以“由牡蛎壳制备碳酸钙”为主题,融入可持续发展理念设计“取钙有术”“生钙有法”“提钙有道”等3项子任务,运用数字化实验定量探究反应条件,引导学生使用AI辅助工具完成从垃圾成分鉴别、物质分离到产品制作的全过程,提升学生解决实际问题的能力。

以“调查家用燃料的变迁与合理使用”为主题,将深圳市燃气科学馆中的资源引入初中化学跨学科实践活动中,通过探究燃烧条件与燃料组成、调研家用燃料变迁史与运输应用、探究厨房灶具与安全应急、展望新能源与可持续发展等4个子任务帮助学生建立合理选用燃料、调控燃烧方法的基本概念,拓宽对灭火防爆的科学认知,深刻认识家用燃料的变迁史与变迁原因,发展科学思维和工程思维,树立绿色环保的理念,为基于馆校合作模式的教学提供参考范式。

以“化学反应限度”概念教学为例,在建构主义教学理论的指导下,利用手持技术数字化实验开展建构式教学。基于海洋在环境保护中的重要作用创设贯穿式情境,采用PDE教学策略,引导学生通过定性观察与定量数据分析,建构“化学反应限度”与“化学平衡状态”的核心概念。教学实践表明,该模式有效促进学生概念的理解、迁移与应用,为抽象化学概念的教学提供了可操作的路径。

以“食品添加剂脱氢乙酸钠的利与弊”为社会性科学议题,基于Eilks教学模式设计并实施了该议题的教学实践。通过引导学生从结构、性质、功能及社会影响等多角度展开探究,促进学生批判性思维与决策能力的提升。教学实践表明,该模式有助于学生在真实情境中融合学科知识、增强社会责任感,为核心素养发展提供了有效路径。

期刊文献是中学化学教师深化专业理解、优化教学实践的重要资源。本研究通过问卷调查,发现中学化学教师在期刊文献应用中主要面临课标认知模糊、应用限于输出、转化能力断层等三重困境。基于教学实践案例,提出期刊文献可作为教学设计的“灵感库”、疑难解答的“工具书”、实验创新的“技术站”、试题命制的“情境源”与视野拓展的“前沿窗”,构建五维应用路径。建议从社会支持、校本研修和专业引领等3方面构建支持系统,以提升期刊文献应用效能,推动教师从“被动应付”转向“主动应用”,实现专业自主发展。

以“元素记忆大作战”四合一游戏为实践载体,提出并验证了一种基于人工智能代码编辑器Cursor的化学教育游戏系列化开发方法,包含:(1)系列化构思设计(基于知识图谱的多游戏设计);(2)系列化指令工程(提示词的模板化);(3)系列化测试优化(整体协调优化),为一线教师从开发“单一游戏”到“系列游戏”提供可迁移的技术路径。

针对传统乙酸乙酯制备与水解实验存在污染大、现象不直观、分离提纯烦琐等突出问题,本研究融合绿色化学与可视化探究理念,对实验装置与催化体系进行优化。制备实验采用索氏提取器作为一体化反应-分离装置,以无水AlCl₃替代传统浓硫酸作为催化剂,并搭配甲基紫-变色硅胶-酚酞复合指示体系,实现了反应进程的实时可视化监测与产物的高效、密闭分离。水解实验采用采血管微型反应器,结合苏丹Ⅲ染色与乙醇传感器,直观呈现并定量比较不同条件下的反应速率。改进后的实验实现了试剂微量化、过程可视化与数据定量化,显著降低了污染与安全风险,提升了实验的探究性与教学效果,为中学化学实验的绿色化与数字化改革提供了实践范例。

在阿司匹林官能团检测实验中,发现2项异常现象:羧基检验中,滴加石蕊溶液后,观察到24 h后溶液红色加深;酯基检验中,加入NaHCO₃溶液中和催化剂稀硫酸时,若不控制NaHCO₃溶液浓度,再加入氯化铁溶液后看不到紫色。针对异常现象,围绕阿司匹林水解产物的酸性、水解反应条件、水解产物与Fe³⁺显色反应的调控展开系列实验探究。在此基础上,进一步通过紫外分光光度计进行“不同浓度水杨酸与Fe³⁺配位的紫色色阶”研究,用于估算阿司匹林水解生成的水杨酸含量及阿司匹林的水解速率。最后,从检测物源与检测方法2个维度剖析异常现象的解决思路,并优化阿司匹林官能团检验实验方案,为多官能团物质检验的实验设计和实施提供参考。

科学家-教师-学生伙伴关系(STSP)是国际科学教育领域推动前沿科研与基础教育深度融合的重要协作模式,对于促进学生科学实践能力发展、提升教师专业素养具有重要意义。系统梳理STSP的内涵演进脉络,从学生-科学家伙伴关系(SSP)、科学家-教师伙伴关系(STP)到STSP的拓展与深化,STSP在实施中仍面临角色冲突、时间压力、资源不足、制度缺位等现实困境。对我国的启示在于:正视现实困境,规避实践偏差;立足内生发展,激发协同动力;创新跨越机制,突破边界制约;强化制度护航,培育协同文化。

环化反应一直是高中化学竞赛中的重要考点,鲍德温规则作为亲核反应成环的重要规则是竞赛生需要深刻理解的知识点。因此,以原始的鲍德温规则为基础,结合亲核、自由基和亲电等3类反应实例总结了近年来科学前沿对于该规则的修正和拓展。并结合竞赛真题和考点,引导竞赛学生理解该部分内容。

针对立体化学教学中学生空间思维与反应历程分析能力难以有效衔接的问题,突破传统“分表达式孤立讲授”的线性模式,构建了一种以“立体结构表达式互转”为核心、以费歇尔投影式(Fischer Projection,简称FP)为判定中枢的双路径教学框架。该模式系统界定了费歇尔投影式(作为平面判定“中枢”)与楔形式、锯架投影式、纽曼投影式(作为空间分析“工具”)等的教学功能,构建了“分析路径(→FP)”与“机理路径(FP→)”双驱动的教学框架。通过对烯烃亲电加成、卤代烃S_N2取代及E2消除等典型反应的案例解析,展示了该模式在贯通静态构型判定与动态反应历程中的有效应用。同时,结合Chem3D等数字化工具,实现了“结构构建—表达式转换—机理模拟—产物验证”的完整教学循环,有效降低了学生的认知负荷,提升了学生的立体化学认知与思维能力。

李比希提出的有机化合物的元素定量分析方法,推动了有机化学的发展。2019年人教版新教材选择性必修3中介绍了该方法。通过对国内外文献进行梳理,介绍了李比希法诞生的历史背景,李比希对有机物元素分析装置及实验流程的发明与改进,李比希法的发展及其历史地位,最后总结了李比希法蕴含的教育价值。