教学课程资源库 更多>>

ISBN: (纸本)9787576703252

关键词： 三重表征   高中化学   教材分析   核心素养   化学反应原理  

摘要： 化学学科的特点决定了化学学习是一个从宏观现象、微观本质、符号表达多方面对物质及物质变化进行多角度感知的过程。《普通高中化学课程标准(2017年版)》指出学生应在“宏观辨识与微观探析”的化学核心素养上得到发展,并提出了相应的课程目标。由此可见,培养三重表征思维方式有助于学生提高化学学习能力和发展化学核心素养。教材作为教学的重要工具,深入研究其中呈现的三重表征具有重要的意义。本研究对教材正文呈现的三重表征进行质性分析和量化分析,结合常态课教学案例的分析,提出高中化学教材的使用建议和教学活动策略。首先,本研究查阅并整理了三重表征和高中化学教材的研究现状,制定编码规则,对人教版、鲁科版、英国IGCSE Chemistry教材“化学反应原理”专题下正文的三重表征及其呈现方式进行统计和分析。其次,通过课堂教学分析,观察教师是如何有意识地理解并充分表现教材中的三重表征。最后,针对教师使用教材中的三重表征素材开展教学活动,提出如下建议:做好教材“二次开发”,创造性地应用素材;灵活使用教材,使三重表征显性化、系统化;吸收不同教材优势,多样化获取资源;多样化使用教材策略,实现从“教教材”到“用教材教”的转变。本研究一方面帮助教师更好地把握、利用教材正文表征,形成三重表征教学模式,深入理解三重表征的教学价值;另一方面,推动教师三重表征课堂教学的开展,为学生建构化学三重表征思维体系理清脉络,促进学生“宏观辨识与微观探析”等核心素养的发展。

关键词： 项目化学习   学习主题   学习任务   学习活动   持续性评价  

摘要： 项目化学习以培育学生创造性问题解决能力为导向，链接现实世界和学术前沿，强调做中学，其设计原理为：确定项目学习主题→确定项目学习目标→规划项目学习任务→设计项目学习活动→设计持续性评价。项目化学习重新定义了育人标准、学习、知识、学校，是落实学科核心素养培育目标的重要载体和现实路径。

关键词： 密度泛函理论   锂-硫电池   锂金属电池   电化学还原   氧析出反应  

摘要： 进入21世纪以来,能源问题日益严重,在世界范围内出现了能源资源消耗过快、油价激增、以及不可再生资源发展过慢等恶劣问题。为了应对上述问题,世界各国积极采取多种以清洁能源为主的应对策略。作为能源大国,能源问题尤其需要得到关注。2020年,我国提出早日达到“碳中和”和“碳达峰”。为了早日实现上述目标,需要大力发展清洁能源、高能量密度储存、以及实现碳的循环利用等关键技术。基于第一性原理的理论模拟可以在能源化学模拟中发挥重要作用。本文运用量子力学方法对两类重要的电化学能源问题进行了研究。首先是电池为核心电化学储能,包括:锂金属电池界面的化学反应和微观结构,和锂-硫电池中的基本还原机理。其次是以电催化为核心的能源转化,包括:铜银体系中CO2电还原为乙醇的微观反应机制,和以金属有机框架为催化剂的氧析出反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)。在上述研究中,从微观层面获得了一系列发现和成果,具体如下:一、钛氢纳米点催化锂-硫电池多硫还原。锂-硫(Li-S)电池具有成本低、环境友好、以及理论能量密度高等优点,备受关注。但由于多种技术困难,Li-S电池至今无法商业化。其中,多硫化锂(LiPSs)的穿梭效应是导致Li-S电池容量快速衰减和寿命短的致命问题。已有实验结果表明,TiH2纳米点(以下简称为THND)可以降低多硫化锂(LiPSs)的穿梭效应。但是,其微观反应机制尚不明确。为了阐明其反应机理,我们利用密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT),系统地研究了 THND催化多硫化合物的还原过程,并计算了基元反应的反应自由能。中间产物包括S8、Li2S8、Li2S6、Li2S4、Li2S2和Li2S。DFT计算结果显示,将S8还原为Li2S的整个过程中,从Li2S2到Li2S是决速步骤。以此为判据,THND可以显著提高S8的转化效率,性能大幅度优于常规石墨烯体系。上述结果与合作实验结果一致,说明THND是一种可以显著降低多硫化锂(LiPSs)的穿梭效应的高性能材料。二、锂金属界面结构和反应机理的理论模拟。锂金属电池具有极高的能量密度,被认为是具有重要应用潜力的下一代电池技术。但锂金属电池中存在枝晶的不可控生长、死锂情况严重等致命问题,至今无法实现商业化。在本文中,对一种双溶剂电解液进行了深入的研究。已有实验结果显示,该电解液可以显著提高锂金属电池循环稳定性。为了揭示其固体电解质界面(Solid Electrolyte Interphase,SEI)的结构。我们利用独立开发的混合算法,即结合从头算和反应力场的混合分子动力学方法(HAIR),系统地研究了 SEI形成过程中的反应机制和结构演化。HAIR模拟提供了溶剂(FDMA和FEC)和盐(LiTFSI)的初始还原机制的关键信息,包括:FDMA和FEC快速分解生成F-,形成LiF无机SEI内层保护锂阳极;FDMA分解导致含氮有机成分,如Li-N-C、LixN等,可以增加离子电导率而提高电池的性能等。XPS分析证实SEI形态的演变模拟结果与已有实验一致。这些结果对深刻认识SEI的形成过程提供了微观机理,为开发可商用的锂金属电池提供了理论基础。三、铜银催化剂还原CO2为乙醇的反应机理研究。乙醇(EtOH)具有广泛的应用且能量密度高,是一种重要的液体燃料,因此是CO2还原的理想产物。但现有催化剂还无法实现CO2还原针对乙醇的高选择性。在本工作中,我们与实验合作者紧密配合,开发了一种Cu-Ag-O三元催化剂,可以实现乙醇的高选择性。通过计算CO2在dCu2O、dCu2O/Ag2.3%表面上的还原路径反应势能面。计算结果表明:相对于纯铜表面,掺杂Ag的Cu-Ag-O表面催化效率更高,更容易获得乙醇产物,产物的形成能更低,热力学上更有利。由于乙醇产物分支发生在*HCCOH之后,所以*OCCOH的形成决定了乙醇的选择性。模拟结果表明,与纯Cu(111)相比,掺杂Ag降低*OCCOH的形成能(决速步骤,RDS)0.1 eV。在Cu-Ag-O(111)上,EtOH在热力学上是有利的,这表明在Cu-Ag-O表面上EtOH的形成比C2H4的形成更容易。与纯铜相比,*HCCHOH和*H3CCHOH在Cu-Ag-O上的EtOH途径的形成能显著降低了 0.09 eV和0.17 eV。上述预测趋势与实验观测到的高效乙醇选择性一致。以上理论预测,为进一步开发高选择性乙醇催化剂的开发提供了重要指导。四、MOF催化氧析出反应的金属位点效应。有机骨架(Metal organic frameworks,MOFs)可以作为氧析出反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)的催化剂,但性能尚未达到商业化的要求。在本工作中,我们与实验合作者深度配合,通过金属位点调控开发

关键词： 项目式学习   认识模型   二氧化碳加氢   碳治理  

摘要： 以热点时事"碳达峰""碳中和"为背景,在高三二轮化学反应原理专题复习中开展"二氧化碳加氢制甲醇"项目式学习,从认识反应入手,进一步探究提高反应速率、CO_(2)转化率和甲醇选择性的方法,优化设计反应适宜条件。在项目式学习中体验科研过程,以大概念为核心,建构反应焓变、催化剂、反应速率与化学平衡图像等认识模型,提高信息理解与整合应用能力,提升抽象概括与演绎推理思维水平,发展化学学科核心素养。

ISBN: (纸本)9787568016803

关键词： 习近平新时代中国特色社会主义思想   教学路径   化学学科核心素养   项目式学习  

摘要： 以习近平新时代中国特色社会主义思想铸魂育人为宗旨,在高中化学课堂中将立德树人与专业知识有机融合,使化学课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应。笔者针对当前高中化学教学中存在的德育现状,以《化学反应原理》教学为例,从教师的思想政治素养、课程思政案例、教学方法等方面,探究习近平新时代中国特色社会主义思想融入高中化学教学的路径。

关键词： 数字化实验   沉淀溶解平衡   高中化学课程   化学概念   化学平衡   电离平衡   水解平衡   平衡移动  

摘要： 一、问题提出"学好化学应掌握足够的理论和充分的事实",戴安邦先生指出"化学实验课是实施全面化学教育的一种最有效的教学形式",可见实验事实在学习化学过程中的重要作用。高中化学课程选择性必修1《化学反应原理》中,阐述了化学平衡及平衡移动等重要的化学理论,而弱电解质的电离平衡、盐类水解平衡、沉淀溶解平衡是化学平衡的延伸和拓展,也是化学平衡理论的重要应用。对这些平衡过程的分析,体现了化学平衡理论的指导作用。由于这些平衡的建立和移动等内容具有一定的抽象性,许多学生在学习过程中难以透彻理解,常常存在死记硬背、生搬硬套等现象。

关键词： 项目化学习   学习主题   学习任务   学习活动   持续性评价  

摘要： 项目化学习以培育学生创造性问题解决能力为导向,链接现实世界和学术前沿,强调做中学,其设计原理为:确定项目学习主题寅确定项目学习目标寅规划项目学习任务寅设计项目学习活动寅设计持续性评价。项目化学习重新定义了育人标准、学习、知识、学校,是落实学科核心素养培育目标的重要载体和现实路径。