實施以觀念建構為本的化學教學——以新課程蘇教版高中

1、實施以觀念建構為本的化學教學,魏樟慶 敬述13706771117 62066211浙江省樂清中學yqzxwzq@126.com2009.12.3 溫州,2,本次講座內(nèi)容索引,實施以觀念建構為本的化學教學——以新課程蘇教版高中《化學1》《化學2》為例 【發(fā)表《化學教育》2007（7），人大復印資料《中學化學教與學》2007（10）全文轉載】新課程高中化學“微粒性”觀念的建構 【發(fā)表《化學教育》2008（10

2、），人大復印資料《中學化學教與學》2009（1）全文轉載】新課程必修教材中“化學進化”觀念的建構 【發(fā)表《化學教育》2008（8）】,3,科學素養(yǎng)有4個層面的6個要素構成,意識層面——科學精神哲學層面——科學觀念認知層面——科學知識行為層面——科學態(tài)度、科學方法、科學實踐能力 摘自《高中化學課程標準解讀》（湖北教育出版社）,4,一、化學中的核心觀念,初中化學元素觀微粒觀化學反應與能量觀物質分類觀高

3、中化學物質的微粒性化學反應與能量物質結構與性質化學反應的限度,[美]R.J.吉利斯皮認為：原子，分子，離子化學鍵：是什么使原子在分子和晶體中結合在一起分子的幾何形狀：三維化學動力學理論化學反應能和熵,5,科學觀念與化學核心觀念,科學觀念尺度與結構系統(tǒng)與相互作用穩(wěn)定性變化的形式 能量演化,化學核心觀念化學研究的物質層次化學中的相互作用化學反應的方向和限度化學變化的形式化學反應中的能量變化化學演化

4、（化學與可持續(xù)發(fā)展）,6,1.化學研究的物質層次,原子核和電子 → 原子 → 分子（離子）→ 化學物質化學物質分類可分為單質和化合物也可分為氣體、液體和固體固體分為無定型體和晶體等均勻混合物——分散系（溶液、膠體和濁液），溶液是均勻、穩(wěn)定的分子（離子）分散系，膠體是具有某種尺寸的質點形成的穩(wěn)定的分散體系，濁液是更大質點形成的不穩(wěn)定的分散體系等。,7,逐步建立起以下的化學觀念物質是由不同層次的微粒（原子、分子、離子）構成的，不

5、同的微粒具有不同的結構。物質的組成、結構決定物質的性質，物質的性質反映物質的結構。物質的性質與它在自然界中的存在狀態(tài)及用途是直接聯(lián)系著的。,1.化學研究的物質層次,8,2.化學中的相互作用,原子是怎樣形成分子和晶體的？分子與分子之間是如何影響的？這種關系就是“鍵”。逐步建立起以下的化學觀念物質是由元素組成的?；瘜W主要研究原子-分子的運動，組成分子的原子與原子之間、分子與分子之間是相互影響、相互作用的；化學鍵與物質結構的關系。

6、化學反應的本質是舊化學鍵斷裂和新化學鍵形成的過程。,9,3.化學反應的方向與限度,化學變化的過程可分為不可逆過程、平衡過程、循環(huán)過程和演化過程。變化與穩(wěn)定是互相對立的，化學變化需要在一定條件下進行。 學習這部分內(nèi)容，逐步建立起以下化學觀念：化學變化是有方向和限度的，許多化學反應都能夠自發(fā)進行。勒沙特列（H．Le Chatelier）原理對絕大部分的動態(tài)平衡都適用，如果改變影響平衡的一個條件，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。在

7、化學研究與化工生產(chǎn)中，考慮反應方向、速率、和最大限度。,10,4.化學變化的形式,從粒子（電子和質子）轉移角度，化學反應可分為氧化還原反應、酸堿中和反應等；從反應是否有離子參加，化學反應可分為離子反應和非離子反應，從反應是否有電子發(fā)生轉移，可以將化學反應分為氧化還原反應和非氧化還原反應。學習這部分內(nèi)容，逐步建立起以下的化學觀念：化學反應的形式多種多樣，互相依存又有本質區(qū)別。無機反應中的離子反應和氧化還原反應等，有機反應中的加成反應、

8、取代反應、消去反應、聚合反應等。兩大主要反應：氧化還原反應和離子反應。,11,5.化學反應中的能量變化,在化學反應中，物質發(fā)生變化的同時，體系的能量也同時發(fā)生變化。學習這部分內(nèi)容，逐步建立以下的化學觀念：化學反應都伴隨著能量的變化。化學反應中能量有不同的形式，且可以互相轉化；如化學能與熱能、電能等之間的相互轉化?；瘜W反應中的能量也是守恒的。能量與人們的生活生產(chǎn)息息相關，節(jié)約能源，保護環(huán)境。,12,6.化學演化,化學運動是物質運

9、動的一種特殊形式，是從非生命運動形式向生命運動形式轉變的中介和橋梁。學習這部分內(nèi)容，逐步建立以下的化學觀念：化學變化與生命運動息息相關，既是生命的基礎，又可危害生命。化學與社會的可持續(xù)發(fā)展。,13,二、課程標準中的內(nèi)容主題與核心觀念,14,接上,15,例：化學與可持續(xù)發(fā)展的觀念,《化學1》氨的合成，藥物合成，環(huán)境保護等對提高人類生活質量的影響。 通過實驗了解氯、氮、硫、硅等非金屬及其重要化合物的主要性質，認識其在生產(chǎn)中的應用和

10、對生態(tài)環(huán)境的影響。 查閱資料并討論：減少向大氣中排放氮氧化物、二氧化硫的措施。 討論：自然界氮的循環(huán)對維持生態(tài)平衡的作用。,16,例：化學與可持續(xù)發(fā)展的觀念,《化學2》認識化石燃料綜合利用的意義。 認識提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。 以酸雨的防治和無磷洗滌劑的使用為例，體會化學對環(huán)境保護的意義。 以海水、金屬礦物等自然資源的綜合利用為例，了解化學方法在實現(xiàn)物質間轉化中的作用。認識化學在自然資源的

11、綜合利用方面的重要價值。 調查當?shù)厮廴炯爸卫淼那闆r。 能說明合成新物質對人類生活的影響，討論在化工生產(chǎn)中遵循“綠色化學”思想的重要性。 查閱資料：符合“綠色化學”思想的化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。,17,三、教材中化學核心觀念的建構,,18,1 物質微粒性觀念的建構,高中化學從兩個方面認識和建構物質的微粒性：一是物質是由原子、分子或離子等層次的微粒構成的，強調微粒的大小、間距、數(shù)量和重組，以及微粒的結合方式、順序、空間排列和作用力；二

12、是化學反應是原子、分子、離子等層次的微粒之間的相互作用，如離子反應中的離子重組，氧化還原反應中的電子轉移等等。,19,《化學1》微粒的大小、間距、數(shù)量和重組物質的分類和轉化實質是分子等微觀粒子的存在形態(tài)和變化；物質的量是將微觀粒子與宏觀質量相聯(lián)系的基本物理量，幫助實現(xiàn)物質轉化過程中的定量研究；物質聚集狀態(tài)的變化實質是分子等微觀粒子間相互作用的變化和微粒間距離和運動方式的變化；物質分散系反映了分子、微粒集合體等微觀粒子的大?。浑?/p>

13、解質電離產(chǎn)生的微觀粒子在水溶液中的反應。,1 .1物質是由原子、分子或離子等層次的微粒構成,20,《化學2》微粒結合方式、順序、空間排列和作用力教材以生活中熟悉的兩種碳的同素異形體——金剛石和石墨，以及C60和碳納米管為例，從微觀結構的角度認識碳元素原子間的結合方式、作用力和空間排列方式的不同。教材以正丁烷和異丁烷、乙醇和二甲醚為例介紹同分異構體和同分異構現(xiàn)象，從碳原子的成鍵特點與成鍵方式、碳原子的排列順序和空間不同可以形成不同的物

14、質。教材從構成晶體的微粒、微粒間的作用力的類型不同，使學生認識微觀結構與物質多樣性的關系。,,1 .1物質是由原子、分子或離子等層次的微粒構成,21,,,22,發(fā)現(xiàn)問題：干燥氯氣和潮濕的氯氣化學性質不同,驗證：氯氣能溶于水，從氯水的顏色可以說明,假設：氯氣與水作用,假設：氯氣溶于水并與水反應生成新物質,驗證：pH試紙上中心呈白色(新物質)，外圈呈紅色(酸性，有H+),問題：新物質是什么？,問題：還有什么微粒？,進一步探究：品紅也褪色，

15、新物質能漂白色素,驗證：含有Cl-,1.2 化學反應是某一層次微粒的相互作用,23,（1）離子反應中微粒觀的建構,活動與探究在含酚酞的氫氧化鋇溶液中逐漸滴加含等物質量濃度的硫酸溶液，觀察實驗過程中燈泡的亮度、溶液顏色和狀態(tài)發(fā)生怎樣的變化？基本理解燈泡的亮度?？梢酝浦芤褐械碾x子濃度逐漸減小，直至減小到幾乎為零，最后又逐漸增大。溶液顏色。最后變?yōu)闊o色；可以推知溶液中的OH—離子濃度逐漸減小，即OH—和H+發(fā)生了離子反應生成水。沉

16、淀量變化。Ba2+和SO42—反應生成了BaSO4沉淀，BaSO4不溶于過量的硫酸溶液。從微觀粒子的運動、變化分析反應過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，該反應可以表示為：Ba2+ + 2OH— + 2H+ + SO42— = BaSO4↓+ 2H2O讓學生認識到氫氧化鋇與硫酸在水溶液中的反應是因OH—和H+反應生成水、Ba2+和SO42—反應生成BaSO4沉淀而發(fā)生的；恰好完全反應時溶液的導電性最弱，后隨硫酸過量，溶液導電性增強。,24,重新建構認

17、識從微觀角度分析水溶液及其內(nèi)部發(fā)生的反應，例如下列各組兩個反應出現(xiàn)的現(xiàn)象完全相同，從微觀粒子的運動、變化分析其原因。能否用同一個離子方程式表示兩個反應？碳酸鈉溶液與澄清石灰水或氯化鈣溶液混合；鹽酸或氯化鈉溶液與硝酸銀溶液混合；鹽酸或硫酸溶液與碳酸鈉溶液混合；,（1）離子反應中微粒觀的建構,25,離子方程式書寫的兩種規(guī)則,“四步法”“寫”（寫化學方程式）“拆”（明確哪些物質能拆，可寫成離子形式，哪些物質不能拆，必須寫化學式）

18、“刪”（將方程式兩邊都有的離子或分子刪掉）“查”（檢查離子方程式是否配平時，要注意原子守恒和電荷守恒）分析問題，也不利于學生分析水溶液問題的思路?！叭椒ā保ㄈ纾禾妓徕c溶液與醋酸溶液反應）易溶于水和易電離的物質寫成離子；難溶或難電離寫化學式。Na2CO3 = 2Na+ + CO32—CH3COOH哪些微粒能相互作用生成沉淀、難電離物質（如水）或氣體；CH3COOH分子與CO32—離子能發(fā)生反應綜合上述兩步，寫出離子方程式

19、并配平；2CH3COOH+CO32— = 2CH3COO— + CO2↑+ H2O,26,（2）氧化還原反應中微粒觀的建構,氧化還原反應概念的形成也是建立在電子轉移和微粒變化的基礎上，而不僅只停留在元素化合價的變化。氧化還原反應的認識主要有兩個階段：一是對一般氧化還原反應概念的認識，引發(fā)學生對氧化還原反應的本質思考；二是對原電池和電解池工作原理的思考，引發(fā)學生對氧化還原反應本質認識的重新建構，使學生對氧化還原反應本質認識得到不斷

20、深入和升華。,Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑,e-,27,（3）分子反應中微粒觀的建構,《化學1》“硫酸的性質” 硫酸是強酸，在水溶液中：H2SO4=2H++SO42-，稀硫酸具有酸的通性（H+離子的性質）和SO42-離子的性質。濃硫酸中存在的主要是H2SO4分子，因而濃硫酸具有一些獨特的性質，如脫水性、吸水性和強氧化性等。從微觀角度認識硫酸性質與濃度（稀或濃）的關系，認識稀硫酸和濃硫酸由于微粒存在形態(tài)不同而化學性質不

21、同的根本原因。,28,2 “化學演化”觀念的建構,新課程高中“化學演化”觀念可以從以下三個方面來建構：一是化學與生命的共同進化；二是化學與認識的協(xié)同進步；三是化學與社會的可持續(xù)發(fā)展。,29,2.1 化學與生命的共同進化,碳循環(huán)氮循環(huán)硫循環(huán),圖1,H2S、SO2、SO3,30,案例：說說你所知道的固氮方式有哪些？,生物體之間的互惠——生物固氮大自然的恩賜——雷電固氮人類智慧的結晶——化學固氮,31,生物固氮,生物固氮的總量十

22、分巨大，有人估計每年約固氮1.75億噸 。,大豆、蠶豆等豆科作物根部的根瘤中寄生一種根瘤菌，能在常溫常壓下把空氣中的氮氣轉變?yōu)镹H4+，最后轉變成蛋白質。,32,雷電固氮,問題討論在雷電交加的時候，空氣里的氮氣和含氮化合物發(fā)生了哪些反應？產(chǎn)生了哪些物質？,全世界每年的雷電固氮量大約有4~5億噸。,33,化學固氮,德國化學家哈伯于1909年設計出了第一套合成氨裝置；德國化學工程師博施將合成氨走出實驗室實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。哈伯和博施先后獲得了

23、1918年度和1932年度的諾貝爾化學獎。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織估計全世界人工固氮為1.7億噸 / 年，2020年將達2.24億噸/年。,大型合成氨廠,34,1803,2.2 化學與認識的協(xié)同進步,《化學1》第三單元 人類對原子結構的認識原子結構模型的演變,原子不可分→原子可分→原子有結構→原子可搬動,35,對分子的認識從小分子到大分子，低分子到高分子，普通分子到超分子,2.2 化學與認識的協(xié)同進步,36,2.2 化學與認識的協(xié)同進步,

24、對化學符號系統(tǒng)的認識與發(fā)展①元素符號；②分子式、最簡式；③ 電子式；④ 結構式或結構簡式；⑤球棍模型、比例模型；⑥ 鍵線式；⑦苯分子中“單雙鍵交替”和“六邊形內(nèi)的圓圈”表示特殊共價鍵。,37,2.2 化學與認識的協(xié)同進步,認識化學反應符號系統(tǒng)大致有化學方程式 可逆反應化學方程式 電離方程式 離子方程式 用電子式表示物質的形成過程 熱化學方程式 電極反應式,對化學反應的理解和發(fā)展大致經(jīng)歷了四種基本類型的反應

25、氧化還原反應（如得失氧的反應、化合價升降的反應、電子轉移的反應） 離子反應 化學反應中能量變化 可逆反應 化學反應的速率、方向和限度 化學反應的歷程 有效地控制反應朝著預期的目標進行。,38,化學促進了科學技術的進步《化學1》硅酸鹽礦物與硅酸鹽產(chǎn)品,2.3 化學與社會的可持續(xù)發(fā)展,39,《化學2》“人口問題與糧食危機”的討論一是從化學物質角度看DDT的使用；二是從化學精神的角度看DDT的禁用。討論線索如下：1939年

26、瑞士化學家米勒首先發(fā)現(xiàn)DDT具有殺蟲劑的特性（DDT 對哺乳動物和植物無急性毒殺作用），DDT作為農(nóng)藥大量生產(chǎn)，提高了糧食產(chǎn)量。1942年發(fā)現(xiàn)DDT對殺滅傳染斑疹傷寒的虱子非常有效， DDT能殺滅瘧蚊，控制瘧疾流行，挽救了5000萬人的生命。此后大規(guī)模生產(chǎn)并被廣泛應用。《寂靜的春天》寫道，鳥兒到哪里去了？在人奶中也發(fā)現(xiàn)了DDT，南極企鵝身上也檢測到DDT。上世紀60年代末，許多國家相繼宣布禁用或控制使用DDT。DDT禁用后，非洲的

27、瘧疾又卷土重來，我們該怎么辦？繼續(xù)禁用還是解禁？DDT從增產(chǎn)糧食、挽救生命，到污染環(huán)境、破壞生態(tài)，最終DDT被禁用。人類不得不重新思考，“控制自然”還是“與自然共尊共榮”？合成氨和尿素的大量使用，同樣提高了糧食產(chǎn)量，是否還有我們看不到的災難在后面？,2.3 化學與社會的可持續(xù)發(fā)展,40,四、以觀念建構為本的教學設計,1. 教學設計原則關注概念對深化、發(fā)展學生的認識的作用和影響；關注概念的形成、發(fā)展過程；注重概念形成與發(fā)展的層次

28、性。,41,2. 教學設計的幾個環(huán)節(jié),分析教材知識線索——確定知識的深廣度及呈現(xiàn)方式活動線索——確定教學過程的學生活動資料線索——選擇合適的STS內(nèi)容分析學生分析學生的認識脈絡；確定問題線索；確定學生解決問題需要的證據(jù)；,42,3.示例：溴、碘的提取,知識脈絡,43,認知脈絡,觀察樣品,自然界碘以化合態(tài)形式存在,反應后用CCl4萃?。ǜ患?KI溶液與氯水或溴水的反應,溶液中I-檢驗,溶液中I2檢驗,I2的溶解性,,,,,

29、,,KI+AgNO3=AgI↓+KNO3 （淡黃色）,淀粉溶液遇碘變藍色,易溶于CCl4等有機溶劑,紫黑色固體，易升華,加熱固體,,3.示例：溴、碘的提取,44,問題線索,哪里有碘？,怎么知道有碘？,如何得到較純碘？,,,,我認識碘嗎？,,3.示例：溴、碘的提取,45,【實驗2】在兩支試管中各加入2~3mL KI溶液，分別滴加少量溴水和氯水，再分別滴加少量CCl4，振蕩，靜置，觀察實驗現(xiàn)象。 2

30、KI + Cl2 = 2KCl + I2 2KI + Br2 = 2KBr + I2,基于真實情景進一步認識“物質轉化”的過程（從自然界中獲取物質的方法）感受物質變化（氧化還原反應）的事實,解決問題的證據(jù),3.示例：溴、碘的提取,46,2. 以觀念建構為本的教學（以原電池工作原理為例）,知識線索,47,氧化還原反應有電子轉移，還原劑失去的電子直接傳遞給氧化劑，則化學能轉變?yōu)闊崮?，若還原劑失去的電子通過外電路再傳

31、遞給氧化劑，則化學能轉化成電能,認知脈絡,48,電極與電極材料；電流的產(chǎn)生：產(chǎn)生電勢差—發(fā)生氧化還原反應—電子定向移動—持續(xù)電流,設計裝置，將化學能轉化成電能,問題線索,49,解決問題的證據(jù),50,,表示Zn2+,,表示電子,表示電子,,,,,,,,表示Cu2+,,,,,,,,,51,以觀念建構為本的教學設計——電解原理,電解,,52,,五、化學觀念建構與學習能力培養(yǎng),二氧化硫SO2,,酸性氧化的通性（物質分類觀）,中間價態(tài)

32、（物質轉化觀）,特殊性（漂白性、毒性）,指導元素化合物知識的學習,,53,化學觀念建構與學習能力培養(yǎng),NO,NO2,HNO3,,,空氣中N2,54,化學觀念建構與學習能力培養(yǎng),指導化學概念的形成與發(fā)展,在含酚酞的氫氧化鋇溶液中逐漸滴加含等物質量的硫酸溶液，實驗過程中溶液的導電性、顏色、狀態(tài)發(fā)生怎樣的變化？從微觀粒子的運動、變化分析反應過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，探究該反應是怎樣發(fā)生的？,1。要怎樣表示上述反應才能夠反映變化的實質？2。下列各

33、組兩個反應出現(xiàn)的現(xiàn)象完全相同,從微觀粒子的運動、變化分析其原因。能否用同一個離子方程式表示兩個反應？ 鹽酸或氯化鈉溶液與硝酸銀溶液混合； 鹽酸或硫酸溶液與碳酸鈉溶液混合； 氫氧化鈉溶液與硫酸銨或硝酸銨溶液混合加熱。,55,知識記憶為本的教學教學目標注重對知識的記憶和理解。 內(nèi)容的選擇強調學科知識結構的形成。教學過程多采用講授式教學。教學內(nèi)容的分析強調知識點的理解和掌握。