工作室培训（ 1 ）

1. 工作室培训（1） 魏樟庆 2014.5.7 乐清中学

2. 一、化学学科思想、特色和核心内容

3. 1.什么是“化学” • 化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学（中国大百科全书·化学卷）。 • 化学是研究原子、分子、生物大分子和超分子及其凝聚态的组成、结构、性质、化学反应及其规律和应用的科学（徐光宪）。 • 化学是研究分子及其近层次物质性能、构成、演变、应用诸运动规律的科学（魏光）。 • 化学是研究分子的科学，是识别和创造分子的科学。

4. 2.化学学科思想 • 物质运动的思想 • 质量守恒的思想 • 物质分类的思想 • 动态平衡的思想 • 建构模型的思想 • 对立统一的思想 • 内在联系的思想 • 量变质变的思想 • 普遍与特殊的思想 • 宏观与微观的思想 • 定性与定量的思想 • 绿色化学的思想

5. 3.化学学科特色 • 化学的魅力和传统 • 化学是一门中心的、实用的、创造性的科学 • 化学实验 • 通过分析实验与结构测定识别分子, 通过分离实验获得分子, 通过修饰和合成实验创造分子, 通过动力学实验揭示分子重组的规律 • 化学思维方法 • 实验现象（宏观）分子层次的实物粒子的变化（微观） • 化学语言 • 元素符号、化学式（分子式、最简式）、电子式、结构式（结构简式）、键线式、结构模型（球棍模型、比例模型）； • 化学方程式、可逆反应方程式、电离方程式、离子方程式、热化学方程式、电极反应式等等

6. 对化学符号系统的认识与发展 • 认识元素及物质的符号系统 • 元素符号； • 分子式、最简式； • 电子式； • 结构式或结构简式； • 球棍模型、比例模型； • 键线式； • 苯分子中“单双键交替”和“六边形内的圆圈”表示特殊共价键。 • 认识化学反应的符号系统 • 化学方程式 • 可逆反应化学方程式 • 电离方程式 • 离子方程式 • 用电子式表示物质的形成过程 • 热化学方程式 • 电极反应式 从分子组成符号到分子结构符号，标志着化学认识的进步；而从“：”到“—”标志着化学认识的进一步发展

7. 4.化学学科核心知识 • 物质由化学元素组成 • 物质由原子、离子、分子等微粒构成 • 物质的结构 • 结构的层次性与层次间的关联性 • 结构的复杂性与隐蔽性 • 物质性质的多样性 • 物质的变化 • “化学反应”是化学研究的中心问题 • 化学反应类型的多样性 • 化学反应及机理的复杂性 • 化学反应条件的灵敏性 • 化学反应必然伴随能量与混乱度的变化 • 实现化学反应的关键是提高反应速率 • 绿色化学

8. 二、化学主要观念 • 化学观念 • 所谓化学观念就是指学生在化学学习过程中，它是学生通过化学学习后在头脑中留存的，在考察相关的化学问题时所具有的基本的概括性认识

9. 科学素养有4个层面的6个要素构成 • 意识层面——科学精神 • 哲学层面——科学观念 • 认知层面——科学知识 • 行为层面——科学态度、科学方法、科学实践能力 摘自《高中化学课程标准解读》（湖北教育出版社）

10. 科学观念 尺度与结构 系统与相互作用 稳定性 变化的形式 能量 演化 化学核心观念 化学研究的物质层次 化学中的相互作用 化学反应的方向和限度 化学变化的形式 化学反应中的能量变化 化学反应（变化、演化、进化） 科学观念与化学主要观念

11. 三、化学科学理解的基本视角 物质及其转化：化学科学认识的基本问题 物理学、化学和生物学3个学科是以“物”为中心，展开各自研究的，“三物”的整合性研究与认识，构成了对自然“物”世界的全面认识。

12. 1.化学学科的基本认识

13. 探寻“物质及其转化”的基本规律 化学核心问题：物质及其转化 建构“物质及其转化”的科学理论 2.化学科学认识的基本任务 • 化学的核心问题是物质及其相互转化，化学科学认识活动对其基本问题“物质及其转化”的认识也有2大基本任务： • 一是探寻“物质及其转化”基本规律， • 二是建构“物质及其转化”的科学理论。

14. 物质是由元素组成的 物质分类 探寻“物质及其转化”的基本规律 元素视角 组成相似的物质其化学性质相似 物质性质研究模型 探寻物质及其转化的基本规律 • 元素视角 • 物质是由元素组成的，物质按照元素组成可以进行分类； • 组成相似的物质，其化学性质也相似，各类物质的相似性，就是各类物质的性质研究模型。

15. 分子论 原子论 原子结构理论 化学键理论 微粒视角 建构“物质及其转化”的科学理论 微粒的相互作用与能量变化 化学反应快慢、方向和限度 探寻物质及其转化的科学理论 • 微观认识 • 化学科学在认同分子、原子等微观粒子存在的基础上 • 从内容上说，化学科学理论有分子论、原子论、原子结构理论、化学键理论、有效碰撞理论和碳共价键理论等。

16. 化学科学认识的两大基本任务 探寻“物质及其转化”的基本规律 物质是由元素组成的 化学1 化学2 专题3 物质分类 化学核心问题：物质及其转化 元素视角 组成相似的物质其化学性质相似 物质性质研究模型 化学1专题1 分子论 原子论 原子结构理论 化学键理论 化学2专题1 建构“物质及其转化”的科学理论 化学反应与能量变化 微粒视角 微粒的相互作用与能量变化 化学2专题2 化学反应原理 溶液中的离子反应 化学反应快慢、方向和限度

17. 化学的认识水平：宏观和微观 • 宏观水平：探寻“物质及其转化的规律” • 微观水平：探寻“物质及其转化”的事实和规律进行解释的化学科学理论。 归纳、探寻 宏观水平 规律性认识 物质及其转化 基础 基础 解释 解释 建构、解释 微观水平 理论性认识

18. 四、案例1：“原电池”的认识模型 建模（1）：原电池概念学生没有认知基础，需要通过实验探究建立模型（或原型） • 基于实验的探究（强调获得知识的体验过程） • 教材的4个实验的探究 • 原电池形成条件的实验设计：以铜锌原电池为基础， ①更换电极（锌-铁、锌-锌、铁-碳）；②更换溶液（硫酸铜溶液、酒精）；③探究闭合回路对原电池形成的影响；④在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，放置一段时间。 • 通过4个探究实验的体验，然后将原电池概念固着在氧化还原反应的化学键重组和电子转移上，建构化学能转化为电能的基本观念。

19. 建模（2）：认为原电池反应就是氧化还原反应，原电池是将氧化还原反应转移的电子由无序运动转变为有序运动。建模（2）：认为原电池反应就是氧化还原反应，原电池是将氧化还原反应转移的电子由无序运动转变为有序运动。

20. 模型建构 假设：导线的一端连接锌原子（大量锌原子堆积的锌片），另一端连接溶液中的氢离子，导线中就有定向移动的电子流过，实现化学能转化为电能。 无法停止原电池反应 电子能否发生定向移动的条件，决定于导体材料。两个电极的材料不同，两极之间形成了电压。 或Zn 或Fe 或石墨 ……

21. 原电池认识模型的应用

22. CuSO4溶液 ZnSO4溶液 原电池设计模型建构 将下列化学反应设计一个原电池： Zn+CuSO4 = ZnSO4 +Cu 写出电极名称和电极反应式。 CuSO4 • 设计模型： • 标出氧化还原反应电子转移方向 • 确定电极材料（一般失去电子的金属材料为负极，正极材料比负极材料不活泼的金属或石墨） • 确定电解质溶液 • 画出原电池装置图 • 写出电极反应式 • 影响产生原电池电流大小的因素

23. 案例2：原电池复习课“原型”建模 原电池的核心要素 • 电极反应 • 接触电势 • 电解质溶液 原电池的核心要素 电势差 • 离子导体 • 电子导体 闭合回路

24. 原电池的认识维度 • 氧化还原反应 • 电极反应（氧化反应、还原反应） • 反应现象 原理维度 原电池的认识维度 • 失电子场所（负极材料或阳极材料） • 电子导体（导线） • 离子导体（电解质溶液或盐桥、膜） • 得电子场所（正极材料或阴极材料） 装置维度

25. 原电池的认识模型 电子导体 e- Zn – 2e- = Zn2+ (氧化反应) 2H+ + 2e- = H2 (还原反应) Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 SO42- H+ 离子导体

26. 原电池模型的再认识：从单液电池到双液电池从电极反应到电池反应原电池模型的再认识：从单液电池到双液电池从电极反应到电池反应 • 观察两极材料，比较活泼性； • 观察电解质的微粒，较活泼金属在电解质溶液中能否失去电子 • 较活泼的金属失去电子——负极Zn-2e- =Zn2+ 氧化反应； • 较不活泼的电极为正极，得到电子2H+ + 2e- =H2 还原反应 • 电池反应式 Zn + 2H+ = Zn2+ +H2 • 电子流向：负极→外电路→正极（导线） • 溶液中离子迁移方向：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动（电解质溶液或盐桥、膜）

27. KOH溶液 • H2SO4溶液 • 熔盐氧化物 酸性溶液： 生成CO2和H+ 碱性溶液： 生成CO32-和H2O 模型应用 • 将H2改为： • 甲烷CH4 • 甲醇CH3OH • 写出该电池的电极反应式和电池总反应式

28. CuSO4溶液 KI / I2 溶液 FeCl3 / FeCl2溶液 ZnSO4溶液 原电池设计模型的再认识：从单液电池到双液电池从氧化还原反应到电极反应 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 石墨 石墨 CuSO4

29. 模型应用：锂电池——新型二次电池 Li NiO2x- /导体 Li+

30. 电解装置模型 判断阴阳极。接电源负极的电极为阴极；接电源正极的电极为阳极。 观察阳极材料。阳极材料若为惰性电极，则其不参加电极反应；阳极材料若为非惰性电极，则其失去电子（氧化反应）。 通电前，溶液中存在的离子 通电后，离子放电先后顺序 阳离子放电顺序 阴离子放电顺序（惰性电极） Cl-＞OH- 电极反应式和电解总反应式 案例3：“电解池”的认识模型 电解池原型

32. 案例4：微粒之间的相互作用力 新授课：微观到宏观 复习课：宏观到微观

33. 案例5：从微粒结构看物质的多样性 新授课：从具体到一般 复习课：事实-原因-规律