科学研究前沿知识在初中化学教学中的应用.pdf
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1、 年 月云南化工 第 卷第 期 ,:科学研究前沿知识在初中化学教学中的应用王建坤,李艳妮,冯默,杨艳华 (昆明学院化学化工学院,云南昆明 ;武强县第二实验中学,河北衡水 )摘要:科学研究前沿知识与社会实际生产生活有密切联系,但初中生和教师对其了解不够深入。因此,将科学研究前沿知识与初中化学教学相结合,分析四个前沿内容及其对应的知识切入点,可以开拓学生视野,提升学生学科核心素养,可以丰富教师教学内容,为科学研究前沿知识有效渗透入课堂教学提供参考与借鉴。关键词:初中化学;科学研究前沿知识;课堂教学中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,;,):,:;义务教育阶段的化学教育,要激发学生学习化学的
2、好奇心,引导学生认识物质世界的变化规律,形成化学的基本观念;引导学生认识化学、技术、社会和环境的相互关系,理解学科的本质,提高学生的科学素养 。化学科学的发展为人类创造了巨大的物质财富,在教学中应密切联系生产、生活实际,引导学生初步认识化学与环境、化学与资源、化学与人类健康的关系,逐步树立科学发展观,领悟科学探究的方法,增强对自然和社会的责任感,在实践中不断培养学生的创新意识,使其在面临和处理与化学有关的社会问题时能做出更合理、更科学的思考和判断 。每年都有大量的前沿性科学研究被不断报道,科学前沿知识有效地渗透到教学课堂,既符合课程标准的要求,也有益于学生个性的发展 ,提升学生的学习兴趣,进而
3、培养学生科学探究与创新意识、科学态度与社会责任的学科核心素养。同时,将科学研究前沿知识作为切入点,可以帮助学生发扬科学精神、提升文化素养。但是,一篇科学研究前沿的材料包含多个知识点,若不能找到合适的切入点,而牵强引入课堂,很容易让学生感到不适,不利于学生对化学的学习以及教师对学生学习兴趣的培养。因此,以人教版初中化学为例,将同一个科学研究前沿知识从不同的“初中教学视角”进行分析和研究,来探讨科学研究前沿知识有效渗透到教学过程的意义与价值。科学研究前沿知识实例分析 荧光牙套显示及定位牙齿隐藏病变位置 内容简介龋病和牙周炎是常见的口腔病,全世界龋病和牙周炎的发病率和患病率都很高(未经治疗的龋病在全
4、球各年龄段的患病率为 ,并且 岁的儿童发病率在 )。晚期的龋齿和严重的牙周炎会对牙齿和牙龈造成永久性损伤,需要拔除神经或用瓷牙替换来进行治疗。而相比之下,早期的龋齿和牙周炎容易治疗,无论是经济成本还是治疗难度都较低 。通过检测口腔中挥发性硫化合物(,)的分泌,可以实现对龋病、牙周炎等口腔疾病的准确检测和早期诊断 。但是目前的 诊断方法可以检测 的存在和浓度,却不能定位病变部位。南方医科大学南方医院周翠萍团队制备了一种对 具有高灵敏度和选择性的氧化锌 聚二甲基硅氧烷()牙套 ,如图 所示。牙套中的 会与龋齿和患有牙周炎的部位释放出的 作用而具有荧光活性。佩戴后的牙套在荧光检测时,病变部位会显现出
5、荧光活性,而正常部位不会,这样就可以定位病变牙齿的位置。并且,该牙套在正常生理环境下具有高荧光稳定性、良好的生物相容性和低生物毒性。由于该牙套生产成本低、化学稳定性高和适用性好,对牙齿病变的筛查精准,适合大规模生产和应用。年 月云南化工 第 卷第 期 ,图 荧光牙套显示及定位牙齿病变 教学解读视角:介绍化学建议渗透位置为“化学”(九年级上册)“绪言 化学使世界变得更加绚丽多彩”部分,介绍化学和生活息息相关时引入。该渗透位置较为特殊,绪言是打开学生化学世界的第一课,如果能上好这部分内容,于后续教学工作将会有很大的帮助。科学研究前沿知识在此处渗透,可实现以下教学目标:加深学生对“化学促进人类文明发
6、展具有积极作用”的认识,激发学习动力。相对于简单概述“医学离不开化学”而言,教师通过展示相关图片和数据,既丰富课堂内容,又让学生体会到化学技术对现代医学进步的重要作用,意识到学习化学的重要性,进而激发学习的动力。激发学生对学习化学的兴趣和学科探索的好奇心。在渗透该科学研究前沿知识时,通过演示荧光检验人民币纸钞真伪的方法,为学生讲解材料中与荧光有关的科技前沿问题,结合牙周炎和龋齿的荧光定位知识进行互动,活跃课堂氛围,进而激发学生对学习化学的兴趣和对化学学科的好奇心。感受所学知识与社会生活的密切关系,增强学以致用的意识。在本材料当中,介绍了技术原理的同时,还着重介绍了其应用。其一,有利于改变学生自
7、中小学以来形成的“学”与“用”难以互通的观念,让学生感受到所学的科学知识与社会生活是有着密切联系的;其二,通过展示科学知识应用的例子,有利于培养学生学以致用的意识。废弃塑料无毒产氢 内容简介自 年以来,塑料这一聚合物是最广泛使用也是最广泛废弃的材料之一,的塑料包装被堆积在垃圾填埋场或渗透到环境中。大多数聚合物是由化石燃料合成的,如果全球废弃塑料全部被回收利用,每年可节省约 亿美元 。然而,塑料的化学成分复杂并且尺寸不一,因此广泛回收受到极大限制 。并且塑料化学性质较为稳定,要使其能被重新利用,更是困难重重。氮化碳是一种无毒且廉价的聚合物光催化剂,功能化的氰胺氮化碳()具有更高的光催化效率,将
8、与具备助催化性能的 偶合,得到氮化碳磷化镍()光催化剂。如图 所示,聚对苯二甲酸乙二酯()和聚乳酸()都是在生活生产中被广泛应用的两种塑料,英国剑桥大学研究人员以这两种塑料充当电子供体,在 溶液中,光激发 氧化这两种聚合物为其他有机化学品,然后,光生电子从 转移到 ,并将 还原为 。此外,催化剂具有较高催化效能,且光稳定性较好(大于 )。研究人员用聚酯微纤维进行实验,成功产生了 和其它多种有机产品,并在保持其转化效率的同时,将反应的规模从 扩大到 ,从而验证了 催化剂的现实适用性。图 废弃塑料无毒产氢 教学解读视角 :氢气建议渗透位置为“化学”(九年级上册)“第七单元 燃料及其利用”课题 燃料
9、的合理利用与开发 中的“四 能源的利用和开发”部分,这是学生在中学化学中第一次遇到氢气的用途。在讲解氢气的用途时,必然会介绍氢气燃烧后只会产生水,氢气作为一种清洁能源,用途十分广泛。但目前氢气的制取成本比较高,且相应技术受限,还不能广泛应用。此时,教师引入该科学研究前沿知识,使用催化剂将白色垃圾分解产生氢气的例子,可实现以下教育意义:帮助学生认识化学对解决环境污染和发展社会经济做出的积极贡献,激发学生学习动力。在该科学研究前沿知识中,科学家通过化学技术变废为宝,使得原本是环境污染物的塑料,成功降解,产生具有经济效益的清洁能源氢气。在学习知识的过程中,让学 年 月云南化工 第 卷第 期 ,生感受
10、化学对解决环境污染做出的巨大贡献,进而激发“化学改变世界”的学科认知,形成学以致用的科学理想。巩固基础知识,加强对物质变化观念和元素观念的理解。在该科学研究前沿知识材料当中,提到了“氢气”和“催化剂”等概念,教师可以借此机会复习相关概念和性质等基础化学知识,加深学生对该知识点印象。并且通过前言知识的学习,让学生了解到在材料中的反应条件下水中的氢转化为氢气,这也在无形中强调了物质转化过程中转化条件及元素种类的重要性,可以增进学生对物质转化观念和元素观念的理解。视角 :塑料建议渗透位置为“化学”(九年级下册)“第十二单元 化学与生活”课题 有机合成材料 中的“二有机合成材料”关于白色污染部分的内容
11、。在教学过程中,教师将会向学生介绍生活中常用到的一大化工产品 塑料,认识塑料,必然会引出白色污染相关的知识,而治理白色污染必然也是不可缺少的教学内容,以科学前沿知识作为思政引入就显得十分重要。通过该材料的渗透,可以实现以下教育价值:培养学生保护环境的意识,树立生态文明观念。通过对相关知识的学习,让学生明白物质的两面性。随着化工合成的迅速发展并广泛应用,极大的方便了人们生活,但大量废弃的塑料在自然环境中极难降解,会污染土壤、地下水和海洋生物的生存,从而危害到人类的生存。采用传统的焚烧处理,可能会产生有毒有害气体,更不利于生态环境和物种生存,材料中催化技术提供了一种绿色的降解方式,不仅为解决环境污
12、染问题提供了新的思路,更为生态文明建设做出了一定的贡献。借助白色污染的治理和清洁能源的产生的新方法,拓宽学生的知识面,帮助学生树立环保意识和生态文明观念。激发了学生不畏艰难、勇于挑战、敢于创新的科学态度。废弃塑料在自然环境当中是极难降解的,但经过科学家的不断探究,利用化学技术手段研制出了 催化剂,实现废弃塑料的降解。通过让学生体会振奋人心的报道背后是一次次的尝试,是无数次失败后不断地分析总结,不断奋进的结果,是无数时间、心血和精力的结晶,激发学生不畏艰难、勇于挑战、敢于创新的科学态度。石墨烯涂层海绵清理溢油 内容简介频发的溢油事故不仅是对不可再生资源的浪费,更对海洋生态系统造成了严重而长期的破
13、坏 。为了快速消除溢油对自然环境的污染,研究人员提出了一套理想溢油清理方法的标准:快速清理溢油,减缓溢油的扩散和风化;能够以较高的油水分离效率吸附溢油;对海洋生物的不良影响较小,可以大面积应用;易于操作,在恶劣的海洋条件下也可高效工作。但是,传统的采油技术,如分散剂、固化剂、就地燃烧和撇油器等都不能满足上述要求 。近年来,疏水亲油性的海绵,在外力作用下,可以高效、连续地从水面收集溢油 ,使得有疏水性的吸油材料在溢油清理领域备受关注。这些吸油材料都有一个关键问题 对高粘度原油的吸附能力较差,而全球石油储量中高粘度的重质原油占比 左右 。此外,轻质溢油的轻质组分在蒸发后,其粘度将大幅升高 。高粘度
14、导致原油在上述吸油剂中的扩散非常缓慢,最终导致吸油速度低下。为解决这一问题,中国科学技术大学俞书宏课题组制备了一种具备焦耳热效应性能的石墨烯涂层海绵(,),为溢油清理提供了新的可能 。如图 所示,绿色方状物表示海绵,海绵剖面图中黑边白圈代表附着在海绵上的石墨烯涂层()。均匀的包裹着海绵基底,使其具备疏水性和导电性。当 与海面上的粘性原油接触时,由于石墨烯的疏水性,原油被选择性地吸收到孔隙中,但原油的吸附速度非常有限。在 上施加电压后,电流流过石墨烯涂层,产生热量,可以快速加热 ,热的 会加热周围的原油,降低原油粘度,加快原油进入 孔隙中的速度(吸附了原油的 用红边粉圈)。切断外加电压后,位于
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