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关键词： 化学反应原理   内容调整   分析与建议  

摘要： 从课程标准中提出的内容要求和活动建议出发，分析苏教版《化学反应原理》新旧教材内容的调整、调整的目的或意义，发现新版教材对课程标准中的内容进一步完善，更能体现化学核心素养的要求，语言描述更加准确，更方便教师和学生使用。并对新教材编写过程中前后数据的一致性、教学中如何实施高中与大学知识的衔接、如何合理使用新教材资源及其他资源提出了一些具体的建议。

关键词： 镁钕合金   第二相电化学腐蚀   腐蚀机理   第一性原理计算  

摘要： 镁合金具有低密度、高比强度及良好的阻尼抗震、电磁屏蔽性能和生物相容性，应用于汽车、3C和航空航天以及生物医用领域。但其较差的耐腐蚀性能限制了镁合金的进一步应用。目前，动电位极化电化学腐蚀试验是评价镁合金腐蚀动力学最重要的途径，但该技术存在一定的局限性。计算材料学的发展为更准确地探究镁合金腐蚀评价和预测提供了新方法。本文拟通过密度泛函理论（DFT）计算研究Mg-Nd合金第二相的热力学特征，利用马会提出的一种在第一性原理计算框架下发展的关于电化学腐蚀的计算模型,从阳极溶解反应与阴极析氢反应两个部分去剖析镁钕合金第二相电化学腐蚀的内在机制,进一步澄清Mg-Nd合金阳极第二相Mg41Nd5的腐蚀电化学机理。　　本工作从电化学腐蚀角度出发，研究Mg-Nd合金中第二相MgNd、Mg3Nd、Mg12Nd、Mg41Nd5相的阳极溶解与析氢反应耦合得到的极化曲线以揭示其腐蚀机理，运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算了镁及镁钕第二相的表面能和功函数及吸附氢自由能物理量，讨论了合金元素和表面缺陷（空位、吸附位点）对镁钕合金第二相的影响。得出的主要结论如下:　　（1）对α-Mg基体相及Mg-Nd合金第二相进行了不同晶面的表面能计算。结果表明,α-Mg相的稳定性是强于其第二相MgNd、Mg3Nd、Mg12Nd和Mg41Nd5。α-Mg与第二相不同表面的电子功函数的计算表明，α-Mg的功函数高于第二相MgNd、Mg3Nd、Mg12Nd、Mg41Nd5,在腐蚀过程中不易失去电子，且电极反应平衡时的电位更高。α-Mg与Mg-Nd合金第二相的极化曲线结果表明，在阳极溶解反应中，第二相MgNd的阳极溶解速率要比α-Mg的阳极溶解速率低，Mg3Nd、Mg12Nd、Mg41Nd5最稳定晶面的阳极溶解速率高于Mg（0001）阳极溶解速率。在阴极析氢反应中，MgNd、Mg3Nd、Mg12Nd相晶面的阴极析氢速率是高于α-Mg稳定晶面的阴极析氢速率，而Mg41Nd5相的稳定晶面的阴极析氢速率则是低于Mg稳定晶面的阴极析氢速率。两者结合可以得到，MgNd、Mg3Nd、Mg12Nd相最稳定晶面的腐蚀电位是高于Mg（0001）晶面，而Mg41Nd5相最稳定晶面的腐蚀电位则是低于Mg（0001）晶面。这表明，MgNd、Mg3Nd、Mg12Nd要比基体相α-Mg更难进行腐蚀，但Mg41Nd5却优先于α-Mg腐蚀。因此，MgNd、Mg3Nd和Mg12Nd相为阴极相，而Mg41Nd5则为阳极相。　　（2）对合金化后的α-Mg及MgNd相进行表面能计算。结果表明，Mg添加合金元素后，表明稳定的强弱为:Mg_Y＜Mg_Zn＜Mg_Ca＜Mg＜Mg_Li＜Mg_Ag,Ag、Zn合金元素会使Mg表面功函数升高，Ca、Li、Y则会降低表面电子功函数;MgNd相添加合金元素后，表明稳定的强弱为:MgNd_Y＜MgNd＜MgNd_Li＜MgNd_Zn＜MgNd_Ag＜MgNd_Ca;且合金元素Ag、Zn会使MgNd表面的电子功函数增加;Ca、Li与Y使MgNd表面的电子功函数降低。Mg3Nd添加合金元素后，表明稳定的强弱为:Mg3Nd_Y＜Mg3Nd_Zn＜Mg3Nd_Li＜Mg3Nd_Ag＜Mg3Nd_Ca＜Mg3Nd,Ag、Zn元素使Mg3Nd的电子功函数增加，Ca、Li、Y导致Mg3Nd电子功函数降低;Mg12Nd添加合金元素后，表明稳定的强弱为:Mg12Nd_Y＜Mg12Nd＜Mg12Nd_Li＜Mg12Nd_Zn＜Mg12Nd_Ag,加入Ca后，Mg12Nd的表面能会随着Nd的化学势变化而变化，随着Nd化学势的增加，添加Ca后的Mg12Nd会逐渐趋于稳定。电子功函数的结果表明，Ag、Zn、Li合金元素会使Mg12Nd的电子功函数增加，Ca、Y导致Mg12Nd电子功函数降低;Mg41Nd5添加合金元素后，表明稳定的强弱为:Mg41Nd5_Zn＜Mg41Nd5＜Mg41Nd5_Ca,而加入其它合金元素表面稳定性能会随着Nd元素化学势升高趋于稳定。电子功函数的结果表明，加入合金元素会使混合终端的Mg41Nd5（001）晶面的电子功函数增加。Li的添加导致Mg的腐蚀电位降低，而其他合金导致Mg晶面腐蚀电位升高;Zn、Ag、Y的添加导致MgNd相的腐蚀电位降低，而Li、Ca导致MgNd相腐蚀电位升高;Y的添加使Mg3Nd相腐蚀电位降低，而其他合金元素导致Mg3Nd相腐蚀电位升高;Ag元素的添加导致Mg12Nd相晶面的腐蚀电位降低，Ca与Y元素的添加Mg12Nd相晶面腐蚀电位升高;Ca、Y、Li的添加导致Mg41Nd5相的腐蚀电位升高。　　（3）从表面空位与原子吸附形成的表面缺陷出发，研究了表面缺陷对α-Mg与Mg-Nd合金第二相的阳极溶解速率的影响。结果表明，MgNd相、Mg12Nd相、Mg

关键词： Co/Mn掺杂   电化学性能   第一性原理   NiWO4   固态超级电容器  

摘要： 超级电容器因其具有比电池更高的功率密度、更快的充放电能力和更长的循环寿命,以及比传统电容器更高的能量密度等优点,作为能量存储器件,被认为是未来最有希望摆脱对不可再生化石燃料长期依赖的途径之一。本课题以黑钨矿钨酸盐NiWO4作为超级电容器电极,通过不同元素掺杂,改善NiWO4电极材料的电化学性质,结合相应的表征手段和第一性原理计算,探索掺杂改进NiWO4电极电化学性能的微观机制。再以掺杂后的NiWO4电极为正、负极,组装全固态对称超级电容器（SSSC）,并对器件的电化学性能进行系统研究。 采用水热法成功在泡沫镍（NF）衬底上生长单斜晶系黑钨矿结构Ni1-xCoxWO4（x=0、0.10、0.15、0.20和1.0）纳米颗粒。Ni1-xCoxWO4粉末样品的比表面积均有所增加,尤以Ni0.85Co0.15WO4有最大的比表面积(155 m2g-1)。由于带隙宽度变窄,Ni0.85Co0.15WO4的电导率(11.1×10-6S cm-1)比NiWO4提升了近2倍。作为超级电容器（SCs）的电极,Ni0.85Co0.15WO4/NF展现出优秀的比容量和倍率性能,在0.5 A g-1时比电容为361 C g-1(NiWO4/NF为290 C g-1),电流密度增大至10 A g-1时,Ni0.85Co0.15WO4/NF电极仍能保持137 C g-1的比电容,电容保持率为38%,而NiWO4/NF电极仅为49 C g-1（17%）。Ni0.85Co0.15WO4/NF也具有良好的循环稳定性,经1000次连续充放电后,仍能够保持初始比电容的70%,NiWO4/NF电极的电容保持率为43%。Ni0.85Co0.15WO4/NF电极优秀的电化学性能应该归因于它大比表面积、高电导率和润湿性,以及电解质离子快速的扩散动力学,第一性原理计算为电化学性能的提高提供了附加的理论解释。以Ni0.85Co0.15WO4/NF（记为NCW）作为正负极组装SSSC器件（记为NCW//NCW）,在1 A g-1时器件的比电容为125 C g-1,经2000次重复充放电后,仍能保持在原比电容的66%。NCW//NCW器件在功率密度为961 Wkg-1时能量密度高达30 W h kg-1。 采用水热法成功在NF骨架上制备黑钨矿结构Ni1-xMnxWO4（x=0.05、0.10、0.15和1.0）纳米颗粒。随Mn2+被结合进NiWO4晶格,Ni1-xMnxWO4样品的比表面积明显增加,尤以Ni0.90Mn0.10WO4有最大的比表面积(157 m2g-1)。与NiWO4相比,由于带隙减小以及在价带和导带间引入的杂质能级,使得Ni0.90Mn0.10WO4的电导率(12.6×10-6S cm-1)提高了2倍多。作为SCs的电极,Ni0.90Mn0.10WO4/NF在0.5 A g-1时展现出485 C g-1的优秀比电容,当电流密度进一步增加到20 A g-1时,仍能拥有86 C g-1的比电容（容量保持率18%）。Ni0.90Mn0.10WO4/NF也具有良好的循环稳定性,1000次连续充放电后,能够保持初始比电容的69%。Ni0.90Mn0.10WO4/NF电极优秀的电化学性能可能源于大的比表面积、高的电导率和润湿性,以及电解质离子快速的扩散动力学,第一性原理计算也为电化学性能的提高提供了附加的理论解释。以Ni0.90Mn0.10WO4/NF（记为NMW）作为正负极组装SSSC器件（记为NMW//NMW）,在1 A g-1时器件的比电容为173 C g-1,经过连续2000次重复充放电后,仍能保持在原比电容的66%。NMW//NMW器件在功率密度为1069 W kg-1时提供最高41 W h kg-1的能量密度。 根据Co/Mn单掺杂优化的掺杂元素含量,采用水热法成功在NF骨架上制备黑钨矿结构的共掺杂Ni0.75Co0.15Mn0.10WO4纳米颗粒。结果表明,在150℃反应6 h得到的样品具有最优秀的性能。首先,Ni0.75Co0.15Mn0.10WO4-6样品拥有比单掺杂和未掺杂更大的比表面积(170 m2g-1)和更高的电导率(12.8×10-6S cm-1)。其次,作为SCs的电极,与Co/Mn单掺杂电极相比,Ni0.75Co0.15Mn0.10WO4/NF-6展现出最高的各项电化学性能。在0.5 A g-1时展现出733 C g-1的最高比电容,即使在30 A g-1的超高电流密度下,仍能保持129 C g-1的比电容（容量保持率18%）。Ni0.75Co0.15Mn0.10WO4/NF-6也同样拥有最好的循环电容保持率,1000次连续充放电后,能够保持初始比电容的73%。Ni0.75Co0.15Mn0.10WO4/NF-6电极优秀的电化学性能应归

关键词： 锂金属电池   电解质   溶剂化结构   密度泛函理论   固态电解质  

摘要： 锂金属电池（lithiummetalbatteries,LMBs）以其较高的理论容量和极低的电化学沉积电位在众多储能材料中脱颖而出，但是负极中存在的枝晶生长导致的安全问题依旧限制着LMBs的商业化。电池负极表面的固态电解质界面（solidelectrolyteinterphase,SEI）膜对电池性能有着重要影响，一个稳定的SEI膜对电池来说至关重要。在影响SEI膜的众多因素中，负极固液界面处电解质的分解显得尤为重要，研究电解质的分解，将有助于设计稳固的SEI膜，进而有效地提高LMBs的性能。　　（1）本论文通过第一性原理计算，对一种实验中常见的醚类电解质体系，溶剂为二氧戊环（DOL）、乙二醇二甲醚（DME）以及锂盐双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）进行了详细的研究。首先通过分子动力学模拟（abinitiomoleculardynamics,AIMD）探究电解质的还原分解反应。根据AIMD的结果，从断裂条件、断裂时间、碎片达到平衡的时间和电荷转移等几个方面总结了混合电解质体系的差异，发现断裂条件的原因可能是溶剂化结构的影响，DOL含量高的溶剂化结构使得LiTFSI倾向于S-N键断裂，而DME含量高的溶剂化结构使得LiTFSI倾向于S-C键的断裂。接着关于电子得失量，在发生S-N断裂时，主要是CF3SO2碎片获得了电子，而在S-C键断裂时，两个碎片CF3、CF3SO2NSO2都缓慢获得电子，并且DME分子失去电子的能力明显强于DOL分子。接着，对于混合溶剂体系的溶剂化结构的研究，发现不同溶剂化结构的配位半径均为2，Li-Ototal在相对稳定的溶剂化结构中的配位数均为4或5，过多或过少的情况都会增加结合能，从而降低这种溶剂化结构出现的概率。溶剂化结构的差异主要体现在具体的组成、达到平衡的时间、加电子后的跃迁等方面。在有附加电荷的环境下，对于相对稳定的混合溶剂电解质体系的溶剂化结构，DOL、DME和TFSI?是必不可少的，在发生S-N键断裂的体系的溶剂化结构中，DOL含量高，在S-C键断裂的情况下，溶剂化结构中则包含更多的DME。在加入额外电子后，溶剂化结构中的TFSI?将被不同的盐片段取代，这些电解质体系将发生不同程度的溶剂脱溶。此外，关于与氧的配位稳定性，随着电子浓度的增加，B-DME比A-DME表现出更好的稳定性，而B-TFSI?仍然保持稳定。通过第一性原理计算，探究了锂金属电池界面处电解质的演变过程。　　（2）在本论文中，通过提高电解质体系中的溶剂比例得到了纯溶剂电解质体系，通过对其的研究对混合溶剂电解质体系中得出的结论有了进一步的证实。首先，纯溶剂电解质体系主要的差异主要体现在LiTFSI分解的动力学细节。在两种纯溶剂中出现的断裂方式，在纯DOL中更容易出现S-N键断裂，在纯DME中更容易发生S-C键断裂。其次，在纯DOL中S-N中断裂时间相比于纯DME要迟一些。接着关于电子得失量DME分子失去电子的能力明显强于DOL分子，这一点在纯溶剂的体系中更加明显。对于锂离子溶剂化结构，两种纯溶剂体系中的溶剂化结构中都是只包含相应的溶剂和TFSI?阴离子，加入电子后，溶剂化结构中的TFSI?将被不同的盐片段取代，这些电解质体系将发生不同程度的溶剂脱溶，在纯DOL中主要是发生DOL的脱溶，在纯DME中主要发生由A-DME转变为B-DME。在纯溶剂的显式溶剂化结构中，分别断裂两种键，发现纯DOL中，断裂S-N键所需的解离能更低，而在纯DME中，断裂S-C键所需的解离能更低，而且两种纯溶剂中都不利于氟离子的脱落。通过第一性原理计算验证了纯溶剂电解质的弊端，为电解质体系的设计和优化提供了理论指导和依据。

关键词： 第一性原理计算   电化学合成氨   二维氮化物基材料   密度泛函理论   氮还原机制  

摘要： 氨(NH)作为制备化肥最重要的基础原料,在全球经济中占据主导地位。同时,NH也是世界上产量最大的化工产品之一,广泛应用于化工、农业、医药和能源等领域。目前,工业合成NH仍以传统的哈伯(Haber-Bosch)工艺为基础,约占年产量的90%。在Haber-Bosch工艺中,由于氮气(N)具有较强的键能(945 k J mol),通常需要在高温(300-500°C)和高压(150-300 atm)条件下借助铁基催化剂才能将N还原为NH。这意味着会消耗大量的化石燃料,并产生大量的温室气体。近年来,电化学氮还原反应(Nitrogen Reduction Reaction,NRR)作为一种很有前途的合成氨方法引起了人们广泛的关注。该方法最吸引人的优势就是在常温常压条件下,通过简单地改变操作电位和反应环境就能控制NH的生成。然而,目前电化学合成氨的产率和效率都比较低,因此开发一种高性能NRR催化剂仍是当前的研究热点。迄今为止,二维氮化物基材料由于具有天然N配体原子能够稳定锚定金属活性位点而被广泛用于NRR催化剂的基底材料。大量理论和实验结果表明,过渡金属(TM)原子锚定在具有N4/N3配位的二维氮化物基材料上能够表现出优异的催化性能。但是二维氮化物基单原子催化剂(Single Atom Catalysts,SACs)存在稳定性低、活性位点单一等问题,从而限制了这类催化剂在NRR中的进一步研究。为解决这个问题,本论文设计了双金属对以“笼状”结构锚定在硼(B)空位的二维氮化硼(BN)基底材料上、双金属对锚定在具有6N配位空腔的二维CN基底上构成催化剂,利用双金属之间的协同作用来探讨其电化学合成氨的性能研究。与单原子催化剂相比,双原子催化剂不仅提高了活性位点的负载量,而且提供了更多的双金属吸附模式使其表现出不同的催化性能。本论文的主要研究内容及成果如下:(1)在二维BN纳米片上,去掉一个B原子以构建B缺陷的基底材料(V-BN)。然后选择具有良好催化性能且被广泛用作NRR活性位点的过渡金属原子(Ti,Fe,Mo和Ru),将其锚定在BN纳米片的B空位上形成16种固氮催化剂。基于第一性原理计算,首先对所构建的结构进行稳定性分析。其次,定量评估N分子的吸附性能,关键中间体在催化剂活性位点上的吸附自由能变化以及催化剂的选择性。按照“三步走”策略,综合筛选出最具潜力的NRR催化剂。最后,结合电子结构分析,系统探讨所选NRR催化剂的催化性能,并探究双金属活性位点在催化过程中具有较高催化活性的微观内在机理。计算结果表明Ru-Mo/Ru/Ti@V-BN是满足要求的候选者,其中Ru-Ti@V-BN是最有潜力的NRR催化剂。Ru-Ti@V-BN在酶促机制下能够达到-0.40 V的有利极限电势。其活性好的原因可归因于Ru-Ti二聚体具有最大的磁矩,能够打破N≡N三键,显著激活N分子。此外,相比同核双原子催化剂(Double Atom Catalyst,DACs)(Ru-Ru),异核DACs(Ru-Ti/Mo)中第二金属原子的引入可以有效调整Ru活性位点的d带中心。Ru-Ti组合中Ti原子的加入使得该催化剂的d带中心更接近费米能级,从而降低了第一个氢化(N+H+e→NH)过程的速率决定步骤(Rate-Determining Step,RDS)值。(2)在6N空腔结构的CN单层上锚定3d过渡金属原子(TM=Sc～Zn),以形成单原子和同核双原子催化剂来探讨它们的NRR性能。基于第一性原理计算,首先,计算吸附能和内聚能分析催化剂结构的稳定性,然后,在稳定结构的基础上判断N分子的吸附与活化。接着利用第一步氢化(N→NH)和最后一步氢化(NH→NH)的吉布斯自由能变化筛选合适的催化剂进行性能分析。最后,综合上述的结果对反应中间体进行线性拟合,并提出可以预测NRR催化性能的合理的描述符。计算结果表明,稳定的单双原子催化剂均能够有效活化N分子。并且经过氢化步骤的筛选得出Mn/Fe@CN是最有潜力的NRR催化剂。在远端机制下,能够达到-0.33 V和-0.47 V的有利过电势。最后,通过线性拟合得出NH中间体的吸附自由能是一个有效的描述符。我们的理论研究为实验制备高性能的二维氮化物基NRR催化剂提供了新的研究思路和候选材料,并为实现高效NRR的实际应用提供了理论支持。

关键词： 深度学习   深度教学   化学反应原理  

摘要： 本研究主要采用文献研究法、实验研究法、问卷调查法和访谈法对深度教学理论在高中《化学反应原理》教学中的应用进行研究。在深度教学理论、深度学习理论、建构主义学习理论以及最近发展区学习理论的指导下,探索了深度教学在高中化学教学中的设计方法与教学实施策略,依据深度教学策略的设计原则及具体实施步骤进行了教学实践,通过实验前后的访谈和实验数据分析,了解深度教学理论及相关策略在高中化学教学中的适用性。研究结果表明,将深度教学理论应用于教学设计,并结合相关实施策略应用于高中《化学反应原理》中的教学,有助于创设高效的课堂学习环境,培养学生高阶思维能力,促进学生化学学科核心素养的发展。

关键词： 硫化氢检测   检测样机   电化学传感器   离子液体   铂钌电极   3D打印  

摘要： 硫化氢通常存在于油田、天然气和下水道中,危害极大,亟需检测样机对其实时监测。传感器是检测样机的关键元件之一,其性能直接影响检测样机的主要技术指标。以离子液体型电化学传感器作为传感元件的检测样机具有低功耗、低成本、高灵敏度和高选择性等优点,具有广阔的应用前景。在制备离子液体型电化学传感器中,电极敏感材料、电极制备工艺、封装结构和封装工艺都会影响传感器气敏性能,因此,探究这些因素有助于设计获得高性能传感元件,主要内容如下。 首先,基于电化学传感器工作原理,采用Auto CAD设计、丝网印刷工艺制备新型平面三分电极。该平面结构简化了传感器封装结构,同时减少了封装工艺步骤。基于Solidworks设计、3D打印技术即可调控并优化传感器封装结构。 其次,基于二元混合电极制备法研制了一种新的铂钌电极,通过调控浆料组分以及后续热处理过程,获得高稳定和高敏感的气体扩散电极,解决以往水溶液法制备铂钌电极存在的电极干裂问题。且铂钌电极传感器相对铂电极传感器气敏性能有较大提升,其在1～200 ppm范围内灵敏度达0.408μA/ppm,在0.1～0.9 ppm范围内灵敏度达0.637μA/ppm,浓度测量范围宽达0.1～200 ppm,另外,传感器稳定性、抗湿性、信噪比和选择性均较好。 最后,通过对铂钌电极传感器的电信号模拟分析,结合市售传感器同步研发原理型硫化氢检测样机,为后续铂钌电极传感器的应用提供参考。设计研制的原理型检测样机初步实现目标功能和技术指标。实现了LCD显示、高浓度硫化氢声光报警、按键输入、传感器与单片机通信以及对电源充电的目标功能,测量精度、高报警点和样机连续使用时间满足技术指标。

关键词： 化学反应原理综合题   解题思维障碍   解决对策  

摘要： 化学反应原理知识位于选择性必修1化学反应原理整册书,在历年高考中化学反应原理综合题也是一类必考题型,分值占13%～15%左右。化学反应原理综合题的素材大多来自于工业生产、科研实验等真实情境,具有知识繁多、内容抽象、综合性强、情境陌生等特点,学生得分率比较低,解题存在一定的思维障碍。因此,对学生进行解题思维障碍的研究并提出相应的解决对策对提升学生学习效果、提高学习质量具有重要意义。通过对近两年高考试题全国卷和新高考卷(实施“3+1+2”模式的广东、湖南、河北、湖北、福建、辽宁和江苏七个省份)共18道化学反应原理综合题进行统计分析,发现该类题型内容较丰富、设问较多,呈现方式上多采用文字信息与图表相结合的方式,主要是将热化学、电化学和化学反应速率与平衡三方面知识联系起来,试题在重视基础性的同时更加注重创新性。通过教师访谈问卷和学生问卷两个方面去了解学生在化学反应原理综合题解题上存在的知识障碍和思维障碍,再通过两个高考化学反应原理综合题测试学生并对错因进行分析,进一步从敏捷性、灵活性、深刻性、独创性和批判性五个层面分析学生的思维障碍点。针对学生的思维障碍,提出了关于教师在讲解这类题目时想要培养学生更好地解答此类题目的五条相应解决对策:提高学生对隐含信息的获取能力;注重知识的内在联系,培养学生的迁移能力;夯实基础,引导学生构建完善的知识网络;构建化学反应原理综合题的解题模型以及提高学生的自我监控能力。其中,构建化学反应原理综合题的解题模型构建了7个,分别是计算反应热与书写热化学方程式的模型、化学反应速率的计算模型、平衡转化率的计算模型、压强平衡常数的计算模型、电极反应式的书写模型、化学平衡移动图像分析的思维模型和信息摄取与应用的思维模型。最后,为了克服高考化学反应原理综合题解题思维障碍进行了相应的应用研究,通过习题课《平衡常数的计算》一步步分析、探讨得出相应的解题模型。在此过程中,学生的知识总结、模型建构和解题思维能力都会相应的提高,说明所提出的解决对策是有一定意义的。

关键词： 核心素养   教科书对比   盐类的水解   教学设计   教学实施  

摘要： 教育是民族复兴的基石,而中小学教育又是教育的基础。党的十九大报告强调,要把立德树人作为教育的根本任务,全面发展素质教育。党的二十大进一步提出要加强教育强国战略的建设。2017年,国家颁布了新一轮的课程标准,明确提出了化学学科核心素养的概念及内涵,表明以核心素养为基础的教学方法有助于培养和提高学生的个人能力,实现学生综合素质的全面发展,同时也有助于21世纪人才的培养。在《普通高中化学课程标准(2017年版)》的指导下,出现了多种版本的化学教科书,其中人民教育出版社和山东科学技术出版社的教科书使用面最广。本研究使用文献分析法、比较研究法、案例分析法、访谈法等教育研究方法,对这两种版本教科书展开深入、细致地剖析,挖掘不同版本教科书中所涉及的核心素养,结合比较结果,以“盐类的水解”相关内容为实例,进行教学设计和教学实践,以期帮助一线教师更快地把握新版教科书的发展趋势,为其提供一些启发和借鉴,进而将化学学科核心素养更好地融入到课堂教学中,最终提升育人质量。全文共包括六个部分:第一部分为绪论。阐述了研究背景、研究目的、意义和内容,并分别对国外、国内的化学教科书比较和核心素养的研究现状进行了详细地梳理。第二部分为核心概念和理论基础。对课程标准、核心素养、化学学科核心素养、化学教科书进行了概念界定,并呈现了与本文研究相关的主要理论。第三部分以2019年人教版选择性必修1《化学反应原理》与2019年鲁科版选择性必修1《化学反应原理》为研究对象,研究了两者在内容排版、内容选择、栏目设置方面的异同以及核心素养的体现情况。发现两个版本教科书对于化学学科核心素养的呈现各有侧重,且人教版教科书适当地分散了教学难点,教学内容较为分散,鲁科版侧重知识点的衔接性,教学结构较为紧凑,注重培养学生独立思考能力等特点。第四部分以“盐类的水解”为例,详细地呈现出融入化学学科核心素养后教学设计的具体环节。通过前文对两版本教科书的对比分析,将其中关于“盐类的水解”内容进行重新编排,针对这节内容进行了3个课时的教学设计,旨在将化学学科核心素养融入到教学活动的各个环节中。第五部分以武汉市某重点高中二年级的两个平行班级为研究对象,为探究学生化学学科核心素养的起点,在教学实践进行之前进行教学前测,编制前测试题并利用SPSS 26软件分析学生的考试结果,实验结论证明学生的核心素养水平具有同质性,可以进行教学实践。此次研究分为实验班和对照班,分别采用融入了核心素养的教学设计和传统教学设计进行讲授,教学实践完成后,对两个班级学生进行教学后测和访谈,并进行分析。教学实验和访谈结果证明,采用融入了核心素养的教学设计进行教学后,学生的核心素养有了明显的提升。第六部分是研究结论和反思与展望。分析人教版和鲁科版教科书结构的异同,进而挖掘其各自所蕴含的化学学科核心素养,通过归纳整合,将其结论融入到教学设计的各个环节中。这种新的教学设计方法有助于学生发展化学学科核心素养,促进学生的全面发展。

关键词： 深度学习   教学策略   化学反应原理   高中化学  

摘要： 2018年《普通高中化学课程标准(2017年)版》开始正式执行。新的课程标准对学生的能力提出了更高的要求,要求即将进入高等学校的学生在面对生活实践或学习探索问题情境时,能够在正确的思想价值观念指导下,合理运用科学的思维方法,有效整合学科相关知识,运用学科相关能力,高质量认识问题、分析问题、解决问题。在高考的指挥棒下,大部分老师和学生首选题海战术,却忽略了教学方法和学习方式的研究和探索;题海战术往往事倍功半,而有效的教学方式和学习方式却事半功倍。化学反应原理是高中阶段学习的重点,是学生从微观世界理解化学的重要途径,由于理论性较强,学生在学习该内容觉得很吃力,因此探究有效的教学策略和学习方式是促进学生深度学习的关键。 本研究通过文献研究、问卷调查、实证研究等研究方法对高中生化学反应原理内容深度学习的现状调查展开研究,对问卷进行数据分析,总结高中化学深度学习现状并提出促进学生在《化学反应原理》模块深度学习的教学策略。论文主要分为以下几部分: 第一:查阅文献,对深度学习的内涵和特征进行界定。本研究认为深度学习是学生进行批判式的一种主动学习,深入理解建构知识,迁移运用,最终能够解决实际复杂问题的一种学习方式,其特征一是情感态度上学生是积极、主动、批判性的学习和思考,二是学习能力上学生能够对知识进行有效整合并迁移到实际问题的解决中。其次寻找与深度学习相关的理论支撑,如自主学习理论、布鲁姆目标分类理论、SOLO分类理论。 第二:基于深度学习理论对《化学反应原理》从内容组织、课标要求、教学重难点进行分析。接着基于布鲁姆目标分类理论、深度学习与浅层学习比较,借鉴现有的调查问卷,编制了《高中生化学反应原理深度学习测试卷》并进行了信度和效度分析;选择北海一所高中的210名学生实施问卷调查。 第三:通过SPSS软件对数据进行分析,总结了高中生在《化学反应原理》模块深度学习的现状,得到以下结论: 1、高中生在《化学反应原理》模块的深度学习的水平普遍不高。 2、高中生在《化学反应原理》模块中男生与女生在深度学习无明显差别。 3、高中生在《化学反应原理》模块中学优生深度学习优于学困生。 4、高中生在《化学反应原理》模块深度学习存在的问题:必修知识未形成体系,思维层次有待提高,主体参与意识不强,学习内驱力不高。 基于调查问卷及课程问卷所呈现的问题,并结合《化学反应原理》中化学平衡常数、电解质、沉淀溶解平衡进行实践,提出以下深度教学策略: 1、整合知识,建立完善知识体系。 2、创设情境,激发学生学习兴趣。 3、提高质量问题,培养高阶思维能力。 4、任务驱动学习,强化学生主体意识。 最后总结本文,同时指出本研究存在的局限性,以便在后续的教学中继续进一步的研究探讨。