柠檬与青柠凭借其独特风味广受人们喜爱,更是深度融入了人们的日常生活。但柠檬与青柠的外观、风味却大相径庭,从2者的化学成分、营养成分及风味差异等方面进行详细阐述,并为中学有机化学教学提供真实的情境素材。

人工智能正深刻重塑基础化学教育的形态。知识获取空前高效,但“学会学习”已成为前提;实验教学所承载的实践体验与科学探究过程,仍具有不可替代性。更深层的影响在于,学生评价与教师评价亟待从知识记忆转向能力素养,学校管理、教材建设亦面临系统性重构。针对师范生培养滞后、在职教师持续学习困境等尚未受到充分关注的问题,建议重构师范课程、建立教师发展支持体系、系统改革评价机制,强调在技术赋能中守住育人本真。

以“我是灭火器设计师”为主题,将二氧化碳专题复习融入递进式的工程设计流程。研究以“认识化学变化的思维模型”为核心线索,通过设计序列化探究任务,引导学生在完成从化学原理到技术产品的转化过程中,系统掌握二氧化碳的制取与性质、酸和碳酸盐的性质与用途、燃烧与灭火原理等核心知识,同时建构“物质的变化与转化”学科大概念,实现知识结构化,形成化学、技术、工程融合解决跨学科问题的思路和方法。

基于“教-学-评”一体化理念对“分子和原子”进行整体设计和实施,从分子和原子的认识功能入手,将真实的认识情境转化为学习任务,通过解释说明、画图示意、制作模型、拆分模型等表现性活动外显认识偏差,通过生生交流、小组评价、学生质疑、教师追问等互动方式,在评价反馈中帮助学生搭建从宏观到微观认识转变的“桥梁”,引导形成从宏观到微观的认识路径,促进微观认识发展。

以“酰胺”结构与性质为知识载体,以“设计真丝织物洗护科普卡”为核心项目主题,构建“总项目引领—子项目递进”的教学框架。通过“探究常用洗涤剂与洗涤原理”“探究真丝成分与洗涤剂酸碱性的关系”“探究真丝成分与洗涤水温的关系”等3个进阶式任务,引导学生从真实生活情境出发,结合实验探究、类比推理和模型建构等方法,系统整合羧酸衍生物、蛋白质结构等知识模块。研究发现:项目式学习有效促进了学生对“结构-性质-用途”认知模型的深度理解,使其通过对比酯基与酰胺基的水解特性,掌握类比思维的科学路径;同时,在实验设计与现象分析中强化了证据推理能力,并通过科普卡的迭代优化培养了跨学科实践能力与社会责任意识。实践表明,基于真实问题的项目化教学能够实现知识结构化、思维可视化和素养显性化,为有机化学的深度教学提供可借鉴范式。

面对高三复习课“物质结构与性质”模块常见的“知识罗列、机械记忆”问题,本课例提出“像科学家一样思考”的教学主张。以我国科学家成功制备碳酸氢钙晶体这一前沿成果为探究载体,引导学生模拟科学家的分析、解决过程,深入理解“宏观性质－微观结构－微粒间的相互作用”3者间的内在逻辑。教学通过“发现异常→归因结构→分析作用→提出方案→验证表征”5个递进环节,让学生亲历从性质反常到结构解读,再到条件调控的完整思维历程,从而将“结构决定性质”核心观念内化为可迁移的分析工具,有效发展了学生的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等化学学科核心素养。

为应对高三化学“原电池”一轮复习中模型认知碎片化、陌生情境迁移困难及人工智能(AI)应用浅表化等问题,本研究以“化学能与电能”为主题,开展以“设计新型化学电源”为核心任务的探究式教学。通过构建“模型解构与重构—迁移与修正—应用与反思”的教学模式,将生成式AI系统定位为“可视化助手”“工程顾问”和“苏格拉底式导师”,贯穿“模型建立→方案设计→AI评估→修正优化→反思迁移”完整学习流程。教学实践表明,该模式能有效引导学生构建“电极反应—电极材料—离子导体—电子导体”系统认知模型,突破水溶液体系思维定势,提升学生在真实、复杂情境中分析、设计与评价电池的能力,并促进其形成“人机协同、以人为中心”的AI素养。本研究为发展学生模型认知与高阶思维、推动化学复习教学智能化转型提供了可操作、可复制的实施路径。

为揭示不同学业水平学生解决氧化还原反应问题的认知加工差异,本研究采用事件相关电位技术,通过记录30名高一学生(学优生15人,学困生15人)在完成不同难度问题时的脑电数据,具体分析了N200,P300,N400成分及其行为表现。结果发现:学优生在简单问题上注意资源分配高效(P300增大),语义整合顺畅(N400负向减小且转为正向偏转);在困难问题上能灵活切换至更精细的语义整合加工(N400增大)。学困生在简单问题上即存在认知冲突与启动困难(N200增大且N400激活不足),在困难问题中陷入“高冲突、低整合”的僵化状态。结果表明:学优生具有弹性认知资源调配能力,学困生则呈现加工僵化与资源枯竭。本研究的数据与结论为支持差异化教学策略提供了脑电层面的证据。

高中生在网状晶体学习中存在空间认知障碍,仅凭观察静态的实物或三维虚拟模型不足以突破这一瓶颈。为此,利用生成式人工智能(GenAI)辅助开发“支架式晶胞模型”,构建了“空间定位与量化分析”“要素解构与视点聚焦”“结构演化与知识迁移”等3类教学支架。通过设计结构化的提示词,将抽象的教学意图转化为了Web端轻量化的交互功能。以金刚石和单晶硅为例,剖析了分数坐标换算、特定六元环动态追踪及结构演化等教学功能的实现过程。在此基础上,搭建了涵盖20多种晶体的可视化教学资源库。教学实践表明,该模型能有效帮助学生突破核心认知难点,在面对复杂变式时依然能做出准确判断。

《教师生成式人工智能应用指引(第一版)》为化学教育数字化转型明确了应用规范与实施边界。总结了由通用大模型、化学数字化专用工具、图像视频生成软件、综合教育平台、化学应用程序编程接口以及以 Hermes Agent,OpenClaw为代表的生成式智能体组成的智能教学工具体系,围绕助力学习变革、教学提质、育人进阶、评价增效、管理升级、研究创新等6大应用维度,梳理生成式人工智能在课堂教学、实验革新、大型仪器培训、智能评价、趣味教学、科研赋能与实验室管理中的落地路径及典型实践案例;指出化学教育应弱化机械知识灌输,重点培育学生的创新思维、批判性思维及战略、辩证、系统思维等高阶思维素养,坚守育人底线与安全伦理规范,以期为一线化学教师依规、科学、高效运用生成式人工智能开展教学实践提供参考。

围绕初中化学课标“探究绿色植物叶片昼夜释放气体的差异”的主题实验,进行定性和定量探究。定性探究只能检测单一气体含量,无法同步反映2种气体的联动变化,亦不能连续观测气体变化的动态过程。借助手持技术开展定量监测,可实时捕捉光照与黑暗环境中CO₂,O₂的连续变化。实验发现,密闭体系CO₂不足时,光照下会出现O₂,CO₂同步下降的异常现象,根源在于低CO₂会促进植物的光呼吸。适当补充CO₂,即可还原光照下CO₂减少、O₂升高的正常变化。本研究围绕异常现象深入探究,为客观看待实验异常、培养科学探究思维提供示范。

为解决传统气体实验装置复杂、操作烦琐、难以分组教学等问题,设计了一款集气体制备与性质检验于一体的创新装置。该装置成本低廉、普适性强,为中学化学气体分组实验提供了一种易于复制和推广的新模式。

以“锌与水为什么难反应”为问题情境,从热力学与动力学双视角对锌与水反应进行分析并开展实验探究。热力学计算结果表明锌与水可以反应。创新实验利用EDTA四钠盐等螯合剂破坏锌表面的保护膜,通过升温、构成原电池、增大金属表面积等方式来降低析氢过电位,实现了锌与水反应现象的可视化,揭开了锌与水能反应的事实。改进后的实验现象明显,有效激发了学生的科学探究热情,发展了“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”等化学学科核心素养。

改变温度使多重平衡发生移动,原料的平衡转化率和产物的平衡选择性随温度变化的归因问题在师生中发展为普遍性的迷失问题。以2023年高考江苏卷第13题(平行反应体系)和2022年高考江苏卷第13题(连续反应体系)为例,从对立统一角度、定量计算角度和化学反应原理定性角度探讨了温度对多重平衡体系转化率与选择性的影响,并总结了多重平衡中原料的转化率和产物的选择性受温度影响问题的一般分析思路。

在全球科学议题频现的背景下,化学教育正面临知识系统性与问题复杂性、学科边界与议题跨学科性、价值中立与责任介入的三重张力。基于《斯德哥尔摩未来化学宣言》与IUPAC《负责任化学的指导原则》,提出化学教育应从知识传授转向系统思维、从学科本位转向问题整合、从伦理中立转向价值介入的价值重构路径,并从议题驱动课程组织、系统思维内容呈现、科研反哺教学等3方面构建实践路径,为培养能应对复杂全球挑战的化学人才提供理论支撑与行动框架。

1898年,随着稀有气体被认定为周期表中的一个新族,拉姆塞在族内递变规律指引下预见了氪元素,并与特拉弗斯通过液态空气分馏分离并确认了氪单质,证明了元素周期表中零族存在的合理性,完善了人们对稀有气体的认识。1920年,阿斯顿发现了氪元素的6种同位素,推动了人们对氪元素的认识由单一相对原子质量物质转变为同位素集合,氪元素概念的现代认知初步形成。1963年,化合物二氟化氪的发现使人们意识到氪的“惰性”受外界条件与反应路径的强烈制约,促进了稀有气体化学及化学键理论的发展。总之,氪元素概念的形成和发展对于元素周期律的完善及人们对原子结构和化学键理论的认识起到极为重要的桥梁作用。