化学基本观念课件

化学学科的教育价值为什么要学化学？学什么样的化学？怎么学化学？环境保护化学科学能源开发生命探索材料研制信息科学化学——人类进步的关键

——(美)西博格,1979年美国化学会成立100周年大会上的讲话化学是一门中心的、实用的和创造性的科学

——(美)R.布里斯罗.化学的今天和明天[M].北京:科学出版社,2003化学是一门什么样的学科地球的限度（9项）气候变化海洋酸化平流层臭氧耗竭氮和磷生物地球化学循环气胶负荷全球淡水资源利用化学污染生物多样性的丧失率土地系统改变化学对人类社会的发展具有重要意义——RockströmJ,SteffenW,NooneK,etal.Asafeoperatingspaceforhumanity[J].Nature,2009,461(7263)

化学是一门历史悠久的自然科学，在漫长的发展过程中，化学科学积累了丰富知识的同时，也积淀了化学家们认识物质、创造物质和应用物质的思想观点、思维方式和科学方法。…………1803道尔顿1811阿佛加德罗1867门捷列夫原子学说分子元素周期律1777拉瓦锡氧化学说1888勒夏特列化学平衡原理化学科学的魅力一、化学思维方式与化学三重表征化学学科不仅积累了丰富的知识，更提供了一种强有力的认识和思考世界的方式，即化学思维方式。化学思维方式是可迁移的，对学生未来的学习和职业发展具有重要价值。——TalanquerV,PollardJ..Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83化学科学拥有怎样独特的思维方式？化学家们是如何思考和表征物质世界的？

约翰斯顿（Johnstone,A.H.）在论文《宏观和微观化学》中提出，化学专家至少在三种不同的水平上对化学物质进行思考：

(1)描述的和功能的（descriptiveandfunctional）；

(2)表征的（representational）；

(3)解释说明的（explanatory）。

——Johnstone,A.H.Macro-andMicro-Chemistry[J].SchoolScienceReview,1982(64)

化学专家思考的三种水平1982现代化学具有三个基本的成分：可触及的、可视的宏观化学原子、分子等的微观化学符号、方程式、计量学、数学的表征化学——JohnstoneA.H..TheDeveloPmentofChemistryTeaching：AChangingResponsetoChangingDemand.JournalofChemicalEducation,1993,70(9)1993化学以可以触摸的形态（宏观）存在，其性质和反应可重复观测；为了解释宏观行为，人们提出了分子、原子、结构等微观的视角；两者同时又可以用符号和可视化方式（包括数学）加以表达。——GilbertJK,TreagustDF.Multiplerepresentationsinchemicaleducation[M].Dordrecht:Springer,2009:62009现代化学的三个基本成分——GilbertJK,TreagustDF.Multiplerepresentationsinchemicaleducation[M].Dordrecht:Springer,2009:172化学科学的思维方式化学家们不仅从宏观上对物质的性质和变化进行观察和描述，更重要的是从微观结构上对其进行解释，以深刻把握物质变化的本质规律，而化学符号作为宏观物质和微观世界的抽象表达方式，是化学家进行化学思维的工具。宏观与微观的联系是化学不同于其他科学最特征的思维方式。离开这个基本点就不是化学（吴国庆，2003）。化学思维的三大领域美国在1996年发布的《国家科学教育标准》中明确要求，中学生应该具备将所学到的物质的宏观性质与物质的微观结构联系起来的能力。这一能力要求学生在思维的三大领域中漫游：可观察现象的宏观世界分子、原子和离子等微粒构成的微观世界化学式、方程式和符号等构成的符号与数学世界——（美）国家研究理事会著.戢守志等译.国家科学教育标准[M].科学技术文献出版社,1999:217化学学习的三重表征从宏观、微观和符号三种水平上认识和理解化学知识，并建立三者之间的内在联系，从而形成化学学科特有的思维方式，我们称之为化学学习的三重表征。学生的化学学习实质上是建构化学的三种表征，以及能在三种表征之间自由、灵活地转换。

——毕华林,黄婕.化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究.化学教育,2005(5)张丙香,毕华林.化学三重表征的界定及其关系分析.化学教育,2013(3)化学三重表征的关系

化学三重表征是一个相互联系、相互补充的有机整体。三种表征的内在联系影响着知识的理解和建构，制约着三种表征之间的思维转换。——IztokDevetak,JanezVogrinc,SašaAleksijGlažar.Assessing16-Year-OldStudents’UnderstandingofAqueousSolutionatSubmicroscopicLevel[J].Researchinscienceeducation,2009(39)

加强实验教学，增加宏观表征的体验。合理使用微观模拟，增强微观世界的可视化。理解化学用语的意义，强化符号表征的中介作用。强化在不同表征间进行转化的意识和能力。

——张丙香,毕华林.化学三重表征的含义及其教学策略[J].中国教育学刊,2013(2)化学三重表征的教学

国内外已有研究表明：无论是宏观表征，还是微观表征和符号表征，学生均存在不恰当的表征或各种各样的困难和障碍；学生难于建立同一现象的多种表征以及不同表征之间的相互联系和转换。这些都影响着学生对相关化学知识的充分理解及深入学习。——WuHK,KrajcikJS,SolowayE.Promotingunderstandingofchemicalrepresentations:Students'useofavisualizationtoolintheclassroom[J].Journalofresearchinscienceteaching,2001,38(7)对宏观水平本质的认识在日常生活或实验室所经历的真实现象，处于可观察和可触摸的水平。既包括真实的现象，也包括用来描述这些现象的概念。在本质上是一种表征，主要是由那些描述物质宏观性质的概念和模型组成，例如，pH，温度、压强、密度、浓度等。更多指的是那些学生在化学课堂和实验室中经历的现象，而这些现象通常被认为是不同于日常生活中“真实的”宏观世界。关于化学三重表征的争议和思考一利用现代先进技术（如扫描隧道显微镜等），在原子水平上观测到的物质表面原子位置的图像是否属于宏观水平？

宏观水平通常被认为比微观水平更“具体”，更容易被学生所接受。但实际上，化学中一些概括物质宏观性质特征的概念和模型，如物质、元素、能量、热、温度、密度、重量等，这些概念与分子、原子和电子等概念是一样抽象和具有挑战性的。关于化学三重表征的争议和思考二——TalanquerV.Macro,submicro,andsymbolic:themanyfacesofthechemistry“triplet”[J].InternationalJournalofScienceEducation,2011,33(2)宏观水平是否比微观水平更容易学习？关于化学三重表征的争议和思考三

通常化学中的可视化语言包括符号和图示，但是对于一些半符号、半图示的可视化表征，如甲烷的分子几何构型：一方面包含了路易斯结构式、楔形、破折号等符号和图示；但另一方面，这种几何构型又具有强大的解释力量，是一种深入到微观水平的解释模型。这种表示到底应该被认为是符号水平还是微观水平？——TalanquerV.Macro,submicro,andsymbolic:themanyfacesofthechemistry“triplet”[J].InternationalJournalofScienceEducation,2011,33(2)展望化学三重表征

从1982年约翰斯顿（Johnstone）提出化学的三种水平至今，化学三重表征已有三十年的发展历程。在过去的30年里，化学三重表征已逐渐成为最有影响力、最富有创造性的思想之一，成为化学教育研究的理论基础，指导着世界各地化学教师的教学和课程、软件、教材编制者的工作。——VicenteTalanquer.Macro,Submicro,andSymbolic:ThemanyFacesofthechemistry“triplet”InternationalJournalofScienceEducation.2011,33(2)

重视化学学科思维方式的形成引导学生从“掌握作为一种知识的化学”转移到“理解作为一种思维方式的化学”，已成为当今国际化学课程改革的重要方向——TalanquerV,PollardJ..Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83二、化学学科思想与观念建构教学

化学知识是化学家运用一定的科学方法，经历艰难曲折的探索过程而获得的，这一过程倾注了化学家的智慧，体现了化学家的思想、观点和方法，这些思想方法的集合构成了化学学科思想。化学学科思想

化学学科思想反映了化学学科的特征和化学知识的形成和本质，它是科学共同体对化学学科特征、规律、方法的概括性认识，对化学科学研究和人类认识发展都具有重要价值。——毕华林,万延岚.化学基本观念:内涵分析与教学建构[J].课程·教材·教法,2014(4)——毕华林,万延岚.化学的魅力与化学教育的挑战[J].化学教学,2015(5)

在化学教学中，通过引导学生对化学知识的学习和对化学学科思想的理解，学生能够建构起从化学的视角认识事物和解决问题的思想、观点和方法，我们称其为“化学基本观念”。化学基本观念化学学科思想

是化学家们对化学学科特征的高度概括性认识。化学基本观念是化学学习者对化学学科思想的不同认识和理解，是学生通过化学课程的学习所获得的对化学的总观性认识。学科思想与基本观念

学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标。背诵或记忆某些具体的化学事实性知识，当然是有价值的，但是更重要的价值在于它们是化学观念及某些基本观念的载体。

——宋心琦,胡美玲.对中学化学的主要任务和教材改革的看法[J].化学教育,2001(9)化学教育应突出化学基本观念的引领科学教育的原则和大概念

科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实。而是应当慎重选择一些重要的科学观念，用恰当的、生动的教育方法，帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解。

——[英]温·哈伦.科学教育的原则和大概念.韦钰,译.北京:科学普及出版社，2011:序言（周光召）化学学科应帮助学生构建哪些基本观念

——毕华林,卢巍.化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中学化学教学参考,2011(6)化学基本观念不是具体的化学知识，也不是知识的简单积累，它是对具体知识的概括提升，具有超越事实的持久价值和迁移价值。化学基本观念是学生基于自己的认知基础，对化学科学的深刻理解，是学习者深入思考和内心体验的结果，它影响着人们分析和解决实际问题的价值取向和行为方式。国外对化学核心观念的强调

国外科学教育研究提出，让学生将所学习到的科学知识凝聚起来，形成“bigideas”，这些“bigideas”能帮助学生在科学知识之间建立起联系，最终使得学生形成一幅关于科学的全景图，以便他们从科学的视角有效地处理日常生活中遇到的问题并做出决策。—BooHK.TeachingandLearning,2001,22(1)BigideasCentralideas大观念核心观念

“大观念”通常指的是一种总结学科核心知识的陈述，这种核心知识是我们希望学生理解的。——TalanquerV.Chemistryeducation:tenfacetstoshapeus[J].JournalofChemicalEducation,2013,90(7)美国国家科学教育文件中的核心观念学科核心观念学科交叉概念科学与工程实践下一代科学教育标准（2013）K-12科学教育框架（2011）化学核心观念例举（NGSS）“物质及其相互作用”核心观念的内涵物质由不同原子、以不同方式结合而成。按照原子序数排列的元素，呈现出周期性的性质，周期性的性质反映了最外层电子的状态。物质的结构和性质由原子内或原子间电子的作用力决定。在反应中，不同类型原子的总数守恒，因此质量守恒。化学反应中能量的转移是由于键能总和的变化，即分子能量的变化。……美国大学委员会标准所有物质都是由原子构成的。每种元素的原子都有独特的结构，这是由电子和原子核之间相互吸引形成的。当原子序数增加时，元素显示出周期性。在物理和化学变化中，原子保持不变。将原子聚集在一起的强烈的静电吸引力被称为化学键。化学变化和物理变化通常伴随能量的改变。键的断裂需要能量，键的生成释放能量。化学平衡是一个动态的、可逆的状态，在这个过程中正逆反应速率达到平衡。

这些化学核心观念都是对化学核心知识的陈述，具有广泛的重要性和强大的解释力量，并能够使学生随着时间的推移对其进行不断深化发展。化学核心观念例举化学核心概念与具体知识是形成化学基本观念的基础和源泉。没有具体知识的深入学习就不会有基本观念的形成；化学基本观念借助于具体的化学知识由浅入深地揭示出来，是具体知识提炼升华的产物。化学基本观念与核心概念、具体知识间的关系化学基本观念化学核心概念1化学核心概念2化学核心概念n……概括提炼迁移应用化学知识1(1)…化学知识1(2)化学知识1(n)化学知识2(1)…化学知识2(2)化学知识2(n)化学知识n(1)…化学知识n(2)化学知识n(n)化学基本观念、核心概念、具体知识间的关系基本观念具体知识核心概念物质都是由原子、分子、离子等基本微粒构成的，这些微粒很小很小；这些微粒是不断运动的；微粒之间存在一定的间隔；原子可以结合成分子，也可大量聚集；微粒之间存在着相互作用。微粒观水的三态变化水的分解合成木炭的燃烧氢气的爆炸原子的构成酸的性质相对原子质量碱的性质概括提炼迁移应用分子原子离子

引领学生形成化学基本观念帮助教师在不同的概念间建立更加有意义的联系转移教师的注意力：

具体知识基本观念化学基本观念的教学价值概念概念概念概念概念实施“观念建构”的化学教学中学化学教学必须超越对具体知识本身的追求，从传授事实、掌握知识转变为使用事实、发展观念，即要从“知识为本”的教学转向“观念建构”的教学。简单地将化学基本观念的具体内涵记住并不能有效地形成化学基本观念。

所谓“观念建构”教学是指在化学观念的引领下，使学生通过高水平的思维活动，深刻理解和掌握化学知识，并通过不断的反思、概括、提升，促进化学基本观念的形成。—毕华林,辛本春.促进“观念建构”的化学教学策略[J].中学化学教学参考,2011(7);毕华林,崔素芳.促进“观念建构”的化学教学设计[J].中学化学教学参考,2011(8)促进“观念建构”的教学设计化学基本观念的建构不是一蹴而就的，难以通过一节课、两节课的教学来完成，促进“观念建构”的教学应贯穿整个化学教学的始终。基本观念的形成是随着知识教学的推进，借助于不同层次的化学知识由浅入深地揭示出来的，这意味着处于教材不同单元、章节中的不同知识点，可能具有相同的观念内涵。因此，促进“观念建构”的化学教学设计应立足于整体内容，在对中学化学课程进行全面、系统分析的基础上，分阶段、分层次、有计划地逐步达成。——毕华林,崔素芳.促进“观念建构”的化学教学设计.中学化学教学参考,2011(8)实施“观念建构”教学的思考和挑战一实施“观念建构”教学是否会弱化学生对化学知识的掌握？“观念建构”的化学教学实现的是化学知识与基本观念双向建构的共赢过程。教师要深入分析和挖掘教材内容，深刻理解化学基本观念与具体知识、核心概念间的内在联系，引导学生通过对化学知识的理解反思促进基本观念的形成，死记硬背式的学习难以形成化学基本观念。实施“观念建构”教学的思考和挑战二当一节课的内容能够体现不同学科观念的时候，是面面俱到，还是突出最核心的基本观念？化学基本观念的建构在于深入、系统，而不是泛泛而谈。要在突出化学学科本质特征的前提下，选择和把握本节课中最本质的核心观念，围绕这一核心观念统筹相关知识和其他观念，系统地组织和设计课堂教学。是不是每节课、每个知识内容都能进行“观念建构”的教学？实施“观念建构”教学的思考和挑战三在中学化学教学中倡导“观念建构”的教学，就是引导教师在教学中要从整体出发，把握本质，而不要过分关注细节；要超越具体事实，引领学生通过深刻思考和积极反思，从本质上认识和理解所学化学知识。

——毕华林,卢巍.化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中学化学教学参考,2011(6)深入挖掘化学知识的价值任何知识都具有丰富而深刻的内涵，蕴含着多重价值。分析和挖掘化学知识价值的过程，就是深入揭示知识内涵的过程，就是引导学生思维和认识不断深入发展的过程。——毕华林，辛本春.中学化学教学中化学知识内涵的开发.中学化学教学参考,2010（7）亓英丽,毕华林.基于知识价值开发的理科教材内容分析.课程·教材·教法,2013（6）具体知识（事实、概念、原理）方法论知识（过程、方法）观念性知识（观念、态度）实施“观念建构”教学的思考和挑战四化学基本观念的建构遵循一定的学习进阶化学基本观念的形成不是一蹴而就的，而是不断丰富发展的，具有阶段性、层次性和渐进性的特点。科学教育研究认为，围绕少数核心观念进行深入探究的进阶学习，能够更好地促进学生科学素养的形成。——SevianH,TalanquerV.Rethinkingchemistry:alearningprogressiononchemicalthinking[J].Chem.Educ.Res.Pract.,2014,15(1)少而精（lessismore）更少，更清晰，更高要求（fewer,clearer,higher）——Bill&MelindaGatesFoundation.Fewer,Clearer,Higher:MovingForwardwithConsistent,RigorousStandardsforAllStudents，2012

围绕核心观念组织并整合学科知识、通过学习进阶发展学生对核心观念的理解，已成为当代基础教育科学课程改革的核心理念。围绕核心观念整合课程内容三、化学科学实验与实验探究教学化学是实验的科学，只有实验才是最高法庭。——著名化学家傅鹰先生实验探究活动

以实验为基础实验事实

实验科学方法

实验史实——郑长龙,梁慧姝.试论以实验为基础中“实验”的含义[J].中学化学教学参考,1995(3)化学科学实验与化学教学中的实验教学中的实验来源于科学实验，二者存在着一致性：都具有目的性、探索性、现实性和可感知性；都需要经过实验的准备、实施和处理等阶段；都是认识的来源和发展动力，同时又都是检验认识真理性的标准；……——梁慧姝,郑长龙.化学实验论[M].南宁:广西教育出版社,1996:185-188“孩子们在教室里所为和科学家在实验室所为只有程度不同，没有本质区别”。

——BrunerJS.ProcessofEducation[M].Boston,MA:HarvardUniversityPress,1961:14.化学实验教学的目标兴趣与动机2科学动手技能和问题解决能力3科学思维习惯4理解科学的本质5理解科学概念1——Hofstein,A.,Lunetta,V.N.Thelaboratoryinscienceeducation:foundationsforthetwenty—firstcentury[J].ScienceEducation,2004(88)化学实验教学体系——宋心琦.再谈中学化学实验教学改革[J].化学教学,2013(3)化学实验教学问题[J].中学化学教学参考,2011(11)1作为实验对象的物质体系3合理的实验步骤和规范的操作技术2适当的仪器装置和必要的安全措施原理、装置、操作相统一加强实验基本环节让学生学会识别并掌握常用仪器和试剂的名称、性能及用法；懂得常用实验装置、实验条件与有关反应原理的关系；学会实验的一般操作程序、操作要领和操作规范；学会观察和记录实验现象、绘制装置图，能够从实际出发，分析综合，抽象概括，得出结论。——刘知新.刘知新化学教育文选[M].北京:高等教育出版社,2003:97——HarwoodWS.Anewmodelforinquiry[J].JournalofCollegeScienceTeaching,2004,33(7).化学实验是科学探究的重要要素问题观察确定问题提出问题进行实验形成假设收集证据解释与结论反思与评价表达与交流在化学实验探究中，既需要有各种实践活动的直接体验，更需要有积极的思维参与。发现和提出问题、提出假设、收集和整理证据、运用逻辑思维和批判思维，做出合理的推理与解释等等，所有这些活动都是和深层次的脑力思维活动分不开的。科学思维是实验探究的灵魂和核心。

——毕华林等.高中化学新课程教学论[M].北京:高等教育出版社,2005:194“动手”和“动脑”紧密结合How?观察、思维、解释相结合Why?“过程”和“结果”并重重视实验过程，将有利于师生间的互动和积极参与教学过程。过分不重视过程的实验等于把生动活泼的化学现象变成了静止的某个预期的“结论”。没有悬念，引不起学生的积极思维，没有发现时的快乐，感受不到科学的魅力。——宋心琦.有关化学实验改革的想法与建议[J].化学教育,2001(3)化学实验探究不仅重视引导学生亲身经历和体验科学探究活动，同时更重视学生通过探究活动获得知识、技能和情感态度价值观的收获，即实验探究的结果。那种认为实验探究只重过程、不重结果的认识和做法是片面的，不利于学生科学素养的全面发展。重视过程and重视结果把握好实验探究的开放度提出问题形成假设制定方案收集证据得出结论水平0水平1水平2水平3水平4水平5教师教师教师教师教师学生教师教师教师教师学生学生教师教师教师学生学生学生教师教师学生学生学生学生教师学生学生学生学生学生完全开放的探究或封闭的探究都不利于学生的学习，而合适的指导探究教学对学生的学习具有积极的影响。——BianchiniJA,ColburnA.Journalofresearchinscienceteaching,2000,37(