中學(xué)化學(xué)教學(xué)改革問題

1、中學(xué)化學(xué)教學(xué)改革問題,清華大學(xué)化學(xué)系 宋心琦 北京 2011年9月,幾點(diǎn)新認(rèn)識(shí),學(xué)科的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)和社會(huì)對(duì)公民素質(zhì)的要求是教育改革推動(dòng)力 要學(xué)習(xí)并重視現(xiàn)代教育學(xué)和學(xué)科教學(xué)研究提供的新理念和方法 要區(qū)分職業(yè)性要求和素質(zhì)性要求 學(xué)段的銜接更著重于能力,課程標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)教學(xué)大綱的差別,教育理念的變化 教育目標(biāo)的擴(kuò)展 教育方式的改變 教師在教學(xué)過程中作用的改變 課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)和原則：對(duì)現(xiàn)代公民基本素質(zhì)的要求；內(nèi)容兼顧基礎(chǔ)性、時(shí)代性和選擇性；承認(rèn)學(xué)生的學(xué)習(xí)要求、興趣和特長(zhǎng)間存在差異,課程結(jié)構(gòu)的改變意味著什么,選修模塊和必修模塊的關(guān)系與前者的相對(duì)獨(dú)立性 選修模塊并不要求面向全體學(xué)生 所有課程的選

2、修與必修模塊的總和構(gòu)成一個(gè)個(gè)有針對(duì)性的符合學(xué)生個(gè)體特點(diǎn)的教學(xué)計(jì)劃 為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性發(fā)展,嘗試、發(fā)現(xiàn)與培育過程提供了必需的時(shí)間和空間 應(yīng)該更有利于對(duì)學(xué)生潛能的發(fā)現(xiàn)與培養(yǎng),情感態(tài)度價(jià)值觀教育問題,學(xué)科教育的價(jià)值觀是教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ) 學(xué)科教育應(yīng)當(dāng)服務(wù)于素質(zhì)教育 如何全面評(píng)價(jià)國(guó)民科學(xué)素質(zhì),教材設(shè)計(jì)和編寫時(shí)的考慮,如何領(lǐng)會(huì)并體現(xiàn)新課標(biāo)提出的基礎(chǔ)性、時(shí)代性和選擇性原則 如何實(shí)現(xiàn)新課標(biāo)規(guī)定的三維教育目標(biāo)：知識(shí)技能、過程方法和情感態(tài)度價(jià)值觀 確定知識(shí)和技能教學(xué)目標(biāo)時(shí)應(yīng)該區(qū)分職業(yè)要求和素質(zhì)要求 必修和選修教材的定位、功能和聯(lián)系,教材框架設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介,必修模塊著眼于以化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)技能為載體，體現(xiàn)三維教育目標(biāo)

3、的要求。更加關(guān)注科學(xué)課程在素質(zhì)教育中的作用。 選修模塊既有其獨(dú)立性，又要體現(xiàn)和必修模塊間的銜接。可分為3類。一類以學(xué)科理論為主，如化學(xué)反應(yīng)原理和物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。這是為對(duì)理論學(xué)習(xí)有興趣的學(xué)生開設(shè)的，側(cè)重于理論的建立、邏輯推理和抽象思維訓(xùn)練一類以介紹化學(xué)在技術(shù)和生活中的應(yīng)用為主，側(cè)重于加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展和日常生活的重要性的認(rèn)識(shí)還有一個(gè)專為對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、方法和應(yīng)用有興趣的學(xué)生開設(shè)的實(shí)驗(yàn)化學(xué)模塊。,教材框架設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介,必修模塊：知識(shí)技能以鞏固最基礎(chǔ)的化學(xué)知識(shí)、原理、方法與技能為主，包括與化學(xué)元素、基本化合物的命名、符號(hào)與化學(xué)反應(yīng)式等相關(guān)的化學(xué)語言體系；常見無機(jī)反應(yīng)的分類，重要有機(jī)化合物及反應(yīng)

4、；物質(zhì)的量（摩爾）及相關(guān)的化學(xué)計(jì)算（包括物質(zhì)的量濃度）?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)方法及基本操作（包括實(shí)驗(yàn)室守則）,教材框架設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介,過程方法的教育，主要通過對(duì)科學(xué)方法的文字?jǐn)⑹龊蛯W(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)過程（包括解題、擴(kuò)展到其他事物的處理嘗試及交流研討等方面）來進(jìn)行。運(yùn)用科學(xué)方法于工作和生活應(yīng)當(dāng)成為公民基本素質(zhì)組成之一。 過程方法的教育要有針對(duì)性的指導(dǎo)，但是學(xué)生對(duì)過程的體驗(yàn)，包括因未知而產(chǎn)生的困惑、挫折或失敗時(shí)的懊喪和反思、以及獲得成功時(shí)的喜悅與經(jīng)驗(yàn)，則更為重要。新教材中配有相關(guān)的欄目和活動(dòng)內(nèi)容。,關(guān)于過程方法教育的思考,化學(xué)是一門既重視過程有時(shí)又容易忽略過程的學(xué)科 化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，重現(xiàn)性和反復(fù)驗(yàn)證的要求，往

5、往使得過程的終態(tài)結(jié)果成為評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。而對(duì)過程的描述或解釋學(xué)科理論至今尚不夠完善。如何處理好這對(duì)矛盾是改進(jìn)化學(xué)教學(xué)和推動(dòng)教學(xué)改革中的一個(gè)值得認(rèn)真研究的問題,關(guān)于過程方法教育的思考,教學(xué)過程是一個(gè)漫長(zhǎng)、艱苦而又充滿著激情的過程 方法不僅依靠教師和教材的傳授，教學(xué)過程本身所涉及的、通過潛移默化、思考爭(zhēng)論、發(fā)現(xiàn)謬誤和解題捷徑的過程，都應(yīng)當(dāng)納入方法教育的范疇。其中以學(xué)生對(duì)適合自己的方法的發(fā)現(xiàn)和構(gòu)建最有價(jià)值 對(duì)方法的領(lǐng)會(huì)與把握存在著因人因?qū)W科而異和循序漸進(jìn)的心理學(xué)特點(diǎn),關(guān)于情感態(tài)度價(jià)值觀的教育, 情感態(tài)度價(jià)值觀的教育不僅在于提高學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)在技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)生活中的重要性的認(rèn)識(shí)，對(duì)個(gè)人提高科學(xué)素質(zhì)的意

6、義，應(yīng)該升華為對(duì)人類必須和自然界以及社會(huì)之間建立和諧關(guān)系的認(rèn)識(shí)。即形成高素質(zhì)的新世紀(jì)人才所必需的情感態(tài)度和價(jià)值觀。須對(duì)于科學(xué)技術(shù)、生活質(zhì)量和環(huán)境等有較全面的認(rèn)識(shí)。教材中所建議的許多閱讀和探究活動(dòng)均與此有關(guān)。,法拉第的名言,潛移默化地進(jìn)行情感態(tài)度價(jià)值觀教育的范例，在6講關(guān)于蠟燭的科普講座后，法拉第指出： “蠟燭的火焰能把暗處照亮，而金剛石的璀璨在沒有火焰照亮?xí)r卻什么都沒有”,探究性學(xué)習(xí)的培養(yǎng)是一個(gè)漸進(jìn)過程,探究性學(xué)習(xí)著眼于培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的信心；習(xí)慣的養(yǎng)成；能力的提升。意味著：已有的知識(shí)技能可以成為學(xué)生持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和養(yǎng)分；創(chuàng)新意識(shí)可以成為實(shí)踐的動(dòng)力；持續(xù)地學(xué)習(xí)和探究成為最大的樂趣 探究性學(xué)習(xí)的教育

7、研究不很成熟 。應(yīng)當(dāng)允許有一個(gè)漸進(jìn)過程。摸索、試探、反思和交流都是必要的活動(dòng) 從老師自身做起，把教學(xué)探究擴(kuò)展到學(xué)科本身，再回到中等教育,牛頓名言的啟示,如何理解牛頓關(guān)于“巨人肩膀”的名言所包含的治學(xué)之道 巨人在哪里？所有學(xué)科教育共有的任務(wù) 如何才能爬上巨人的肩膀？具備臺(tái)階的基礎(chǔ)才是有效的基礎(chǔ) 不僅要看得遠(yuǎn)，方向還要對(duì),化學(xué)學(xué)科的現(xiàn)狀和問題,學(xué)科教育落后于學(xué)科的現(xiàn)狀，從而使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，生源水準(zhǔn)下滑。表現(xiàn)為理論滯后、實(shí)驗(yàn)技術(shù)滯后、教學(xué)改革滯后 學(xué)科面目模糊方向不明過分重視能夠做什么，而不是能夠知道什么 什么是化學(xué)的大問題,化學(xué)學(xué)科的大問題,如何設(shè)計(jì)具有特殊功能和動(dòng)態(tài)特性的分子 細(xì)胞的化學(xué)基礎(chǔ)

8、 如何制造未來的能源、空間和醫(yī)藥所需的材料 思維和記憶的化學(xué)基礎(chǔ) 生命在地球上是如何開始的。在其他世界中，何地和如何才會(huì)出現(xiàn)生命 如何發(fā)現(xiàn)全部元素的可能組合？據(jù)估算，數(shù)量級(jí)將大于1014,正確認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)性和時(shí)代性的關(guān)系,有學(xué)科發(fā)展軌跡中永遠(yuǎn)起作用的基礎(chǔ)；也有為構(gòu)建學(xué)科基礎(chǔ)服務(wù)的“基礎(chǔ)”。后者如4類基本反應(yīng)；“化學(xué)元素”不變的概念；基本的化學(xué)鍵類型；“惰性氣體”等等。 基本概念或理論是不斷發(fā)展的。例如原子、分子；化合物-物種；物質(zhì)導(dǎo)電機(jī)制；酸和堿等等 應(yīng)當(dāng)重視那些對(duì)學(xué)科和新技術(shù)發(fā)展持續(xù)起作用的基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念，這是進(jìn)行情感態(tài)度價(jià)值觀教育的著力點(diǎn)，也是教師持續(xù)提高和完善自我的有效途徑,最基本的化學(xué)

9、概念和理論,理解和把握化學(xué)學(xué)科的定義是初等化學(xué)教學(xué)的要點(diǎn)，它包含了最基本的化學(xué)概念和理論 組成：元素的種類和原子、離子的數(shù)目（以及形態(tài)、化學(xué)環(huán)境和結(jié)合方式）。典型元素的教學(xué)應(yīng)當(dāng)突出它們的特點(diǎn)和差別。教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)亦在此。,元素化學(xué)教學(xué)問題,1.教材所選元素的典型性（Na-s區(qū)），(Al、Cl-p區(qū)），（Fe-d區(qū)） 2.元素存在的主要形態(tài)-原子、離子（價(jià)態(tài)）、結(jié)合態(tài)、絡(luò)合態(tài) 3.元素所處化學(xué)環(huán)境及其影響 化學(xué)反應(yīng)條件決定了反應(yīng)途徑及產(chǎn)物 實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有不確定性 1,元素化學(xué)教學(xué)問題,如何強(qiáng)化對(duì)物質(zhì)化學(xué)變化的認(rèn)識(shí) 1.表現(xiàn)為組成和結(jié)構(gòu)的變化，組成回歸到元素及其形態(tài)；結(jié)構(gòu)回歸到元素組成、化學(xué)鍵和某個(gè)

10、元素或基團(tuán)所處化學(xué)環(huán)境的變化。 2.變化本身屬于物質(zhì)性質(zhì)，變化改變了物質(zhì)，也就改變了它的性質(zhì)。變化也是認(rèn)識(shí)與識(shí)別物質(zhì)的途徑,課堂教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)探究,Na和O2的反應(yīng)通常包含以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)： 常溫，空氣中 2Na + O2 2Na2O 點(diǎn)燃后，空氣中 2Na + O2 Na2O2 應(yīng)當(dāng)觀察和思考的問題： 1。試劑或物質(zhì)的存放，穩(wěn)定性和活性 2。Na和Mg在空氣中燃燒時(shí)現(xiàn)象的比較 3。Na2O和Na2O2相比，能想到些什么？對(duì)了解Na2O2性質(zhì)有什么啟示 4。Na在空氣中燃燒只有Na2O2一種產(chǎn)物嗎,課堂教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)探究,氯氣溶于水后的漂白作用問題 1。想探究什么？預(yù)期的答案可能是什么？ 2。2 Cl

11、Cl2 HOH 4 HClO2 ClCl HOH HClHClO 3。結(jié)論：漂白作用來自水與氯氣的反應(yīng)產(chǎn)物 4。不能得出有漂白作用的只有次氯酸的結(jié)論 5。同是氯元素，價(jià)態(tài)不同，性質(zhì)截然不同。對(duì)于“組成”的認(rèn)識(shí)是化學(xué)最重要的基本概念之一,還能學(xué)到和想到些什么,1。氯氣可以損傷人的呼吸道因?yàn)楹粑乐杏兴嬖?2。氯可用鋼瓶存放說明室溫下氯氣和鐵單質(zhì)無作用，但是氯氣必須是干燥的。 3。氧氣、氮?dú)獾臒o味，和氯氣、氨的有刺激氣味和它們的什么性質(zhì)有關(guān) 4。高溫下氯可以和鐵粉或鐵屑直接化合生成氯化鐵說明物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)往往和所處的外界環(huán)境有關(guān)（請(qǐng)回憶并對(duì)比氧氣和鐵單質(zhì)的反應(yīng)情況)。還能想到些什么,課堂教學(xué)中另

12、一種形式的探究,為什么要討論次氯酸的不穩(wěn)定性？ 1?；瘜W(xué)物質(zhì)的穩(wěn)定性是最重要的基本性質(zhì)之一 2。不穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)如何轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩暂^高的商品 3。使用時(shí)使之轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓉淼哪莻€(gè)化學(xué)物質(zhì)的常用方法 4。從而推衍出在化學(xué)中普遍適用的規(guī)律,還能學(xué)到和想到些什么,1。酸堿鹽間的相互聯(lián)系是探究化學(xué)合成方法時(shí)的最重要思路之一。 2。由強(qiáng)酸（堿、金屬、氧化劑或還原劑）制備弱酸（堿、金屬、氧化劑或還原劑）；由易溶物制備難溶物;由穩(wěn)定性高的代替穩(wěn)定性低的等，都是首選的化學(xué)合成方法基本原理為這類過程所共有的自發(fā)性。判據(jù)主要為該過程的G 3。S在產(chǎn)物氣體分子數(shù)多于作用物氣體分子數(shù)（高溫下），純物理過程如溶解、擴(kuò)散、摻雜、

13、分子的聚集及有序或無序化等過程中則必須考慮,化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系三要素,符合探究目標(biāo)而且不確定因素最少的化學(xué)反應(yīng)體系 合理的實(shí)驗(yàn)裝置，包括安全措施等 合理而且有序的實(shí)驗(yàn)步驟和合乎規(guī)范的操作技術(shù),優(yōu)秀經(jīng)典實(shí)驗(yàn)賞析之一,案例1: 拉瓦西測(cè)定空氣組成的實(shí)驗(yàn) 步驟1 2Hg O2 2HgO 步驟2 2HgO 2Hg O2 步驟3 步驟2得到的O2和步驟1剩余的N2混合，得到“原來”的空氣 學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 1。為什么選擇 Hg ？( Hg的沸點(diǎn):356.6oC; HgO的分解溫度:約500oC; HgO不溶于Hg) 2。為什么3個(gè)步驟都有必要性？ 3。還能想到些什么？(物理和化學(xué)變化的差別和共同點(diǎn)),Zewail因

14、飛秒化學(xué)研究獲獎(jiǎng)的原因,如何確定 to=0 是飛秒化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中很難解決的關(guān)鍵問題。亦即譜圖和過程如何契合的問題 Zewail找到分子間化合物I-HO=C=O為研究體系 I-HO=C=O I* + HO=C=O HO=C=O H-O + CO 利用I*發(fā)出熒光瞬間作為飛秒時(shí)間分辨光譜上的to，從而得到第一張和化學(xué)過程相對(duì)應(yīng)的時(shí)閾為700fs的激光時(shí)間分辨光譜。,實(shí)驗(yàn)與探究式學(xué)習(xí),案例2：空氣組成測(cè)定體系的選擇 4 P 5O2 2P2O5 1。已知S、C、Mg、Na、蠟燭等都可以滿足和空氣中的O2發(fā)生燃燒反應(yīng)的條件，為什么P是最佳選擇？ 2。對(duì)這個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)來說，為什么以Hg方案最為理想？（通過

15、與Hg方案的對(duì)比） 3。 實(shí)施“磷”方案時(shí)，最重要的前提假設(shè)是什么？（磷可以把空氣中的O2用盡） 4。采用“磷”方案時(shí)，除去經(jīng)典的體積測(cè)定法外，還能想到哪些方法？,值得進(jìn)一步思考的問題,選擇這類實(shí)驗(yàn)體系來探究類似于空氣組成問題時(shí)，共同的前提假設(shè)：同名分子間的不可區(qū)分性 用氣體分壓或分體積的改變來提供有關(guān)氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)變化的信息時(shí)，理論依據(jù)是什么氣體摩爾體積；理想氣體之間的關(guān)系 某些單質(zhì)或化合物和氧發(fā)生反應(yīng)的條件和氧化物的組成與性質(zhì)（在水中的溶解度，是否和氮也能反應(yīng)等）化學(xué)物質(zhì)體系的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì) 氧能否全部耗盡化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度 如果希望提高實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的精確程度，除去改進(jìn)裝置外，還應(yīng)當(dāng)考慮哪

16、些問題,基礎(chǔ)性和時(shí)代性關(guān)系數(shù)例,應(yīng)當(dāng)重視那些對(duì)學(xué)科和新技術(shù)發(fā)展持續(xù)起作用的基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念，探究它們的形成和發(fā)展過程，以及視角的變化。 努力從科技新發(fā)展中吸取養(yǎng)分。這是教師專業(yè)和教學(xué)水平提高的著力點(diǎn)。即不斷發(fā)展和完善自己對(duì)學(xué)科基礎(chǔ)的領(lǐng)悟,磁場(chǎng)誘導(dǎo)下的變色體系,氫動(dòng)力能源新設(shè)想,已知：HgCl2溶液滴在Al板上，將破壞Al2O3的保護(hù)作用。 鎵鋁合金也有類似作用。 單質(zhì)Ga熔點(diǎn)：29.78oC 單質(zhì)Ga沸點(diǎn)：2403oC 因此有可能構(gòu)成實(shí)時(shí)供氫的燃料電池（周期系還能告訴些什么）,除汞新技術(shù),C&ENs July 7, 2008 Latest News 報(bào)道： 破損廢舊袖珍熒光燈泡（CFLS）中

17、殘汞處理一直受到關(guān)注。R.Hurt 發(fā)現(xiàn)由亞硒酸鈉和谷胱甘肽（C10H17O6N3S）反應(yīng)制成無定形粉狀納米硒和汞能夠生成無生物活性的HgSe，24小時(shí)內(nèi)可除去近99.9%的汞。單個(gè)燈泡的用量?jī)H10mg,而常規(guī)除汞劑如硫、鋅、活性炭等用量為數(shù)克至數(shù)千克。,基礎(chǔ)不僅限于化學(xué), 第一個(gè)稀有氣體化合物的發(fā)現(xiàn)，源于物理概念的運(yùn)用 O2+PtF6- 和 Xe+PtF6-的對(duì)比：O2和Xe的第一電離能相近，兩種鹽的晶格能相近 無機(jī)富勒烯（WS2, MoS2等）的發(fā)現(xiàn)，源于幾何學(xué)的考慮：正六邊形網(wǎng)格的變化 石墨烯制備的最簡(jiǎn)便方案：源于對(duì)物質(zhì)表面黏附力差別的應(yīng)用,摩擦化學(xué)和高速硬盤,摩擦化學(xué)是力化學(xué)的一個(gè)分支

18、，要求體系內(nèi)至少有一相為固相。 一艘新油輪失火的原因 與機(jī)械、建筑、飛行器、潤(rùn)滑系統(tǒng)等領(lǐng)域的關(guān)系 硬盤轉(zhuǎn)速與摩擦化學(xué)的關(guān)系,C60發(fā)現(xiàn)史的啟示,用電弧轟擊法不僅能夠得到C60，也能得到碳納米管，而且后者穩(wěn)定性高于前者。為什么當(dāng)時(shí)只發(fā)現(xiàn)了C60？教訓(xùn)是什么,最基本的化學(xué)概念和理論,化學(xué)結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)是分子內(nèi)部組成元素原子核的排布與結(jié)合方式。 分析化學(xué)反應(yīng)時(shí)，從靜態(tài)結(jié)構(gòu)出發(fā)，基于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的概念。就能夠比較容易地解決學(xué)習(xí)H2SO4、HNO3、 CH3OH、 CH3COOH、兩性氫氧化物等在不同條件下的不同變化方式。把握住化學(xué)鍵的作用力本質(zhì)。,最基本的化學(xué)概念和理論,物質(zhì)由微粒構(gòu)成是化學(xué)的最基本概念?？梢酝茝V到電子、質(zhì)子、中子、光子等 化學(xué)以原子分子為核心概念，在原子結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上，離子概念是不難建立的。由組成結(jié)構(gòu)來認(rèn)識(shí)分子，才能夠真正掌握分子概念，加上微粒觀，才能夠正確地認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象。 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原子分子，是了解和預(yù)見所有不穩(wěn)定物種，如自由基、分子離子、原子分子的激發(fā)態(tài)等的基礎(chǔ),最基本的化學(xué)概念和理論,摩爾為什么會(huì)成為難點(diǎn)？ 1.物質(zhì)由微粒組成，能量的量子化是兩個(gè)由科學(xué)提供的而不是直接來自生活經(jīng)驗(yàn)的基本概念。這是產(chǎn)生困難的主要原因，