中学化学教学改革问题

中学化学教学改革问题清华大学化学系宋心琦北京2011年9月几点新认识•学科的现状与发展趋势和社会对公民素质的要求是教育改革推动力•要学习并重视现代教育学和学科教学研究提供的新理念和方法•要区分职业性要求和素质性要求•学段的衔接更着重于能力课程标准和传统教学大纲的差别•教育理念的变化•教育目标的扩展•教育方式的改变•教师在教学过程中作用的改变•课程标准设计时的主要依据和原则：对现代公民基本素质的要求；内容兼顾基础性、时代性和选择性；承认学生的学习要求、兴趣和特长间存在差异课程结构的改变意味着什么•选修模块和必修模块的关系与前者的相对独立性•选修模块并不要求面向全体学生•所有课程的选修与必修模块的总和构成一个个有针对性的符合学生个体特点的教学计划•为学生自主学习和个性发展,尝试、发现与培育过程提供了必需的时间和空间•应该更有利于对学生潜能的发现与培养情感态度价值观教育问题•学科教育的价值观是教学质量评价的基础•学科教育应当服务于素质教育•如何全面评价国民科学素质教材设计和编写时的考虑•如何领会并体现新课标提出的基础性、时代性和选择性原则•如何实现新课标规定的三维教育目标：知识技能、过程方法和情感态度价值观•确定知识和技能教学目标时应该区分职业要求和素质要求•必修和选修教材的定位、功能和联系教材框架设计思路简介•必修模块着眼于以化学基础知识技能为载体，体现三维教育目标的要求。更加关注科学课程在素质教育中的作用。•选修模块既有其独立性，又要体现和必修模块间的衔接。可分为3类。一类以学科理论为主，如化学反应原理和物质结构与性质。这是为对理论学习有兴趣的学生开设的，侧重于理论的建立、逻辑推理和抽象思维训练．一类以介绍化学在技术和生活中的应用为主，侧重于加强科学技术对社会发展和日常生活的重要性的认识．还有一个专为对于化学实验技术、方法和应用有兴趣的学生开设的实验化学模块。教材框架设计思路简介•必修模块：知识技能以巩固最基础的化学知识、原理、方法与技能为主，包括与化学元素、基本化合物的命名、符号与化学反应式等相关的化学语言体系；常见无机反应的分类，重要有机化合物及反应；物质的量（摩尔）及相关的化学计算（包括物质的量浓度）。化学实验方法及基本操作（包括实验室守则）教材框架设计思路简介•过程方法的教育，主要通过对科学方法的文字叙述和学生的实践活动过程（包括解题、扩展到其他事物的处理尝试及交流研讨等方面）来进行。运用科学方法于工作和生活应当成为公民基本素质组成之一。•过程方法的教育要有针对性的指导，但是学生对过程的体验，包括因未知而产生的困惑、挫折或失败时的懊丧和反思、以及获得成功时的喜悦与经验，则更为重要。新教材中配有相关的栏目和活动内容。关于过程方法教育的思考•化学是一门既重视过程有时又容易忽略过程的学科•化学是一门实验性科学，重现性和反复验证的要求，往往使得过程的终态－结果成为评价的主要依据。而对过程的描述或解释－学科理论至今尚不够完善。如何处理好这对矛盾是改进化学教学和推动教学改革中的一个值得认真研究的问题关于过程方法教育的思考•教学过程是一个漫长、艰苦而又充满着激情的过程•方法不仅依靠教师和教材的传授，教学过程本身所涉及的、通过潜移默化、思考争论、发现谬误和解题捷径的过程，都应当纳入方法教育的范畴。其中以学生对适合自己的方法的发现和构建最有价值•对方法的领会与把握存在着因人因学科而异和循序渐进的心理学特点关于情感态度价值观的教育•情感态度价值观的教育不仅在于提高学生对化学知识在技术发展和经济生活中的重要性的认识，对个人提高科学素质的意义，应该升华为对人类必须和自然界以及社会之间建立和谐关系的认识。即形成高素质的新世纪人才所必需的情感态度和价值观。须对于科学技术、生活质量和环境等有较全面的认识。教材中所建议的许多阅读和探究活动均与此有关。法拉第的名言潜移默化地进行情感态度价值观教育的范例，在6讲关于蜡烛的科普讲座后，法拉第指出：“蜡烛的火焰能把暗处照亮，而金刚石的璀璨在没有火焰照亮时却什么都没有”探究性学习的培养是一个渐进过程•探究性学习着眼于培养自主学习的信心；习惯的养成；能力的提升。意味着：已有的知识技能可以成为学生持续发展的基础和养分；创新意识可以成为实践的动力；持续地学习和探究成为最大的乐趣•探究性学习的教育研究不很成熟。应当允许有一个渐进过程。摸索、试探、反思和交流都是必要的活动•从老师自身做起，把教学探究扩展到学科本身，再回到中等教育牛顿名言的启示•如何理解牛顿关于“巨人肩膀”的名言所包含的治学之道•巨人在哪里？－所有学科教育共有的任务•如何才能爬上巨人的肩膀？－具备台阶的基础才是有效的基础•不仅要看得远，方向还要对化学学科的现状和问题•学科教育落后于学科的现状，从而使学生学习兴趣下降，生源水准下滑。表现为理论滞后、实验技术滞后、教学改革滞后•学科面目模糊方向不明—过分重视能够做什么，而不是能够知道什么•什么是化学的大问题化学学科的大问题•如何设计具有特殊功能和动态特性的分子•细胞的化学基础•如何制造未来的能源、空间和医药所需的材料•思维和记忆的化学基础•生命在地球上是如何开始的。在其他世界中，何地和如何才会出现生命•如何发现全部元素的可能组合？据估算，数量级将大于1014正确认识基础性和时代性的关系•有学科发展轨迹中永远起作用的基础；也有为构建学科基础服务的“基础”。后者如4类基本反应；“化学元素”不变的概念；基本的化学键类型；“惰性气体”等等。•基本概念或理论是不断发展的。例如原子、分子；化合物-物种；物质导电机制；酸和碱等等•应当重视那些对学科和新技术发展持续起作用的基础知识和基本概念，这是进行情感态度价值观教育的着力点，也是教师持续提高和完善自我的有效途径最基本的化学概念和理论•理解和把握化学学科的定义是初等化学教学的要点，它包含了最基本的化学概念和理论•组成：元素的种类和原子、离子的数目（以及形态、化学环境和结合方式）。典型元素的教学应当突出它们的特点和差别。教学实验的要点亦在此。元素化学教学问题•1.教材所选元素的典型性（Na-s区），(Al、Cl-p区），（Fe-d区）•2.元素存在的主要形态-原子、离子（价态）、结合态、络合态•3.元素所处化学环境及其影响•化学反应条件决定了反应途径及产物•实验结论具有不确定性•1元素化学教学问题如何强化对物质化学变化的认识1.表现为组成和结构的变化，组成回归到元素及其形态；结构回归到元素组成、化学键和某个元素或基团所处化学环境的变化。2.变化本身属于物质性质，变化改变了物质，也就改变了它的性质。变化也是认识与识别物质的途径课堂教学中的实验探究•Na和O2的反应通常包含以下两个实验：常温，空气中2Na+O22Na2O点燃后，空气中2Na+O2Na2O2应当观察和思考的问题：1。试剂或物质的存放，稳定性和活性2。Na和Mg在空气中燃烧时现象的比较3。Na2O和Na2O2相比，能想到些什么？对了解Na2O2性质有什么启示4。Na在空气中燃烧只有Na2O2一种产物吗课堂教学中的实验探究•氯气溶于水后的漂白作用问题1。想探究什么？预期的答案可能是什么？2。2Cl－Cl＋2H－O－H4HCl＋O2Cl－Cl＋H－O－HHCl＋HClO3。结论：漂白作用来自水与氯气的反应产物4。不能得出有漂白作用的只有次氯酸的结论5。同是氯元素，价态不同，性质截然不同。对于“组成”的认识是化学最重要的基本概念之一还能学到和想到些什么1。氯气可以损伤人的呼吸道－因为呼吸道中有水存在2。氯可用钢瓶存放－说明室温下氯气和铁单质无作用，但是氯气必须是干燥的。3。氧气、氮气的无味，和氯气、氨的有刺激气味和它们的什么性质有关4。高温下氯可以和铁粉或铁屑直接化合生成氯化铁－说明物质的化学性质往往和所处的外界环境有关（请回忆并对比氧气和铁单质的反应情况)。还能想到些什么课堂教学中另一种形式的探究为什么要讨论次氯酸的不稳定性？1。化学物质的稳定性是最重要的基本性质之一2。不稳定的化学物质如何转变为安全性较高的商品3。使用时使之转变为原来的那个化学物质的常用方法4。从而推衍出在化学中普遍适用的规律还能学到和想到些什么1。酸碱盐间的相互联系是探究化学合成方法时的最重要思路之一。2。由强酸（碱、金属、氧化剂或还原剂）制备弱酸（碱、金属、氧化剂或还原剂）；由易溶物制备难溶物;由稳定性高的代替稳定性低的等，都是首选的化学合成方法－基本原理为这类过程所共有的自发性。判据主要为该过程的ΔG3。ΔS在产物气体分子数多于作用物气体分子数（高温下），纯物理过程如溶解、扩散、掺杂、分子的聚集及有序或无序化等过程中则必须考虑化学实验体系三要素⊗符合探究目标而且不确定因素最少的化学反应体系合理的实验装置，包括安全措施等合理而且有序的实验步骤和合乎规范的操作技术优秀经典实验赏析之一•案例1:拉瓦西测定空气组成的实验步骤12Hg＋O22HgO步骤22HgO2Hg＋O2步骤3步骤2得到的O2和步骤1剩余的N2混合，得到“原来”的空气•学习要点：1。为什么选择Hg？(Hg的沸点:356.6oC;HgO的分解温度:约500oC;HgO不溶于Hg)2。为什么3个步骤都有必要性？3。还能想到些什么？(物理和化学变化的差别和共同点)Zewail因飞秒化学研究获奖的原因•如何确定to=0是飞秒化学实验研究中很难解决的关键问题。亦即谱图和过程如何契合的问题•Zewail找到分子间化合物I-H…O=C=O为研究体系I-H…O=C=O＋ｈνI*+H…O=C=OH…O=C=OH-O+C≡O利用I*发出荧光瞬间作为飞秒时间分辨光谱上的to，从而得到第一张和化学过程相对应的时阈为700fs的激光时间分辨光谱。实验与探究式学习•案例2：空气组成测定体系的选择4P＋5O22P2O51。已知S、C、Mg、Na、蜡烛等都可以满足和空气中的O2发生燃烧反应的条件，为什么P是最佳选择？2。对这个探究性实验来说，为什么以Hg方案最为理想？（通过与Hg方案的对比）3。实施“磷”方案时，最重要的前提假设是什么？（磷可以把空气中的O2用尽）4。采用“磷”方案时，除去经典的体积测定法外，还能想到哪些方法？值得进一步思考的问题•选择这类实验体系来探究类似于空气组成问题时，共同的前提假设：同名分子间的不可区分性•用气体分压或分体积的改变来提供有关气态化学物质变化的信息时，理论依据是什么－气体摩尔体积；理想气体ＰＶＴ之间的关系•某些单质或化合物和氧发生反应的条件和氧化物的组成与性质（在水中的溶解度，是否和氮也能反应等）－化学物质体系的物理性质和化学性质•氧能否全部耗尽－化学反应进行程度•如果希望提高实验所得数据的精确程度，除去改进装置外，还应当考虑哪些问题基础性和时代性关系数例•应当重视那些对学科和新技术发展持续起作用的基础知识和基本概念，探究它们的形成和发展过程，以及视角的变化。•努力从科技新发展中吸取养分。这是教师专业和教学水平提高的着力点。即不断发展和完善自己对学科基础的领悟磁场诱导下的变色体系氢动力能源新设想•已知：HgCl2溶液滴在Al板上，将破坏Al2O3的保护作用。•镓铝合金也有类似作用。单质Ga熔点：29.78oC单质Ga沸点：2403oC因此有可能构成实时供氢的燃料电池（周期系还能告诉些什么）除汞新技术•C&ENsJuly7,2008LatestNews报道：•破损废旧袖珍荧光灯泡（CFLS）中残汞处理一直受到关注。R.Hurt发现由亚硒酸钠和谷胱甘肽（C10H17O6N3S）反应制成无定形粉状纳米硒和汞能够生成无生物活性的HgSe，24小时内可除去近99.9%的汞。单个灯泡的用量仅10mg,而常规除汞剂如硫、锌、活性炭等用量为数克至数千克。基础不仅限于化学•第一个稀有气体化合物的发现，源于物理概念的运用O2+[PtF6]-和Xe+[PtF6]-的对比：O2和Xe的第一电离能相近，两种盐的晶格能相近•无机富勒烯（WS2,MoS2等）的发现，源于几何学的考虑：正六边形网格的变化•石墨烯制备的最简便方案：源于对物质表面黏附力差别的应用摩擦化学和高速硬盘•