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2022.8.28 绪论 走进高中化学

 教化学的蜗牛君 2022-09-28 发布于广东

借鉴了靳豪老师绪论课以及化学教育的内容,初步整理第一节绪论课的思路(粗粗写就,还是要改滴)。主要参考资料如下:

https://mp.weixin.qq.com/s/LkOXQ6KGO8QFV9sfYRUmVA
靳博士,公众号:靳博士的化学课新起点,从高中化学《绪言》的备课开始
https://mp.weixin.qq.com/s/o1OkJhNfM2wYKMb6pVGl_w
许程宇,等,公众号:化学教育期刊【化学与奥运】冬奥科技文化资源融入中学化学教学!

教学目标:

1.初步理解化学的内涵,了解初中化学与高中化学差异;

2.体会化学在人类社会中的重要作用,培育科学态度与社会责任,激发学习化学的热情;

3.明确学习高中化学的基本方法,树立远大理想与抱负。

教学重难点:

体会化学在人类社会中的重要作用。

教学时数:1课时

教学过程:

教学环节

师生活动

一、什么是化学?

呈现初中教材与高中教材中对化学的定义

初中:化学是在分子、原子层次上研究物质的性质、组成、结构与变化规律的科学;

高中:化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的基础自然科学。

1)人类发展史

既然化学的研究对象是物质,就从最“大”的物质——宇宙说起。

上下四方曰宇,古往今来曰宙。——《说文解字》

世界是物质的(空间);物质是运动的(时间);运动是有规律的。——马克思主义哲学唯物论

人类孜孜以求的证实大千世界中各个层面的具体物质在不同时空内的运动和发展规律,并以此来能动地改造我们的世界。

大约在135亿年前,经过所谓的“大爆炸”(Big Bang)之后,宇宙的物质、能量、时间和空间才成了现在的样子。宇宙的这些基本特征,就成了“物理学”。

格林伍德的《元素化学》中描述说,大爆炸先后产生了中子、质子和电子,质子和电子的结合自然就形成了H原子,这是宇宙丰度最高的一种元素。后来经过核聚变和其它一些复杂的核物理变化过程,H原子“进化”成为HeHe又继续“进化”为更“大”的原子、分子。这些原子和分子的故事,就成了“化学”。

列举对比不同尺度范围的物质,最终明确化学要研究的物质层面主要集中在纳米级的尺度范围内。

呈现“飞秒化学”诺贝尔奖资料。

原子核分子的故事继续讲下去,庞大的有机体出现了,于是“生物学”诞生了。

到了大约7万年前,一些属于“智人”这一物种的生物,开始创造出更复杂的架构,称为“文化”。而这些人类文化继续发展,就成了“历史学”。

2)化学概念的外延与内涵

社会科学→人和人类社会的发展变化

自然科学→具体物质的运动和变化

化学是自然科学的一个独特分支,以微观视角研究物质的运动和变化规律。

我们最容易感知到的应该是物质的应用,应用由性质决定,性质包括物理性质和化学性质(我们可以对CO2做出系统的描述,它是一种无色无味的气体,在水中溶解性不大,熔沸点很低,密度比空气大)。性质决定着变化,变化反映出物质的性质(常压下,水的沸点是100 oC,这一物理性质就决定着加热至沸点温度时,水就要发生沸腾这个变化)。追根求源,物质的性质是由组成和微观结构共同决定的(金刚石和晶体硅具有相同的空间结构,但元素组成不同,因此二者性质迥异;金刚石与石墨都由碳原子组成,然而空间结构不同,因此二者也是截然不同的两种物质)。

认识角度的建立比具体性质而言更重要,因为认识角度可以帮助我们更加全面和立体地认识物质。

整体来看这些要素间的逻辑关系,从微观的结构和宏观的应用提示我们在学习时要兼具宏观和微观两种视角,在认识物质和变化时要掌握感性地描述和理性地推导两种方法。对于物质组成和结构的研究离不开实验的研究方法,当我们进行电解水的实验时,结合氢气可燃、氧气助燃的化学性质,可以判断出水是由氢和氧两种元素组成的,相同条件下,根据生成氢气和氧气的体积之比,我们又了解到H原子和O原子的比例是2:1,在这一过程中,体现的是定性和定量相结合的研究方法。

这些逻辑关系反映的是一种客观存在的规律,即物质的组成和结构共同决定其性质、性质决定变化和用途,我们可以做到的正是去认识这一规律,为我所用,从我们的需求(用途)出发,设计物质应该具有的性质和变化,最终选取或者制造出满足我们需要的、特定组成和结构的物质,这是化学的魅力、也是人类伟大的主观能动性。

3)化学变化的内涵

化学变化的实质是有新物质的生成,其特征是伴随着能量的变化。

呈现荧光棒的发光过程素材。

4)实验探究的一般步骤

呈现金属活动性探究的例子。

在化学的研究中,经常会有这样的事情。人们先是遇到了一个个特殊的现象或化学变化,经过大量同类实验的实施后,得出一个初步的结论或者是变化的规律,在此基础上,再去进行一些有针对性的验证或尝试,进而去指导一个新的、甚至是未知的化学变化的发生。经历了从特殊一般再到特殊的循环,最终使这些规律日趋完善。除了具体的实验方法外,还有分析与综合、归纳与演绎的本领。

规律不等同于真理,化学中所谓的规律,似乎总有一些例外,世间万物在遵循着普遍规律的同时,当然都会保有自己的特性。

5)化学科学的发展简式

呈现人类历史上的化学活动;近代化学里程碑;近现代中国化学化工的成就(侯氏制碱法、结晶牛胰岛素的合成;黄鸣龙反应;屠呦呦与青蒿素)。

二、为什么要学化学?

从新冠病毒谈起,先是病毒的传播。在这次抗击疫情的过程中,我们时常听到一些名词,比如“飞沫传播”和“气溶胶传播”,二者有何区别?在即将学习的第一章内容中,胶体和分散系一节就会给出回答。

然后是病毒的防控。以口罩、防护服、护目镜为代表的的化学合成材料在这次疫情的防控过程中可以说立下了汗马功劳。这些材料是如何制造出来的?在煤化工或石油化学工业中,我们可以获取到丙烯等一些基础的化学原料,丙烯经过聚合反应得到聚丙烯树脂,再通过熔喷等特定的化学工艺流程就可以得到制品。

可见,一只口罩的诞生过程融合了化学、化工、医药等领域的知识与技术,为了节约资源,科学家们还在朝着研发可重复利用的口罩的方向努力,这是一种精益求精的态度。

最后是关于消毒。首先得认识这种病毒的生物学结构,我们才能有的放矢地去消杀,新冠病毒主要是由RNA和穿插着一些特定蛋白质的脂类外壳组成。破坏病毒的蛋白质保护层,是消毒的重要思路,对此,可以有物理和化学两种方法。医用酒精的一种作用机理是可以将病毒保护层中的脂类物质或蛋白质多肽链的局部结构溶解掉,高中阶段《有机化学基础》模块将会对蛋白质的结构和性质作详细的介绍。化学的方法中,碘伏、84消毒水都具有氧化性,可以直接将病毒的有机体氧化,特别是关于84消毒水的制备和性质,是中学化学的一个重要教学内容

要更加明白我们为什么而学习和工作,年轻时学习积累的哪些看似枯燥无用的知识,在关键时刻可以发挥出巨大的作用。学习无终点、无期限、无边界,无论是自然科学还是社会科学,都值得我们去研究,生活本身就是在学习。不妄自空谈“家国天下”,先要掌握救民与水火的真才实学,当灾难来临的时候,我们才可能有用武之地。我们还可以再努力一些,努力让周围的人和我们一样幸福地生活和工作!所以:请好好学习,好好学化学吧!

呈现冬奥会素材:氢燃料电池汽车,石墨烯材料电子设备,冬奥火种灯等。

化学科学将在微观领域的探索中取得更大进展(分子机器),将在资源、能用的合理开发、科学应用等方面大显身手(低碳行动二氧化碳转化),将继续推进材料科学的发展,将为解决环境问题提供保障,将进一步促进医疗科学的发展。

从国际范围内看,在过去的十年中,以联合国的名义组织和发起的与化学相关的国际学术活动就有两次,2011年的国际化学年和2019年的国际化学元素周期表年,这也体现出化学学科在促进人类社会发展和技术进步等方面所发挥的不可替代的作用,化学的学科价值将会越来越重要。

呈现《化学是你,化学是我》歌曲

从化学与其它学科的关系看,自然科学中几乎所有的学科都与化学有着直接或间接的联系,化学是学习其它许多专业的基础,国外经典的化学教材专门还给化学列出了一个副标题——中心科学。

三、如何学好高中化学?

1)初高中化学学习比较

初高中化学学习的不同特点,主要的区别有:物质和变化的种类、规律和思维的层次、研究和学习的角度。

2)高中化学学习方法

科学的学习环节、实验探究的环节,缺一不可。

从掌握知识的三环节“懂”、“会”、“对”三个层次剖析学生在未来的学习中可能存在的问题及解决的对策。

重视总结与归纳。

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