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1、基于化学科学理解的化学模块教学设计基于化学科学理解的化学模块教学设计 梁永平梁永平 教授教授/博士博士 山西师范大学化学与材料科学学院山西师范大学化学与材料科学学院 2008年年12月月13日于太原日于太原基于化学科学理解的化学模块教学设计基于化学科学理解的化学模块教学设计一、科学理解的认识论框架二、化学科学理解的认识论框架三、基于化学科学理解的化学模块设计四、基于化学科学理解的化学模块教学设计专题的逻辑起点专题的逻辑起点 逻辑起点之一：科学教师是科学家群体和科学教育工作者群体在课堂中的代言人。专题的逻辑起点专题的逻辑起点 逻辑起点之二：化学教师的科学观念水平直接影响着科学教育的质量。化化学学
2、教教师师的的学学科科视视野野教教学学行行为为学生的理解水平学生的理解水平学生的学科思维学生的学科思维学生的思维方式学生的思维方式 影响影响影响影响化化学学教教师师的的科科学学观观念念决定决定专题的逻辑起点专题的逻辑起点 逻辑起点之三：新课程化学课程标准对科学观念有着明确的要求。课程标准中课程标准中“课程性质课程性质”明确表明确表述述“高中化学课程应有助于学生主动构建自身发展所需要的化学基础知识和基本技能，进一步了解化学学科的特点，加深对物质世界的认识；有利于学生体验科学探究的过程，学习科学研究的基本方法，加深对科学本质的认识，增强创新精神和实践能力；有利于学生形成科学的自然观和严谨的科学态度，
3、更深刻地认识科学、技术和社会科学之间的相互关系，逐步建立可持续发展的思想。”逻辑起点之四：模块不同，教学设计思想有所不同。必修模块必修模块高中化学模块设计高中化学模块设计化学化学1化学化学2选修模块选修模块化学与生活化学与生活化学与技术化学与技术物质结构与性质物质结构与性质化学反应原理化学反应原理有机化学基础有机化学基础实验化学实验化学高一化学课程模块的目标和主题高一化学课程模块的目标和主题化学1、化学2：目标：认识常见的化学物质，学习重要的化学概念，形成基本的化学观念化学观念和科学探究能力，认识化学对人类生活和社会发展的重要作用及其相互关系，进一步提高学生的科学素养。主题：认识化学科学认识化
4、学科学 化学实验基础 常见无机物及其应用 物质结构基础 化学反应与能量 化学与可持续发展基于化学科学理解的化学模块教学设计基于化学科学理解的化学模块教学设计一、科学理解的认识论框架二、化学科学理解的认识论框架三、基于化学科学理解的化学模块设计四、基于化学科学理解的化学模块教学设计一、科学理解的认识论框架一、科学理解的认识论框架1.科学认识的基本任务科学认识的基本任务 2.科学认识的方法论科学认识的方法论 3.科学认识的本质科学认识的本质1.科学认识的基本任务科学认识的基本任务（1）探寻规律，将无序现象进行有序化认识。（2）解释规律，提出理论进行合理性解释。2.科学认识的方法论科学认识的方法论
5、（1）复杂现象简单化处理 （2）以实验为基本手段获取科学事实 （3）归纳方式形成事实间的基本关系 规律或定律 （4）建构方式提出科学理论解释科学规律 3.科学认识的本质科学认识的本质科学认识是以经验事实为基础的观察和推论之间是有区别的定律和理论是有区别的科学认识中具有人的想像性和创造性 二、化学科学理解的认识论框架二、化学科学理解的认识论框架1.化学科学认识的基本任务2.化学科学认识的方法论3.化学科学认识中的科学本质1.化学科学认识的基本任务化学科学认识的基本任务化学的基本问题化学的基本问题“三物三物”之一之一物体运动物体运动物种演进物种演进物质及其转化物质及其转化化学的基本问题化学的基本问
6、题自然世界自然世界化学教学的回归性问题化学教学的回归性问题 物质及其转化物质及其转化化学科学认识的基本任务化学科学认识的基本任务（1）探寻物质及其转化规律，将“无序”的物质及其转化进行有序化认识。（2）解释物质及其转化的规律，提出物质及其转化的相关理论进行合理性解释。2.化学科学认识的方法论化学科学认识的方法论 （1）复杂现象简单化处理 从元素角度认识物质，物质可以按照组成进行分类，同类物质在性质上具有相似性。化学科学认识中的问题转化化学科学认识中的问题转化物质的元素性物质的元素性物质及其转化物质及其转化 元素及其化合物性质研究元素及其化合物性质研究元素及其化合物性质研究元素及其化合物性质研究
7、元素及其相关物质分类 单质、氧化物、酸（碱）、盐同类物质性质上具有相似性 金属单质研究模型金属单质研究模型（1）与氧气的反应与非金属单质的反应（2）与水的反应（3）与酸的反应（4）与盐的反应金属元素化合物性质研究模型金属元素化合物性质研究模型氧化物氧化物（1）与水的反应（2）与酸的反应（3）还原为单质氢氧化物氢氧化物 （1）如何获得 （2）与酸的反应 （3）转化为氧化物盐盐（1）形成沉淀（2）氧化还原反应非金属单质性质研究模型非金属单质性质研究模型（1）与氧气的反应与非金属单质的反应（2）与金属单质的反应（3）与氢气的反应非金属元素化合物性质研究模型非金属元素化合物性质研究模型氧化物氧化物（1
8、）与水的反应（2）与碱的反应酸酸 （1）如何获得 （2）与金属单质的反应 （3）与碱的反应 （4）氧化性盐盐（1）形成沉淀、气体（2）氧化还原反应物质性质研究的核心元素方法物质性质研究的核心元素方法 氧化还原反应学习对认识化学科学的价值 氧化还原反应学习氧化还原反应学习 对认识化学科学有什么价值对认识化学科学有什么价值?氧化还原反应学习对认识化学科学有什么价值氧化还原反应学习对认识化学科学有什么价值1.为什么要从氧化还原角度认识物质的转化？2.氧化还原反应有三个阶段的认识:(1)得氧失氧阶段 (2)化合价升降阶段 (3)电子转移阶段 可否认为前两个认识阶段只是第三认识阶段的基础性阶段,一旦形成
9、第三阶段的认识,前两个阶段的认识就没有意义了。3.从氧化还原反应角度认识物质的转化,使我们对物质及其转化的认识有何深化?为什么要从氧化还原角度认识物质的转化为什么要从氧化还原角度认识物质的转化?已有的认识:化学变化是原子之间重新组合的过程。物质是元素原子间按一定比例化合而成的。氧气是空气的主要成分，具有较强的反应性，许多物质都可以与氧发生反应。对氧化还原反应三个阶段的认识对氧化还原反应三个阶段的认识得氧失氧角度：得氧失氧角度：是从组成元素（氧）的角度认识物质及其转化。只是从氧元素组合关系的变化认识物质转化。许多化学变化涉及氧元素的组合关系变化。化学变化涉及氧元素的组合关系变化。化合价升降角度：
10、化合价升降角度：是从元素之间是按一定比例进行化合的，元素具有化合价角度认识物质的。是从化合关系的变化认识物质的转化。化学变化是一个元化学变化是一个元素化合关系变化的过程。素化合关系变化的过程。电子转移角度：电子转移角度：是从元素原子之间的化合本质上是原子之间的一种电子关系来认识物质的。是从电子关系的变化认识物质的转化。化学变化是一个元素化学变化是一个元素原子间电子关系变化的过程。原子间电子关系变化的过程。氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂是从物质转化过程中核心元素化合关系变化所表现出的性质来认识物质的。物质性质研究的核心元素方法从得氧失氧角度认识物质：氧气或及含氧的物质能够提供氧元素从
11、化合价升降角度认识氧化剂和还原剂 物质的性质与其所含元素的化合价有关从电子转移关系角度认识氧化剂和还原剂 物质的性质与其所含元素的电子作用关系有关氧化还原反应认识的价值氧化还原反应认识的价值涉及氧化物的转化问题，一般从得氧失氧角度考虑较为方便。涉及未知物推断、物质的制备、物质的检测等问题从化合价升降角度考虑较为方便。涉及能量转化，尤其是电能和化学能的转化问题，从电子转移角度认识较为方便。程序性知识程序性知识物质制备方法物质制备方法拟制备的物质所含元素是什么？拟制备的物质所含元素是什么？拟制备的物质所含元素在自然界中主要存在形态拟制备的物质所含元素在自然界中主要存在形态 是什么是什么？原料中的元
12、素化合价与拟制备物质中原料中的元素化合价与拟制备物质中元素化合价之间的关系是什么？元素化合价之间的关系是什么？实现原料到拟制备物质的主要过程是氧化还是还原，实现原料到拟制备物质的主要过程是氧化还是还原，需要氧化剂还是还原剂？需要氧化剂还是还原剂？基于元素观的物质及其转化认识基于元素观的物质及其转化认识物质物质的元素性。已发现和合成的物质有千百万种，而元素只有百十余种。物质的丰富性说明了元素的突出性质是其化合性。元素化合价是元素性质的标志。元素原子间的化合主要是为使元素的原子达到稳定结构，因此，元素间的化合关系本质上是一种电子关系。物质转化物质转化的元素守恒性。物质转化过程，可以认为是元素原子之
13、间的重新组合，可以认为是元素原子之间化合关系的变化，也可以认为是元素原子之间电子关系的变化。2.化学科学认识的方法论化学科学认识的方法论 （1）复杂现象简单化处理 从元素角度认识物质，物质可以按照组成进行分类，同类物质在性质上具有相似性。（2）以实验为基本手段获取物质及其转化的事实 （3）归纳方式形成物质及其转化的基本关系 （定性关系和定量关系）元素周期律 质量守恒定律 物质转化关系 （4）建构方式提出科学理论解释科学规律 从原子、分子水平上提出相应的理论（物质结构等理论）解释物质及其转化的规律。分子论 原子论 原子结构理论 化学键理论 有效碰撞理论 碳共价键理论 科学理论的科学理论的合理性合
14、理性理论的产生方式理论的产生方式理论的功能理论的功能“来龙来龙”“去脉去脉”3.化学科学认识的本质化学科学认识的本质科学认识是以经验事实为基础的观察和推论之间是有区别的定律和理论是有区别的科学认识中具有人的想像性和创造性 必修模块必修模块三、基于化学科学理解的化学模块设计三、基于化学科学理解的化学模块设计化学化学1化学化学2选修模块选修模块化学与生活化学与生活化学与技术化学与技术物质结构与性质物质结构与性质化学反应原理化学反应原理有机化学基础有机化学基础实验化学实验化学高一化学课程模块的目标和主题高一化学课程模块的目标和主题化学1、化学2：目标：认识常见的化学物质，学习重要的化学概念，形成基本
15、的化学观念化学观念和科学探究能力，认识化学对人类生活和社会发展的重要作用及其相互关系，进一步提高学生的科学素养。主题：认识化学科学认识化学科学 化学实验基础 常见无机物及其应用 物质结构基础 化学反应与能量 化学与可持续发展四、基于化学科学理解的模块教学设计四、基于化学科学理解的模块教学设计化学1模块的教学设计化学2模块的教学设计“化学与生活”模块的教学设计“化学与技术”模块的教学设计“物质结构与性质”模块的教学设计“化学反应原理”模块的教学设计“有机化学基础”模块的教学设计“实验化学”模块的教学设计化学化学1模块的教学设计模块的教学设计 基于“类”观念形成的 元素及其化合物教学设计化学化学1
16、主题主题3常见无机物及其应用常见无机物及其应用1.能根据物质的组成和性质对物质进行分类。2.知道胶体是一种常见的分散系。3.根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要性质，能列举合金材料的重要应用。4.知道酸、碱、盐在溶液中能发生电离，通过实验事实认识离子反应及其发生的条件，了解常见离子的检验方法。5.根据实验事实了解氧化还原反应的本质是电子的转移，举例说明生产、生活中常见的氧化还原反应。6.通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。元素及其化合物教学设计元素及其化合物教学设计钠的化合物教学设
17、计需要有什么样的思路？铁的重要化合物教学设计需要有什么样的思路？基于基于“类类”观念的元素及其化合物教学设观念的元素及其化合物教学设计计元素及其化合物教学设计需要考虑三类型知识：事实性知识关系类知识观念“类”知识元素及其化合物教学需要有元素及其化合物教学需要有“类类”的思想的思想 “类”可以从两个方面来理解：1.以元素为基点,列出相关的类别物质(单质和化合物)2.对具体物质的研究从两个方面进行研究:(1)从元素组成角度认识物质所属类的基本性质 (2)由物质核心元素化合态所决定的物质的性质元素化合物教学设计的基本框架元素化合物教学设计的基本框架一、“类”观念组织下的三类型知识分析及其目标构建二、
18、学生如何学习元素及其化合物并形成相应的观念 1.学生已经具有的元素及其化合物的相关经验 2.设计有意义的学习活动 3.情境的设计 4.反思性交流内容及其观念理解学生研究模型的形成学生研究模型的形成事实积累阶段事实“类”化形成模型雏形阶段模型强化阶段模型指导下的丰富性学习经验积累阶段经验积累阶段（1）有关金属元素及其化合物的主要经验有：镁与氧气发生反应；铁丝与氧气发生反应；锌与稀硫酸反应制取氢气；氢氧化钠是强碱，俗名有苛性碱、烧碱、火碱；元素金属活动性顺序。初中化学学习探究初中化学学习探究（2）有关非金属元素及其化合物的主要经验有：氧气能与氢气反应生成稳定的水；碳与氧气发生反应，二氧化碳溶于水形
19、成碳酸；硫与氧气发生反应；硝酸、硫酸是强酸。元素及其化合物教学设计水平元素及其化合物教学设计水平发展指南发展指南元素及其化合物教学行为水平发展元素及其化合物教学行为水平发展基本框架基本框架内容及其观念内容及其观念 学科观念水平学科观念水平 教学行为水平教学行为水平1.从元素列出类别物质2.具体物质所属类性质的研究 3.具体物质核心元素性质研究 4.反思性交流小结 内容及其观念内容及其观念 教师的观念教师的观念 体现水平体现水平 教师的教师的教学行为水平教学行为水平 从元素列出类别物质水平1：引出一种研究一种水平2：列出相关的化合物，然后再研究水平3：“类”的观念指导下的引出水平1：观念水平没有
20、达到3的相关教学行为水平2：在“类”的观念下，教师列出相关的化合物水平3：教师指导学生按照“类”的观念列出相关的化合物 内容及其观念内容及其观念 教师的观念教师的观念 体现水平体现水平 教师的教学行为水平教师的教学行为水平具体物质所属类性质的研究水平1：直接做实验或讲事实水平2：能从“类”的角度进行学习水平3：能从“类”的模型进行学习水平1：观念水平没有达到3的相关教学行为水平2：教师从“类”的模型角度组织学生学习水平3：教师组织学生利用已有的经验，进行“类”的模型化指导下的学习 内容及其观念内容及其观念 教师的观念体现水平教师的观念体现水平 教师的教学行为水平教师的教学行为水平具体物质核心元
21、素性质研究水平1：直接做实验或讲事实水平2：能从核心元素考虑物质的性质水平3：能从核心元素的化合价态考虑物质的氧化还原性质水平1：观念水平没有达到3的相关教学行为水平2：有从核心元素化合态研究物质氧化还原性的思想，但教学活动是教师为主的活动。水平3：有从核心元素化合态研究物质氧化还原性的思想，且组织了有意义的学习活动。内容及其观念内容及其观念 教师的观念体现水平教师的观念体现水平 教师的教学行为水平教师的教学行为水平小 结水平1：只关注具体的元素及其化合物性质或化合物性质之间的关系水平2：能够从元素及其化合物所属类的角度梳理相关的性质水平3：能够从“类”的模型思想梳理元素及其化合物的三类型知识
22、水平1：观念水平没有达到3的相关教学行为水平2：教师从整体上强调“类”及其模型思想。水平3：教师让学生表达“类”观念组织下三类型知识理解。基于事实及其价值学习的教学设计基于事实及其价值学习的教学设计 化学2模块 主题3“化学与可持续发展”的教学设计化学化学2-主题主题3化学与可持续发展化学与可持续发展1.认识化石燃料综合利用的意义,了解甲烷、乙烯、苯等的主要性质，认识乙烯、氯乙烯，苯的衍生物等在化工生产中的作用。2.知道乙醇、乙酸、糖类、油脂、蛋白质的组成和主要性质，认识其在日常生活中的应用。3.通过简单实例了解常见高分子材料的合成反应，能举例说明高分子材料在生活等领域中的应用。4.以海水、金
23、属矿物等自然资源的综合利用为例，了解化学方法在实现物质转化中的作用。认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。5.以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，体会化学对环境保护的意义。6.能说明合成新物质对人类生活的影响，讨论在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。“化学与可持续发展化学与可持续发展”主题的知识层主题的知识层次次 有机化合物三个层次的“知识”有机物性质的具体事实有机物性质的具体事实社会价值取向社会价值取向 有机物之间的转化关系 有机物转化研究的思想:“官能团类”、守恒思想、片段式组合、缩合组合“有机化学基础有机化学基础”模块的教学设模块的教学设计计 基于“类”观念形成的有机化合物教学
24、设计 三个层次的“知识”有机物性质的具体事实 有机物之间的转化关系 有机物转化研究的思想:“官能团类”、守恒思想、片段式组合、缩合组合 基于科学本质理解的化学理论性模块教学设计 化学2模块 “物质结构与性质”模块 “化学反应原理”模块化学化学2主题主题1 物质结构基础物质结构基础1.知道元素、核素的涵义。2.了解原子核外电子的排布。3.能结合有关数据和实验事实认识元素周期律，了解原子结构与元素性质的关系。4.能描述元素周期表的结构，知道金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。5.认识化学键的涵义，知道离子键和共价键的形成。6.了解有机化合物中碳的成键特征。7.举例说明有机化合物的同
25、分异构现象。为什么要学习原子结构知识为什么要学习原子结构知识原子结构学习价值思考原子结构学习价值思考物质结构的可分性对元素概念的建立有意义；同一类原子的认识。对元素相对原子质量的理解；同位素，核素。解释元素是如何形成物质的？原子间的作用。物质的化学式的解释。元素的化合价的解释。元素性质的预测或解释。对元素周期律的解释。化学键作用方式的解释，化学键理论提出的基础；对氧化还原反应的解释。对科学理论本质的认识对原子结构理论的教学思考真实还是建构？发现还是提出？原子结构认识的范式转变原子结构认识的范式转变牛顿式思维能量式思维对化学键知识的认识论思考对化学键知识的认识论思考化学键概念化学键概念化学键理论
26、化学键理论WWHW认识论思考模型认识论思考模型知识内容是什么？知识价值是什么？知识如何产生的？知识为什么是合理的？科学理论的科学理论的合理性合理性理论的产生方式理论的产生方式理论的功能理论的功能“来龙来龙”“去脉去脉”科学理论教学的创新点科学理论教学的创新点基于社会价值取向的模块教学设计基于社会价值取向的模块教学设计 “化学与社会化学与社会”模块模块 “化学与技术化学与技术”模块模块社会价值取向内容的教学设计策略社会价值取向内容的教学设计策略主题型教学策略用途联系型策略清净渗透型策略基础辐射型策略信息给予型策略社会问题中心模式综合讨论型策略展望式教学策略论文式教学策略媒体多元化策略基于化学科学理解的化学模块教学设计基于化学科学理解的化学模块教学设计一、科学理解的认识论框架二、化学科学理解的认识论框架三、基于化学科学理解的化学模块设计四、基于化学科学理解的化学模块教学设计