工作室培训（ 1 ）魏樟庆

2014.5.7 乐清中学

一、化学学科思想、特色和核心内容

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。

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

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

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

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

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

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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）

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科学观念与化学主要观念科学观念• 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）

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。

三、化学科学理解的基本视角

学科 研究对象 研究问题物理学 物体 力与物体运动的基本关系

化学 物质 物质及其转化生物学 物种 物种及其演进

1. 化学学科的基本认识

物质及其转化

物质分子原子

原子结构元素化学式化合价

化学键酸燃烧

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。

化学核心问题：物质及其转化探寻“物质及其转化”的基本规律

建构“物质及其转化”的科学理论

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。

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

组成相似的物质其化学性质相似

物质分类

物质性质研究模型

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。

建构“物质及其转化”的科学理论微粒视角

分子论原子论原子结构理论化学键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

化学核心问题：物质及其转化

探寻“物质及其转化”的基本规律

建构“物质及其转化”的科学理论

元素视角物质是由元素组成的

组成相似的物质其化学性质相似

物质分类

微粒视角

分子论原子论原子结构理论化学键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

物质性质研究模型

化学反应与能量变化溶液中的离子反应

化学 1化学 2 专题

3

化学 1专题1

化学 2专题1

化学 2专题2

化学反应原理

化学科学认识的两大基本任务

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。

宏观水平

微观水平

规律性认识

理论性认识物质及其转化

归纳、探寻

建构、解释

基础解释 解释 基础

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。

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。

或 Zn或 Fe或石墨……

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。 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。

模型建构

无法停止原电池反应

原电池认识模型的应用

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。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

原电池设计模型建构

ZnSO4溶液 CuSO4溶液

CuSO4

案例 2 ：原电池复习课“原型”建模

原电池的核心要素 电势差

闭合回路

• 电极反应• 接触电势• 电解质溶液• 离子导体• 电子导体

原电池的核心要素

原电池的认识维度

原电池的认识维度

原理维度

装置维度

• 氧化还原反应• 电极反应（氧化反应、还原反

应）• 反应现象• 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）

原电池的认识模型

Zn + 2H+ = Zn2+ + H2

e-

H+SO42-

2H+ + 2e- = H2 (还原反应 )

Zn – 2e- = Zn2+

(氧化反应 )

电子导体

离子导体

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）

　　　

•写出该电池的电极反应式和电池总反应式

将 H2 改为：甲烷 CH4

甲醇 CH3OH

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 CO3

2- 和 H2O

模型应用

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

ZnSO4溶液 CuSO4溶液

CuSO4

2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2

FeCl3 / FeCl2溶液 KI / I2 溶液

石墨 石墨

模型应用：锂电池——新型二次电池

Li NiO2x-

/导体

Li+

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

电解池原型案例 3 ：“电解池”的认识模型

案例 4 ：微粒之间的相互作用力新授课：微观到宏观

原子核外电子排布八电子稳定结构倾向

元素性质（金属性、非金属性）化学键类型（离子键或共价键）物质类别（离子化合物、共价化合物或单质）

晶体类型（微粒及微粒间作用力）

复习课：宏观到微观宏观物质（如氯化钠、二氧化碳、金刚石）

组成元素（金属元素、非金属元素）构成微粒（原子、离子、分子）• 微粒间作用力类型• 微粒结构：电子式• 化合物类别（按微粒间作用力分类）• 晶体类型（按微粒构成分类）

物质性质

案例 5 ：从微粒结构看物质的多样性新授课：从具体到一般同素异形现象

• 金刚石、石墨、 C60 → 同素异形体• 碳原子成键方式、排列方式不同

同分异构现象• 正丁烷与异丁烷、乙醇与二甲醚 → 同分异构体

• 原子排列方式不同

不同类型晶体• 离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体• 微粒种类（离子、分子、原子）不同• 微粒之间作用力不同

复习课：事实 - 原因 - 规律物质多样性的事实（以碳为例）

物质多样性的原因• 微粒种类不同• 微粒排列不同• 微粒间作用力不同

物质多样性的规律• 同素异形体• 同分异构体、同系物• 不同类型的晶体