中学化学教育改革问题之我见

中学化学教育改革问题之我见宋心琦清华大学化学系（2007年黄山市）对中学化学教育改革的认识•学科的现状与发展趋势及社会需求是教育改革的基础和推动力•要学习并重视现代教育学和学科教学研究所提供的新理念和方法论•探究性学习仍然是教育改革的突破口•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化学教育改革研究的重点•新课标提出和强调的新理念•教材在教学活动中的作用•教学中如何全面落实三维教育目标•探究性学习仍然是教学改革的突破口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•确定知识和技能目标时应该区分职业要求和素质要求“基础性和时代性”的关系⊗关注学科的发展。由20－50年后化学学科的面貌来审视某些知识技能的价值⊗基础的教育价值并不是等同的。如四类化学反应主要起着认识阶梯和体验分类法的作用⊗学科基础的陈述方式和教育价值是可变的。如对原子的认识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•各门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•为学生的自主学习和发展提供了必需的时间与空间•不要忘记对有发展潜力的学生的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中学化学教学实验改革问题化学实验体系的三要素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合理的实验步骤和合乎规范的操作技术实验与探究式学习•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？2。为什么3个步骤都有必要性？3。还能想到些什么？如何发掘实验的学科教育价值•实验设计时所依据的基本假设和基本原理和必需思考和确定的方面１．同名分子具有不可区分性；气体摩尔体积；气体的ＰＶＴ之间的关系２．混合物和纯净物；化学变化和物理变化３．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）－物理性质和化学性质４．反应是否能够进行到底；氧能否全部耗尽（涉及燃烧理论）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？3。实施“磷”方案时，最重要的前提假设是什么？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，共同的前提假设是什么•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•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更多的化学教育内容•进一步认识和区分物质的化学变化和物理变化•进一步认识和区分纯净物和混合物•对物质性质的了解，在思考与构成最佳实验探究方案时极其重要•加深对化学学科定义和思维特点的了解•科学精神和科学方法是化学课程的精髓教学案例之一•为什么中外的中学化学教材“偏爱”钠？•教学中应当关注的化学教育内容是什么？•了解化学必须以纯净物为研究对象将有助于提高科学素质•从钠和铁、镁、铝和氧反应的对比中领会化学学科特点教学案例之二•速率方程：v=±∆x/∆t对于化学反应，∆x取反应物或产物的分子数变化最为方便，所以物质的量（及物质的量浓度）成为常用的计量单位之一•分子发生反应的必要条件是相遇（碰撞），充分条件是分子相遇时，其能量高于平均能量（活化能）。亦即活化分子的碰撞才可能是有效的教学案例之二•所有能够影响反应速率的因素，都可以用活化分子有效碰撞模型来理解•建立这个模型的基本假设和理论基础（同名分子的全同性，气体分子运动论，理想气体定律，Maxwell－Boltzmann分布定律）•化学反应速率观念的建立，将有助于理解化学平衡的动平衡性质。而平衡状态及其移动的理解与应用，在化工流程设计、化学合成与分析中都很重要教学案例之二•化学反应速率的测定了解物质的稳定性或活性；测定给定反应的活化能；提供反应进行机制的信息（如确定该反应的瓶颈，了解物质变化的主要过程等）；了解外界因素的影响力度•慢反应自然界的极慢反应（如化石燃料的形成，地质变化，元素在地壳中的迁移等）；一般的慢反应（如金属在一般环境中的腐蚀，酸雨对岩石或建筑物的损坏，环境中某些污染物的自降解过程等）教学案例之二•超快速及快速反应（如爆炸，分子间或分子内的质子、电子传递过程，分子吸收光子或其他能量后的能量弛豫过程，同位素混杂、简单分子的异构化、激发态分子的非辐射弛豫和荧光发射过程等)•测量方法由可测量的性质或变化而定。特殊情况下会用到同位素纪年、过程强化模型、时间分辨光谱等方法化学反应的限度（1）•区分可逆反应与不可逆反应不可逆反应是存在的，如金属腐蚀、塑料老化、淀粉发酵、复杂分子裂解等都属于不可逆反应（过程）。最典型的如葡萄糖的氧化C6H12O6+6O26CO2+6H2O区分在外力作用下的可逆（如光合作用可以使上述反应反向进行等）和由化学反应本质决定的可逆性（如SO2+O2变为SO3;C+H2O在高温下生成CO+H2；FeO+CO在高炉中转变为Fe+CO2等反应），后者才存在反应限度问题化学反应的限度（2）•可逆反应的终点是这个化学体系在给定条件下的化学平衡态。也就是所说的“反应的限度”•大量粒子组成的物质体系的平衡态具有能量相对最低和粒子在体系中的分布均匀程度（混乱度）最大的特点。在热力学上用∆G＝0（也可以近似地用∆H＝0）和∆S＝0来表示。•处于热力学平衡态的化学体系既不吸收也不释放能量（体系内的所有物质的物质的量均保持不变），体系内的任何同种粒子的相互交换，对于粒子的分布方式均不会产生影响。从外界观察不到体系具有任何的宏观变化，似乎是一种寂静态。实际上是一种动平衡状态化学反应的限度（3）•∆G＝0和∆S＝0，可以用来判断在无外力作用时，（热力学）可逆体系的自发过程的方向。假如体系中粒子的均匀度基本保持不变时（即∆S≈0），∆H＝∆G≈0也可以用于判断。在中学化学中，通常是先给定平衡常数，然后应用勒夏特里原理来推断平衡移动的方向。自发过程将趋向于平衡态。平衡态受到外力扰动后，有可能移向新的平衡态，由新状态下的∆G’＝0作为新的自发过程方向判据化学反应的限度（4）•自发性过程指不需要外力推动就可能发生的过程，过程的方向为趋向于与体系状态最邻近的平衡态•化学平衡原理在化学中不仅可用于可逆的化学反应，对于溶解、电离、相平衡等过程，都可以作为严格的理论工具加以应用。但已不属于中学化学所要求的了化学反应的限度（5）•当体系的变化过程包括多个平衡态时，每个平衡态的判据只适用于和它相邻近的非平衡态。此时，反应的限度将因体系所处的状态而变（如复杂化学过程，包括某些生命过程）•初等化学中出现的许多与可逆过程相关的化学术语，如电离度、溶解度中的“度”字，已体现出相关过程是有限度的化学反应的限度（6）∆G＝0的关系式，可以推衍出许多有用的公式，如计算平衡常数、电极电势等，以及体系温度、参加反应的物质的物质的量浓度等对平衡状态的影响对于像溶解、扩散这样的过程，∆S可以作为独立判据。因为混合熵∑纯组分熵△Smix=RT(ASAlnA+BSBlnB)0从而说明为什么溶解、扩散和掺杂后的均匀化过程，都具有自发性的特征。也可以回答纯净物难以得到，在放置过程中纯度会不断下降的原因热力学判据的再审视•从∆G＝∆H－T∆S的关系式，可以得知当体系到达平衡时，∆G＝0，∆H＝T∆S。纯物质发生相变时，因为H和S是状态函数，∆H和∆S在给定始态和终态时为一定，相应地，T是一个固定值。•同一纯物质的S固S液S气，•热力学判据仅适用于大量微粒组成的体系，它的前提仍然是：同种（微观）粒子的不可区分性，据此归纳出与体系能量和粒子分布状态有关的判据。因为不考虑微粒的化学结构和相互作用时的反应机制，在化学中的应用有一定的局限性。化学教育怎样和环境教育结合•过程自发性概念很重要:气体的互相扩散，溶质溶解于溶剂形成溶液和溶液中溶质浓度的均匀化过程，杂质向固体物质内部的扩散（或掺杂工艺）均与原理：△mixS=R(ASAlnA+BSBlnB)0有关•污染物属于化学物质，污染过程则归因于某些自然过程的自发性。防止污染的关键在于阻止这类自发过程的实现素质教育任重道远由一堂小学英语课引发的思考审查科学教材过程中想到的问题几节中学化学示范课听后的感想参加中学社会活动总结答辩会后获得的启示环境教育中的问题教师和学生间的教育互动•豌豆公主的垫被和蝌蚪变什么•两节有趣的中学数学课•CIT的Gray教授获奖时提到的对他影响至深的几位导师的话：“你的目标有多大，你的成就就有多大”；“走自己的路”；“要做到说得清楚，写得明白”•法拉第说“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”－潜移默化地进行热爱科学的教育，情感态度价值观的教育的范例为了孩子，为了祖国的明天，让我们一起来努力。谢谢大家！