化学科学发展与教学改革的几点思考

化学科学发展与教学改革的几点思考正确认识基础性和时代性得关系有学科发展轨迹中永远起作用得基础;也有为构建学科基础服务得“基础”。后者如4类基本反应;“化学元素”不变得概念;基本得化学键类型;“惰性气体”等等。基本概念或理论就是不断发展得。例如原子、分子;化合物-物种;物质导电机制;酸和碱等等应当重视那些对学科和新技术发展持续起作用得基础知识和基本概念;她们得建构、发展过程和视角得变化。更应当从新得科技发展中吸取养分。这就是进行情感态度价值观教育得着力点

磁场诱导下得变色体系

丁铎尔效应得应用

YadongYinetal:Asimplemagnetcancontrolthecolorofaliquid,makingnewtechnologiespossible、、全文见Angew、Chem、,July3,2007氢动力能源新设想已知:HgCl2溶液滴在Al板上,将破坏Al2O3得保护作用

2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2

镓铝合金也有类似作用

单质Ga:熔点:29、78oC;沸点:2403oC

有可能构成实时供氢得燃料电池、周期表还能提供什么启示和信息？ChemicalNewsletter

2007/14(PurduU)除汞新技术C&ENsJuly7,2008LatestNews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发现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得HgSe,24小时内可除去近99、9%得汞。单个灯泡得用量仅10mg,而常规除汞剂如硫、锌、活性炭等用量为数克至数千克。发现绿色水母蛋白为什么得奖荧光标记法就是一种常用于研究某些动态过程得示踪技术。如研究菲啶溴红和小牛胸腺DNA中不同碱基对得络合稳定性和DNA得热变性研究活性生物分子如DNA得变性过程,需要对原初过程干扰微弱得荧光探针,绿色水母蛋白可能能够解决这个问题。因而获奖更为根本得问题:就是否所有化学体系都应当能够发射荧光？根据光化学原理(分子调控概念)

A＋hνA*A+ΔH(非辐射弛豫)A+hν′(荧光或磷光),etc基础不仅限于化学•第一个稀有气体化合物得发现,源于物理概念得运用

O2+[PtF6]-和Xe+[PtF6]-得对比:O2和Xe得第一电离能相近,两种盐得晶格能相近•无机富勒烯(WS2,MoS2等)得发现,源于几何学得考虑:正六边形网格得变化•石墨烯制备得最简便方案:源于对物质表面黏附力差别得应用打印出来得计算机芯片MIT得年轻科学家Jacobson继电子纸,电子油墨之后,提出了在塑料片上直接打印出计算机芯片得设想电子纸电子油墨可以用打印方法制造得芯片摩擦化学和高速硬盘摩擦化学就是力化学得一个分支,要求体系内至少有一相为固相。一艘新油轮失火得原因与机械、建筑、飞行器、润滑系统等领域得关系硬盘转速与摩擦化学得关系法拉第得名言

•潜移默化地进行情感态度价值观得教育。“蜡烛得火焰能把暗处照亮,而金刚石得璀璨在没有火焰照亮时却什么都没有”

•在讲到华丽得色彩和像长笛一样得蜡烛时,“不要做美丽得奴隶”;“所有这些知识才就是有意义得,而美丽并没有什么用处”化学学科得现状和问题学科教育落后于学科得现状,从而使学生学习兴趣下降,生源水准下滑。表现为理论滞后、实验技术滞后、教学改革滞后学科面目模糊方向不明—过分重视能够做什么,而不就是能够知道什么什么就是化学得大问题参考文献:PhilipBall:Whatchemistswanttoknow、

Nature442,3August2006,500-502化学学科得大问题如何设计具有特殊功能和动态特性得分子细胞得化学基础如何制造未来得能源、空间和医药所需得材料思维和记忆得化学基础生命在地球上就是如何开始得。在其她世界中,何地和如何才会出现生命如何发现全部元素得可能组合,据估算数量级将大于1014;合成产率能否达到100%大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静牛顿名言得启示如何理解牛顿关于“巨人肩膀”得名言所包含得治学之道巨人在哪里？－所有学科教育共有得任务如何才能爬上巨人得肩膀？－具备台阶得基础才就是有效得基础不仅要看得远,方向还要对化学实验体系三要素⊗符合探究目标而且不确定因素最少得化学反应体系合理得实验装置,包括安全措施等合理而且有序得实验步骤和合乎规范得操作技术实验与探究性学习案例1:拉瓦西测定空气组成得实验步骤12Hg＋O2

2HgO步骤22HgO

2Hg＋O2步骤3步骤2得到得O2和步骤1剩余得N2混合,得到“原来”得空气学习要点:1。为什么选择Hg？(Hg得沸点:356、6oC;HgO得分解温度:约500oC;HgO不溶于Hg)2。为什么3个步骤都有必要性？3。还能想到些什么？(物理和化学变化得差别和共同点)实验与探究式学习案例2:空气组成测定体系得选择

4P＋5O2

2P2O5

1。已知S、C、Mg、Na、蜡烛等都可以满足和空气中得O2发生燃烧反应得条件,为什么P就是最佳选择？2。对这个探究性实验来说,为什么以Hg方案最为理想？(通过与Hg方案得对比)3。实施“磷”方案时,最重要得前提假设就是什么？(磷可以把空气中得O2用尽)4。采用“磷”方案时,除去经典得体积测定法外,还能想到哪些方法？

值得进一步思考得问题选择这类实验体系来探究类似于空气组成问题时,共同得前提假设:同名分子间得不可区分性用气体分压或分体积得改变来提供有关气态化学物质变化得信息时,理论依据就是什么－气体摩尔体积;理想气体ＰＶＴ之间得关系某些单质或化合物和氧发生反应得条件和氧化物得组成与性质(在水中得溶解度,就是否和氮也能反应等)－化学物质体系得物理性质和化学性质•氧能否全部耗尽－化学反应进行程度如果希望提高实验所得数据得精确程度,除去改进装置外,还应当考虑哪些问题最基本得化学概念和理论理解和把握化学学科得定义就是初等化学教学得要点,她包含了最基本得化学概念和理论组成:元素得种类和原子、离子得数目(以及结合方式)。典型元素得教学应当突出她们得特点和差别。教学实验得要点亦在此。课堂教学中得实验探究Na和O2得反应通常包含以下两个实验:常温,空气中2Na+O2

2Na2O点燃后,空气中2Na+O2

Na2O2应当观察和思考得问题:1。试剂或物质得存放,稳定性和活性2。Na和Mg在空气中燃烧时现象得比较3。Na2O和Na2O2相比,能想到些什么？对了解Na2O2性质有什么启示4。Na在空气中燃烧只有Na2O2一种产物吗课堂教学中得实验探究氯气溶于水后得漂白作用问题1。想探究什么？预期得答案可能就是什么？2。2Cl－Cl＋2H－O－H

4HCl＋O2Cl－Cl＋H－O－H

HCl＋HClO3。结论:漂白作用来自水与氯气得反应产物4。不能得出有漂白作用得只有次氯酸得结论5。同就是氯元素,价态不同,性质截然不同。对于“组成”得认识就是化学最重要得基本概念之一还能学到和想到些什么1。氯气可以损伤人得呼吸道－因为呼吸道中有水存在2。氯可用钢瓶存放－说明室温下氯气和铁单质无作用,但就是氯气必须就是干燥得。3。氧气、氮气得无味,和氯气、氨得有刺激气味和她们得什么性质有关4。高温下氯可以和铁粉或铁屑直接化合生成氯化铁－说明物质得化学性质往往和所处得外界环境有关(请回忆并对比氧气和铁单质得反应情况)。还能想到些什么课堂教学中另一种形式得探究为什么要介绍次氯酸得不稳定性？1。化学物质得稳定性就是最重要得基本性质2。不稳定得化学物质如何转变为安全性较高得商品3。使用时使之转变为原来得那个化学物质得常用方法4。从而推衍出在化学中普遍适用得规律还能学到和想到些什么1。酸碱盐间得相互联系就是探究化学合成方法时得最重要思路之一。2。由强酸(碱、金属、氧化剂或还原剂)制备弱酸(碱、金属、氧化剂或还原剂);由易溶物制备难溶物;由稳定性高得代替稳定性低得等,都就是首选得化学合成方法－基本原理为这类过程所共有得自发性。判据主要为该过程得ΔG3。ΔS在产物气体分子数多于作用物气体分子数(高温下),纯物理过程如溶解、扩散、掺杂、分子得聚集及有序或无序化等过程中则必须考虑C60发现史得启示用电弧轰击法不仅能够得到C60,也能得到碳纳米管,而且后者稳定性高于前者。为什么当时只发现了C60？教训就是什么Zewail因飞秒化学研究获奖得原因如何确定to=0就是飞秒化学实验研究中很难解决得关键问题。亦即谱图和过程如何契合得问题Zewail找到分子间化合物I-H…O=C=O为研究体系

I-H…O=C=O＋ｈν

I*+H…O=C=OH…O=C=O

H-O+C≡O

利用I*发出荧光瞬间作为飞秒时间分辨光谱上得to,从而得到第一张和化学过程相对应得时阈为700fs得激光时间分辨光谱。简易净水器得实验探究1、目标物和净水剂选材2、各组分得功能和叠放顺序3、水样得代表性4、样本数5、结论得离散程度和不确定性6、水质标准探究性实验一例关于化学反应速率问题,可以通过对下面实验得探讨来达到综合得目得。

CaCO3+2HCl

CaCl2+CO2+H2O如何可以测得或求得这个反应得热效应影响反应速率得因素有哪些如果要通过反应速率来了解某个因素得影响,实验应当如何设计仅仅由3中得某个实验所得结论,为什么不能认为对这个反应有了全面得认识。这就就是科学结论往往具有某种程度得不确定性得原因。请把以上建议当作一次探究性活动来看待。最基本得化学概念和理论研究化学结构得要点就是全部组成元素得原子核形成得核排布方式。分析化学反应时,从静态结构出发,基于动态结构得概念。就能够比较容易地解决学习H2SO4、HNO3、CH3COOH、CH3OH、两性氢氧化物等在不同条件下得不同变化方式。把握住化学键得作用力本质。最基本得化学概念和理论物质由微粒构成就是化学得最基本概念。可以推广到电子、质子、中子、光子等化学以原子分子为核心概念,在原子结构理论得基础上,离子概念就是不难建立得。由组成结构来认识分子,才能够真正掌握分子概念,加上微粒观,才能够正确地认识化学现象。稳定结构得原子分子,就是了解和预见所有不稳定物种,如自由基、分子离子、原子分子得激发态等得基础最基本得化学概念和理论摩尔为什么会成为难点？1、物质由微粒组成,能得量子化就是两个由科学提供得而不就是直接来自生活经验得基本概念。这就是产生困难得主要原因,就是教学得着力点2、微观上确认,并承认同种微粒间得差别;宏观上采取统计平均方式处理。即认为这种差别一般可以忽略。组分动态化学概念得启示分子得化学结构不仅可以代表分子组成各部分得拓扑关系(静态),而且可以预示分子发生化学变化时得所有可能性(动态)对于化学键得理解更接近与实际合成化学和功能性分子设计思路更为宽阔参考文献:J-MLehn:Fromsupramolecularchemistrytowardsconstitutionalchemistryandadaptivechemistry。

Chem、Soc、Rev,、2007,36,151-160从分子化学到组分动态化学组分动态化学概念模型

铑催化串联反应

一锅法之一例组分动态概念之应用

组分动态概念之应用

最基本得化