宋心琦化学科学发展与教学改革的几点思考市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、化学科学发展与教学改革几点思索 清华大学化学系 宋心琦 山东泰安 4月第1页几点新认识几点新认识学科现实状况与发展趋势和社会对学科现实状况与发展趋势和社会对公民素质要求是教育改革推进力公民素质要求是教育改革推进力要学习并重视当代教育学和学科教要学习并重视当代教育学和学科教学研究提供新理念和方法学研究提供新理念和方法要区分职业性要求和素质性要求要区分职业性要求和素质性要求学段衔接更着重于能力学段衔接更着重于能力第2页正确认识基础性和时代性关系正确认识基础性和时代性关系有学科发展轨迹中永远起作用基础;也有为构有学科发展轨迹中永远起作用基础;也有为构建学科基础服务建学科基础服务“基础基础”。后者如。
2、后者如4 4类基本反应;类基本反应;“化学元素化学元素”不变概念;基本化学键类型;不变概念;基本化学键类型;“惰性气体惰性气体”等等。等等。基本概念或理论是不停发展。比如原子、分子;基本概念或理论是不停发展。比如原子、分子;化合物化合物-物种;物质导电机制;酸和碱等等物种;物质导电机制;酸和碱等等应该重视那些对学科和新技术发展连续起作用应该重视那些对学科和新技术发展连续起作用基础知识和基本概念;它们建构、发展过程和基础知识和基本概念;它们建构、发展过程和视角改变。更应该从新科技发展中吸收养分。视角改变。更应该从新科技发展中吸收养分。这是进行情感态度价值观教育着力点这是进行情感态度价值观教育着力
3、点第3页磁场诱导下变色体系磁场诱导下变色体系丁铎尔效应应用丁铎尔效应应用Yadong Yin et al:A simple magnet can control the color of a liquid,making new technologies possible.全文见Angew.Chem.,July 3,第4页氢动力能源新构想氢动力能源新构想已知:已知:HgCl2溶液滴在溶液滴在Al板上,将板上,将破坏破坏Al2O3保护作用保护作用 2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2镓铝合金也有类似作用镓铝合金也有类似作用 单质单质 Ga:熔点:熔点:29.78oC;沸点:沸点:2403oC
4、 有可能组成实时供氢燃料电池有可能组成实时供氢燃料电池.周期表还能提供什么启示和信息?周期表还能提供什么启示和信息?Chemical Newsletter/14(Purdu U)第5页除汞新技术除汞新技术C&ENs July 7,2008 Latest News 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 发觉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HgSe,二十四小时内可除去近99.9%汞。单个灯泡用量仅10mg,而常规除汞剂如硫、锌、活性炭等用量为数克至数千克。第6页发觉绿色水母蛋白为何得奖发觉绿色水母蛋白
5、为何得奖荧光标识法是一个惯用于研究一些动态过程示踪荧光标识法是一个惯用于研究一些动态过程示踪技术。如研究菲啶溴红和小牛胸腺技术。如研究菲啶溴红和小牛胸腺DNA中不一样中不一样碱基正确络合稳定性和碱基正确络合稳定性和DNA热变性热变性研究活性生物分子如研究活性生物分子如DNA变性过程,需要对原初变性过程,需要对原初过程干扰微弱荧光探针,绿色水母蛋白可能能够过程干扰微弱荧光探针,绿色水母蛋白可能能够处理这个问题。因而获奖处理这个问题。因而获奖更为根本问题:是否全部化学体系都应该能够发更为根本问题:是否全部化学体系都应该能够发射荧光?依据光化学原理(分子调控概念)射荧光?依据光化学原理(分子调控概念
6、)Ah A*A+H(非辐射弛豫)A+h(荧光或磷光),etc第7页基础不但限于化学 第一个稀有气体化合物发觉,源于物理概第一个稀有气体化合物发觉,源于物理概念利用念利用 O2+PtF6-和 Xe+PtF6-对比:对比:O2和和Xe第一电离能相近,两种盐晶格能相近第一电离能相近,两种盐晶格能相近 无机富勒烯(无机富勒烯(WS2,MoS2等)发觉,源于几等)发觉,源于几何学考虑:正六边形网格改变何学考虑:正六边形网格改变 石墨烯制备最简便方案:源于对物质表面石墨烯制备最简便方案:源于对物质表面黏附力差异应用黏附力差异应用第8页打印出来计算机芯片MITMIT年轻科学家年轻科学家 Jacobson J
7、acobson继电子纸继电子纸,电子油墨之后电子油墨之后,提出了在塑料片上提出了在塑料片上直接打印出计算机芯片构想直接打印出计算机芯片构想电子纸电子纸电子油墨电子油墨能够用打印方法制造芯片能够用打印方法制造芯片第9页摩擦化学和高速硬盘摩擦化学是力化学一个分支,要摩擦化学是力化学一个分支,要求体系内最少有一相为固相。求体系内最少有一相为固相。一艘新油轮失火原因一艘新油轮失火原因与机械、建筑、飞行器、润滑系与机械、建筑、飞行器、润滑系统等领域关系统等领域关系硬盘转速与摩擦化学关系硬盘转速与摩擦化学关系第10页法拉第名言法拉第名言 潜移默化地进行情感态度价值观教育。潜移默化地进行情感态度价值观教育。
8、“蜡烛火焰能把暗处照亮,而金刚石蜡烛火焰能把暗处照亮,而金刚石璀璨在没有火焰照亮时却什么都没有璀璨在没有火焰照亮时却什么都没有”在讲到华丽色彩和像长笛一样蜡烛时,在讲到华丽色彩和像长笛一样蜡烛时,“不要做漂亮奴隶不要做漂亮奴隶”;“”;“全部这些知识全部这些知识才是有意义,而漂亮并没有什么用处才是有意义,而漂亮并没有什么用处”第11页化学学科现实状况和问化学学科现实状况和问题题学科教育落后于学科现实状况,从而学科教育落后于学科现实状况,从而使学生学习兴趣下降,生源水准下滑。使学生学习兴趣下降,生源水准下滑。表现为理论滞后、试验技术滞后、教表现为理论滞后、试验技术滞后、教学改革滞后学改革滞后学科
9、面目含糊方向不明学科面目含糊方向不明过分重视能过分重视能够做什么,而不是能够知道什么够做什么,而不是能够知道什么什么是化学大问题什么是化学大问题 参考文件:Philip Ball:What chemists want to know.Nature 442,3 August,500-502第12页化学学科大问题化学学科大问题怎样设计含有特殊功效和动态特征分子怎样设计含有特殊功效和动态特征分子细胞化学基础细胞化学基础怎样制造未来能源、空间和医药所需材料怎样制造未来能源、空间和医药所需材料思维和记忆化学基础思维和记忆化学基础生命在地球上是怎样开始。在其它世界中,生命在地球上是怎样开始。在其它世界中,
10、何地和怎样才会出现生命何地和怎样才会出现生命怎样发觉全部元素可能组合,据估算数量怎样发觉全部元素可能组合,据估算数量级将大于级将大于1014;合成产率能否到达;合成产率能否到达100%第13页牛顿名言启示牛顿名言启示怎样了解牛顿关于怎样了解牛顿关于“巨人肩膀巨人肩膀”名名言所包含言所包含治学之道治学之道巨人在哪里?全部学科教育共有巨人在哪里?全部学科教育共有任务任务怎样才能爬上巨人肩膀?怎样才能爬上巨人肩膀?具备台具备台阶基础才是有效基础阶基础才是有效基础不但要看得远,方向还要对不但要看得远,方向还要对第14页化学试验体系三要素化学试验体系三要素符合探究目标而且不确定原符合探究目标而且不确定原
11、因最少化学反应体系因最少化学反应体系合理试验装置,包含安全办合理试验装置,包含安全办法等法等合理而且有序试验步骤和合合理而且有序试验步骤和合乎规范操作技术乎规范操作技术第15页试验与探究性学习试验与探究性学习案例案例1:拉瓦西测定空气组成试验拉瓦西测定空气组成试验 步骤步骤1 2Hg O2 2HgO 步骤步骤2 2HgO 2Hg O2 步骤步骤3 步骤步骤2得到得到O2和步骤和步骤1剩下剩下N2混合,得混合,得到到“原来原来”空气空气学习关键点:学习关键点:1。为何选择为何选择 Hg?(Hg沸点沸点:356.6oC;HgO分解温度分解温度:约约500oC;HgO不溶于不溶于Hg)2。为何。为何
12、3个步骤都有必要性?个步骤都有必要性?3。还能想到些什么?。还能想到些什么?(物理和化学改变差异和共同点物理和化学改变差异和共同点)第16页试验与探究式学习试验与探究式学习案例案例2:空气组成测定体系选择:空气组成测定体系选择 4 P 5O2 2P2O5 1。已知。已知S、C、Mg、Na、蜡烛等都能够满、蜡烛等都能够满足和空气中足和空气中O2发生燃烧反应条件,为何发生燃烧反应条件,为何P是是最正确选择?最正确选择?2。对这个探究性试验来说,为何以。对这个探究性试验来说,为何以Hg方案方案最为理想?(经过与最为理想?(经过与Hg方案对比)方案对比)3。实施实施“磷磷”方案时,最主要前提假设是方案
13、时,最主要前提假设是什么?(磷能够把空气中什么?(磷能够把空气中O2用尽)用尽)4。采取。采取“磷磷”方案时,除去经典体积测定方案时,除去经典体积测定法外,还能想到哪些方法?法外,还能想到哪些方法?第17页值得深入思索问题值得深入思索问题选择这类试验体系来探究类似于空气组成问题时,选择这类试验体系来探究类似于空气组成问题时,共同共同前提假设前提假设:同名分子间不可区分性同名分子间不可区分性用气体分压或分体积改变来提供相关气态化学物用气体分压或分体积改变来提供相关气态化学物质改变信息时,理论依据是什么质改变信息时,理论依据是什么气体摩尔体积;气体摩尔体积;理想气体之间关系理想气体之间关系一些单质
14、或化合物和氧发生反应条件和氧化物组一些单质或化合物和氧发生反应条件和氧化物组成与性质(在水中溶解度,是否和氮也能反应等)成与性质(在水中溶解度,是否和氮也能反应等)化学物质体系物理性质和化学性质化学物质体系物理性质和化学性质 氧能否全部耗尽氧能否全部耗尽化学反应进行程度化学反应进行程度假如希望提升试验所得数据准确程度,除去改进假如希望提升试验所得数据准确程度,除去改进装置外,还应该考虑哪些问题装置外,还应该考虑哪些问题第18页最基本化学概念和理论最基本化学概念和理论了解和把握化学学科定义是初等化学了解和把握化学学科定义是初等化学教学关键点,它包含了最基本化学概教学关键点,它包含了最基本化学概念
15、和理论念和理论 组成:元素种类和原子、离子数目组成:元素种类和原子、离子数目(以及结合方式)。经典元素教学应(以及结合方式)。经典元素教学应该突出它们特点和差异。教学试验关该突出它们特点和差异。教学试验关键点亦在此。键点亦在此。第19页课堂教学中试验探究课堂教学中试验探究Na和和O2反应通常包含以下两个试验:反应通常包含以下两个试验:常温,空气中常温,空气中 2Na+O2 2Na2O 点燃后,空气中点燃后,空气中 2Na+O2 Na2O2 应该观察和思索问题:应该观察和思索问题:1。试剂或物质存放,稳定性和活性。试剂或物质存放,稳定性和活性 2。Na和和Mg在空气中燃烧时现象比较在空气中燃烧时
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