2024-2025学年九年级上学期沪教版化学新教材培训讲座基于科学教育创新教与学的方式

基于科学教育创新教与学的方式 王云生 科学是人类为解释自然而创建的模型。 世界是可以理解的，世界万物的存在和变化是有规律的，这些规律是可以认知的。同样的观察结果可以用不同的理论加以解释，科学的观点随着时间的推移会发生变化，新的观察结果会推动改变现有的理论解释。 大部分的科学知识在相当长的时间内是可信的。在科学发展进程中，修正现有的知识（而不是完全抛弃）是常态。 科学不是万能的，科学无法提供对所有问题的完整答案。 科学的探究过程需要证据，证据来自于自然观察或者实验研究。科学是逻辑推理的产物，科学家常常利用想象和猜测提出假设。科学理论应该能够解释现有的观察结果，而且能预言新的现象，具有证伪性。 ---科学的本质与科学教育：周国强（加拿大阿尔伯塔大学科学教育博士，温莎大学教育学院教授、副院长、博士生导师）原文刊于 《中国科技教育》2024-2。 初中化学新教科书依据课程标准，以化学观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任四个维度的核心素养的培养为中心落实化学科学教育的要求。 教学内容上变化不大，增加了了反映我国化学科学发展成就、我国化学家精神和贡献、化学科学新进展、新应用信息。 在内容结构方式、组织序列、呈现方式和教与学的活动要求与设计上做了改进。 在教学中，要关注这些变化，依据课程标准，整体理解、把握教学内容，注意教学内容的基础性、经典性、挖掘教材内容的教育价值，结合学生的特点、自己的研究和理解用好教材，提升学生的求知欲望和学习兴趣，提高教学质量。 2022年颁布的义务教育各科课程标准在前言中指出： 课程要“基于核心素养发展要求，遴选重要观念、主题内容和基础知识，设计课程内容，增强内容与育人目标的联系，优化内容组织形式。设立跨学科主题学习活动，加强学科间相互关联，带动课程综合化实施，强化实践性要求。” 这是我们研究、改进化学教学的指导思想， 初中化学课程是中学科学教育不可缺少的一门课程，承担着化学的启蒙教育、发展学生的核心素养，落实立德树人的根本任务。 初中化学教学要依据课程标准，开展核心素养导向的化学教学，整体规划素养立意的课程目标，构建以化学观念统领的教学内容体系。帮助学生提高求知欲望，激发和发展化学学习兴趣，提高科学素养。 1 整体理解把握学习内容 主题2-4指出初中化学应该学习的有关物质的三个基本内容：各种物质有特定的性质，了解性质可以合理地应用物质；各种物质组成和结构各异，但都由元素组成，都由原子、分子、离子构成；物质在一定条件下会发生化学变化，相互转化，变化遵循一定规律。 主题1、5侧重于科学方法论和价值的认识和养成，体现学科内的融合及学科间的联系，凸显育人价值。指出：学化学要安全地进行化学实验，开展科学探究，通过实验探究认识物质性质、变化和制取；学习化学是为了认识物质世界，认识化学与社会可持续发展的关系；要参与学科实践活动，学习运用化学和跨学科知识，分析说明或解决有关化学的社会问题。 2 用化学观念的建构统摄学习内容 化学观念（化学学科大概念）是认识有关化学的事物，发现、处理、解决有关化学问题的思维方式和观点。 化学教学要用化学观念统领课程内容，使之结构化，避免孤立静态地学习化学概念基本原理和具体性知识、技能，用化学观念指导基础知识基本技能的学习、以形成科学的思路和方法，在参与实验实践活动中养成科学态度和责任。 7 初中化学学习应该初步形成的基本科学观念： 人类探索物质的组成与结构、性质与应用、化学反应及其规律所形成的化学基本观念，主要包括： 物质是由元素组成的（元素观）； 物质具有多样性，可以分为不同的类别（分类观）； 物质是由分子、原子构成的，物质结构决定性质，物质性质决定用途(微粒观、结构观）； 化学变化有新物质生成，其本质是原子的重新组合，且伴随着能量变化，并遵循一定的规律（变化观）； 在一定条件下通过化学反应可以实现物质与能量的转化（转化观、价值观）； 化学与科学、技术、社会、环境密切相关（STSE观）；           方法观 …… 化学学科基本观念 化学学科核心概念 化学学科具体概念 化学学科具体知识 化学基本观念是在学生对核心概念和典型事实深刻理解的基础上，主动地参与深层次的思维（科学理性思维）活动，不断地抽象概括而形成的。 化学知识包括“化学事实性知识”和“化学核心知识”。一般地说，化学事实性知识是化学中具体的、各自相对独立的有关物质、化学反应以及具体的化学应用知识等，而化学核心知识则反映化学科学最基本、最本质的知识，实际上就是化学科学最基本的原理和概念。 化学事实性知识 结构化（分析综合） 化学核心知识 （化学基本原理和概念） 建构（抽象、概括） 化学基本观念 通过主题4学习，帮助学生建立正确的物质化学变化、化学反应的观念（变化观）；开展科学探究与实践，发展科学思维，了解化学方法；养成科学态度与责任，发展学生的化学核心素养途。 形成正确的认识看待化学反应观念（变化观）： 化学反应无时不有、无处不在；变化需要一定条件，变化现象、变化程度快慢受物资性质和反应条件影响；反应类型多样，都遵循质量守恒定律；研究、控制、合理利用化学反应，保证人类社会的可持续发展是化学科学的任务。 例 1 学习主题4 主题名称： 物质的化学变化 主题内容： 4.1物质的变化与转化 4.2化学反应与质量守恒定律 4.2.1化学变化的特征及化学反应的基本类型 4.2.2 化学反应的定量关系与质量守恒定律 4.3 认识化学反应的思路与方法 4.4 化学反应的应用价值及合理调控 4.5 学生必做实验及实践活动 用化学反应的基本观念统领“认识化学反应”(上册第4章）的学习内容 1．认识燃烧、通过实验探究认识燃烧条件----认识化学反应的发生需要一定条件； 2.认识燃烧引起的爆炸、完全燃烧与不完全燃烧-----认识外界条件对化学反应的影响（反应程度、反应现象）； 3．防火和灭火------通过反应条件调整可以控制化学反应； 5. 实践活动（家用燃料变浅与使用）----合理选择使用反应物和反应条件； 6. 学习燃烧等反应实例的表示，分析反应中物质质量的关系----学习化学方程式的书写，依据化学方程式的计算技能，了解化学方程式在研究化学反应中的价值。 3.激发学生求知欲望 化学启蒙教育要把激发学生探究物质世界的求知欲望，提高学生化学学习兴趣，培养科学思维，提升科学素养放在首要地位。 在教学中： 展现有趣的化学现象 (增长好奇求知、感受化学魅力）； 揭示隐含的化学问题（增强问题意识、激发探究欲望）； 开展化学实验与探究学习（学习科学方法、形成科学思维）； 介绍剖析化学知识的应用（发展应用意识、认识化学价值）。 例2 运用趣味实验，要注重引导学生发现问题、提出问题，积极的思考、讨论，培养勤于思考探究的习惯，提高科学思维能力。 加压为什么会使棉花燃烧？ 乙醚、加压、棉花燃烧之间有什么关系？ 对装置加压，会引起什么变化？ 棉花可燃，自是对装置中的棉花加压会引燃它吗？ 乙醚是什么物质，它有什么性质特点？对乙醚正确加压会燃烧吗？ 你能尝试做出解释吗？ 酒精、手帕都是可燃物。点燃它们，酒精燃烧了，手帕却没有燃烧，说明什么？ 酒精达到着火点，燃烧了，手帕没有燃烧，即没有达到着火点，原因是什么？ 酒精燃烧发出的热量没有使手帕温度升高达到着火点，是什么原因？ 实验用的由一定比例混合的水与酒精的混合物来浸透手帕，拥抱纯酒精可以吗？酒精和水的比例不恰当，实验可能会发生什么结果？ 例3. 在实验探究活动中注重研究方法和知识技能运用的揭示 “空气中氧气含量的测定”是一个粗略的定量实验研究，实验使用了 间接测量方法----如：物质转化、数据替代（如曹冲称象）； 应用了物理化学知识：密闭容器中气体体积与压强的关系、压强差产生的动力；红磷的化学性质（燃烧消耗氧气，不与其他气体反应，生成可溶于水的固态物质）； 观察测量的要求：粗略的定量测定； 操作要领： 例4 从二氧化碳制造碳水化合物 中科院天津工业生物技术所、大连化学物理所合作研究，在实验室中成功实现把CO2还原成甲醇（CH3OH）,通过酶催化转化生成C3化合物，再聚合成C6化合物，转化生成人工淀粉。据报道有望在5-10年中实现工业化示范装置。 CO2+H2O ─阳光 → O2 + C6H12O6 CO2 ─还原 → CH3OH → C3化合物→ C6化合物→ C6H12O6 4.开展实验和实践活动 化学实验是基础教育阶段学习化学、进行探究学习活动的主要工具与手段。要依据依据《中小学实验教学基本目录（2023年版）》，把握中学化学实验教学要求，推进化学实验教学方式的改革，切实增强化学实验教学。 运用化学实验创设学习情境，让学生动手动脑开展实验和探究，引发认识冲突，发现问题或揭示需要探究的问题，激起探索的欲望； 动手实验进行科学探究，让生获取物质性质和变化的事实和证据，通过推理、判断证实或证伪假设或猜想，检验探究的结论，发现新问题，引发更深层次的探究活动，理解、掌握化学事实性知识和化学原理、概念，建构化学观念，体验知识的形成过程； 通过实验和探究活动帮助学生学习、运用实验基本技能安全地开展实验活动，可以提高学生实验探究技能，培养观察能力和科学实践能力，培养实事求是的科学态度，形成科学精神。 2023年11月，教育部为强化学科教学实践性、探索性，有效引导教学方法和学习方法的改进，由基础教育司委托中央电化教育馆组织研制了《中小学实验教学基本目录（2023年版）》。 《基本目录》中编选了35项初中化学实验活动。包括课程标准规定的学生8项必做实验、各学习主题“实验及探究活动建议”中的实验项目。还增选了一些富有探究性、应用性的实验活动。 《基本目录》把化学实验分成三种类型： 基础知识、基本技能操作实验活动； 化学探究学习实验； 化学知识应用性实验活动。 反思实验教学的组织思路，改进实验教学。 例5 学习氧气的制备。 通常由教师介绍工业制法，让学生观察老师演示实验室制法，认识反应、收集原理，制备装置、操作步骤和注意事项，而后完成氧气实验室制备的必做实验。 从培养学生主动学积极思考探索的教学理念出发，要设计学科实践活动，用一系列问题串，让学生动脑、动手，主动参与学习。 例如，引导学生思考，氧气在空气中占约1/5 体积，为什么还要人工制备？工业上可以从空气中分离氧气，实验室不能用和工业相似的方法来制备氧气，为什么？实验室里通常用加热条件下加热可以分解出氧气的方法来制备。试剂、仪器、装置的选择，操作方法应该怎么设计？ 运用这些问题引发学生思考，理解教材讲授的内容，帮助学生领悟，物质性质决定它的制备、收集方法，工业制法和实验室制法的目的、制备条件要求会影响制备方法的选择。 学生明白了制备原理、途径、方法确定之后，才能进一步考虑选择原料、试剂、制备装置,设计制备的步骤和操作方法,考虑安全注意事项。 通过问题引领、解决，帮助学生理解、掌握物质制备的通识、通发法，为后续学习、为培养关键能力打下基础--- 认识工业制备和实验室制备目的、要求与具体制备方法的区别；体会物质制备需要依据制备目的、制备原理，确定实验体系，依据实验体系选择、设计制备的设装置、操作步骤；运用实验基础知识基本技能，安全完成物质制备实验。 在二氧化碳的实验室制法的教学中，在氧气实验室制备为基础，让学生自己思考、讨论，依据制备反应原理，从反应物状态、反应条件、所制备气体的物理化学性质，从三类气体发生器、三种气体收集方法选择实验室中制备的发生装置、收集方法。 实验室气体制备的一般要求 气体制备的反应原理、收集（分离）原理 确定实验体系 选择制备试剂、反应条件、发生反应装置 选择气体收集方法 设计实验步骤； 依据实验基本技能要求、实验事规则考虑实验安全成功应注意的事项。 21 5. 研究教学内容的选择和组织 要依据课程标准、参照教科书，选择教学内容，优化组织形式，传承知识、技能，教书育人，发展、提高学生核心素养。 学科知识技能本身具有内在的逻辑关系；学习有自身遵循的规律、有认识发展的逻辑；教与学的活动紧密依存，相互相成，具有授与受的逻辑关系。 教学的组织要做到三种逻辑关系统一、顺畅，才能帮助学生突破难点、全面理解掌握学习内容，全面提高素养，收到良好的教学效果。 例6 依据溶液、溶解度知识内在逻辑、学生认知逻辑，处理教与学的组织 6-1.联系生活实际，建立溶解、溶液的概念：观察、对比水与酒精、汽油的混合，食盐、石灰与水的混合，水、酒精中分别加入食盐、硝酸钾等晶体在水、酒精中的溶解，建立溶解、溶液的概念； 6-2.通过生活事例的比喻和不同物质的溶解实验，感知不同的固体物质（例如食盐和蔗糖，氯化钠和硝酸钾）在水中的溶解能力不同,萌发定量比较物质溶解能力的欲望。 6-3.通过生活事例的比喻和不同条件下物质溶解能力实验，发现物质在中的溶解能力，受到溶剂数量、温度、等因素额影响。 6-4.通过实验，发现比较物质在水中的溶解能力，要相同条件下，在物质的溶解达到最大限度（形成饱和溶液）的情况下进行。 6-5.通过归纳，认识比较不同固体物质在水中的溶解能力，要在相同的温度下、取相同的水量、都达到溶解平衡的条件下进行。 6-6.理解溶解度定义的规定，建立溶解度的概念。 溶质 溶剂（水）的体积/mL 温度 /℃ 溶解的溶质质量/g 结论 （用溶解度/g表示） 氯化钠 50 20 18.0 硝酸钾 50 20 15.8 氯化钠 50 60 18.6 硝酸钾 50 60 55 6-7.通过尝试练习，运用溶解度概念，分析解决简单的实际问题。 分别用20℃、60℃的水各50mL，来溶解氯化钠和硝酸钾，制得到饱和溶液。测定两种物质溶解的质量。结果如下，分析这些数据回答： （1） 20℃、60℃时，氯化钠和硝酸钾的溶解度，各是多少？（2）你认为氯化钠和硝酸钾哪种溶解力强？6- 24 6-8.学习用数据和函数图像表示物质的溶解度。 阅读课本提供的几种不同固体物质在不同温度下的溶解度数据表和溶解度曲线。想一想，从中你能得到哪些信息？如何说明下列问题： 溶解度表中的数值表示什么？20℃时 氢氧化钙、氯化钠、硝酸钾的溶解度各是多少？溶解度曲线纵横坐标表示什么？溶解度曲线上的点表示什么？曲线的变化趋势说明什么？氢氧化钙、氯化钠、硝酸钾的溶解度随温度升高怎么变化？ 例7. 质量守恒定律的探究学习活动的目的和组织 探究什么----是让学生通过实验来发现化学反应质量守恒定律吗？ 探究你活动不在于让学生回到拉瓦锡发现“质量守恒定律”的时代，去模仿、重复前人的探究实验、从三个实验发现质量守恒定律，这是不现实也不科学的。 组织探究实验的目的在于帮助学生解开一个认识误区：依据化学反应的本质是组成物质的原子重新组合，元素种类、原子个数、原子质量都没有改变，二我们常常看到一些物质在发生化学反应后质量变大或变小了，这是否违背化学反应的规律？正确地理解、认识化学反应中物质质量的关系，掌握“质量守恒定律”。 探究活动的组织： 1.根据人们对化学变化发生本质的认识（化学变化是组成物质的元素原子的重新组合），你认为化学反应中物质质量的关系是怎样的？你平时对化学反应的观察，觉得反应中物质质量的变化有什么认识？是否和反应规律有矛盾？ 2.查阅化学史资料（波义耳、拉瓦西的实验），你有什么想法？ 3.观察和理论分析矛盾，问题出在哪里？ 在托盘天平上用锥形瓶和针筒进行CaCO3和稀HCl的反应实验、观测和记录实验现象和结果，作出结论。 观察在敞口、密闭容器中进行的白磷（或其他易燃物）燃烧实验中的质量变化。 探究结论的表达— 例8 中和反应的教学 通过实验的观察、分析帮助学生酸溶液和碱溶液发生了什么样的反应？ 知识获得——有兴趣地、由浅入深理解、掌握中和反应的概念。 1。认识中和反应的反应物与生成物（中和反应的定义，会辨别中和反应） 2。了解中和反应的热现象（了解反应的热效应） 3。理解中和反应的实质（深刻理解反应的本质，扩大对中和反应的认识，能理解应用） 4。掌握中和反应物质变化的形式-----是复分解反应（会判断中和反应的生成物、会书写中和反应的化学方程式） 6.努力提高自身化学科学素养，更新专业知识，提高教学质量和教学效率。 新教材在教学内容选择和组织上，增加了许多新内容。密切联系社会生产生活实际、注意联系与化学密切相关的当代社会热点问题、反映我国和世界化学科学发展的新成就，介绍宣扬我国化学家的爱国精神和奋斗业绩。 在教学中如何生动活泼、饶有兴趣地帮助学生通过这些内容的学习，提高化学学习兴趣、提升化学核心素养，培养科学精神、科学态度和责任感，需要我在教学中学习、探索。 例 9 关注生产、生活和科技的发展现状，在知识学习和跨学科实践活动中深入浅出地帮助学生全面了解从空气中分离制得氧气的原理、技术和方法，关注化学科学在物质制备新技术新方法探索的价值。 （1）讲解传统的工业制氧方法 从液态空气分离。在低温下使沸点较氧气低的液态氮气从液态空气中汽化分离出液态氧气，贮存于钢瓶中。 沸点(1.01x105pa)： O2 -183 ℃ N2 -196 ℃ N2沸点低升温时更易汽化 30 （2）制氧的新方法新技术 2-1 利用气体膜分离技术制氧。 气体分离膜具有很高的选择性渗透特性，使用特定的气体分离膜，在压力、电场或温差的作用下，某种气体渗透速率大于其他气体，可以透过分离膜富集，其他气体被阻拦，使混合气体的不同组分分离。一种“医用膜分离制氧机”的气体分离膜是用无机分子筛膜材料制成的，具有高氧渗透能力。透氧膜是密致的，氧气的渗透过程不是氧分子直接透过膜发生的物理筛分规程，氧气的渗透过程存在一种化学过程，通过化学反应渗透的。可以实现直接从空气中分离纯度达99.5%以上的氧气。 31 一种制备家用制氧机，是利用分子筛的物理吸附和解吸技术，制氧要求要符合国际标准和国家标准。 2-3 利用分子筛物理吸附和解吸技术制氧。 加压时分子筛将空气中氮气吸附，剩余的未被吸收的氧气被收集起来，经过净化处理后即成为高纯度的氧气。在减压条件下，所吸附的氮气可排放回空气中。整个过程可以为周期性地动态循环。 2-3 使用氧烛：在缺氧环境中供自救使用的化学氧源。氧烛利用氯酸钠在加热条件下催化分解制氧，再经除去混有的Cl2、CO、CO2等杂质气体后得到纯净的氧气。 一支30厘米长、直径9厘米的氧烛通过反应释放的氧气可载员40人的潜艇提供一个小时的呼吸需要。 氯酸盐氧烛包括主烛体、位于主烛体上方的易燃药层。 主烛体含氯酸钠、少量高氯酸钾、燃料（钛粉、铁粉、硅粉中的一种或几种的混合物）、催化剂（三氧化二铁、三氧化二钴、氢氧化钴、氯化钴中的一种或几种的混合）、抑氯剂（过氧化钡或过氧化锂）、粘结剂（膨润土、硅酸镁铝、高岭土、硅藻土中的一种或多种混合物）、碎金属片（铁、镁、铝的一种或多种）。这些成分有利于氧烛快速点燃并稳定燃烧，供给纯净的氧气。 易燃药层用不含粘结剂的上述原料和少量蒸馏水混合均匀制成。 2-4 水电解、光解制氧 当代空间站已经设置了很完善的生命保障系统，通过电解水来制氧。在空间站里，电解一升水，能分解出620升氧气，就足以维持一名宇航员在空间站一天的生命活动了。空间站中有高效循环系统，的每一滴水（包括宇航员的尿液、汗液）都会被储存、利用，经过专业的处理成为纯净水，然后再通过电解，来获取氧气。 使用特定催化剂利用太阳光分解水，制得氧气和氢气，为为氢能源的开发利用开辟新技术。 例10 在碳元素的循环、二氧化碳的教学中，帮助学生理解当代社会热点问题-----温室效应对气候的影响、碳中和和碳达标 碳达峰、碳中和---碳达峰是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低。碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植物造树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。 低碳---指较低（更低）的二氧化碳等温室气体的排放。随着世界工业经济发展、人口剧增、人类欲望的无限上升、生产生活方式的无节制，二氧化碳排放量越来越大，气候面临严重问题，灾难性气候屡屡出现，严重危害人类的生存环境和健康安全，高速增长的GDP也因环境污染、气候变化大打折扣。减少排放二氧化碳的生活则叫做低碳生活。 白天阳光穿过大气层照射到地面。太阳辐射按波长分为紫外线、可见光和红外线。紫外线被臭氧层吸收；部分红外线被大气中水蒸气、二氧化碳、甲烷分子所吸收；可见光到达地面，有三分之二被大地吸收，使地面温度升高。其余被反射回宇宙。 夜晚，地表吸收的光以红外线的形式把热量向宇宙发射。 地表发射的红外线大部分返回宇宙，使地表降温。 一部分红外线再次被大气中的水蒸气、二氧化碳、甲烷分子吸收。被大气中各种分子吸收的热量留在了大气中，加热了大气。使大气成为“温室”，形成温室效应使地球保持生命延续的温度。 大气中，水蒸气的含量基本是不变的，而随着人口增加、工业的发展及环境的破坏，二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、臭氧和氟氯烃类不断增加，使更多红外辐射难以返回宇宙，加剧了温室效应，使全球气候变暖。 二氧化碳排放于全球气温变化的统计资料 碳达峰、碳中和---碳达峰是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低。碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植物造树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。 低碳---指较低（更低）的二氧化碳等温室气体的排放。随着世界工业经济发展、人口剧增、人类欲望的无限上升、生产生活方式的无节制，二氧化碳排放量越来越大，气候面临严重问题，灾难性气候屡屡出现，严重危害人类的生存环境和健康安全，高速增长的GDP也因环境污染、气候变化大打折扣。减少排放二氧化碳的生活则叫做低碳生活。 二氧化碳在自然界中的循环 二氧化碳的捕获和封存的途径 谢谢 ！ $$