宋心琦----化学科学发展与教学改革的几点思考.ppt

化学科学发展与教学改革的几点思考 清华大学化学系 宋心琦 山东泰安 2011年4月 几点新认识 学科的现状与发展趋势和社会对公民素质的要求是教育改革推动力 要学习并重视现代教育学和学科教学研究提供的新理念和方法 要区分职业性要求和素质性要求 学段的衔接更着重于能力 正确认识基础性和时代性的关系 有学科发展轨迹中永远起作用的基础；也有为构建学科基础服务的“基础”。后者如4类基本反应；“化学元素”不变的概念；基本的化学键类型；“惰性气体”等等。 基本概念或理论是不断发展的。例如原子、分子；化合物-物种；物质导电机制；酸和碱等等 应当重视那些对学科和新技术发展持续起作用的基础知识和基本概念；它们的建构、发展过程和视角的变化。更应当从新的科技发展中吸取养分。这是进行情感态度价值观教育的着力点 磁场诱导下的变色体系丁铎尔效应的应用 氢动力能源新设想 已知：HgCl2溶液滴在Al板上，将破坏Al2O3的保护作用 2Al + 6H2O ? 2Al(OH)3 + 3H2? 镓铝合金也有类似作用 单质 Ga: 熔点：29.78oC ; 沸点：2403oC 有可能构成实时供氢的燃料电池. 周期表还能提供什么启示和信息？ Chemical Newsletter 2007/14（Purdu U） 除汞新技术 CENs July 7, 2008 Latest News 报道： 破损废旧袖珍荧光灯泡（CFLS）中残汞处理一直受到关注。R.Hurt 发现由亚硒酸钠和谷胱甘肽（C10H17O6N3S）反应制成无定形粉状纳米硒和汞能够生成无生物活性的HgSe，24小时内可除去近99.9%的汞。单个灯泡的用量仅10mg,而常规除汞剂如硫、锌、活性炭等用量为数克至数千克。 发现绿色水母蛋白为什么得奖 荧光标记法是一种常用于研究某些动态过程的示踪技术。如研究菲啶溴红和小牛胸腺DNA中不同碱基对的络合稳定性和DNA的热变性 研究活性生物分子如DNA的变性过程，需要对原初过程干扰微弱的荧光探针，绿色水母蛋白可能能够解决这个问题。因而获奖 更为根本的问题：是否所有化学体系都应当能够发射荧光？根据光化学原理（分子调控概念） A＋hν? A*?A+ΔH（非辐射弛豫） ?A+ hν′(荧光或磷光），etc 基础不仅限于化学 ? 第一个稀有气体化合物的发现，源于物理概念的运用 O2+[PtF6]- 和 Xe+[PtF6]-的对比：O2和Xe的第一电离能相近，两种盐的晶格能相近 ? 无机富勒烯（WS2,MoS2等）的发现，源于几何学的考虑：正六边形网格的变化 ? 石墨烯制备的最简便方案：源于对物质表面黏附力差别的应用 打印出来的计算机芯片 MIT的年轻科学家 Jacobson继电子纸,电子油墨之后,提出了在塑料片上直接打印出计算机芯片的设想 电子纸 电子油墨 可以用打印方法制造的芯片 摩擦化学和高速硬盘 摩擦化学是力化学的一个分支，要求体系内至少有一相为固相。 一艘新油轮失火的原因 与机械、建筑、飞行器、润滑系统等领域的关系 硬盘转速与摩擦化学的关系 法拉第的名言 ?潜移默化地进行情感态度价值观的教育。“蜡烛的火焰能把暗处照亮，而金刚石的璀璨在没有火焰照亮时却什么都没有” ?在讲到华丽的色彩和像长笛一样的蜡烛时，“不要做美丽的奴隶”;“所有这些知识才是有意义的，而美丽并没有什么用处” 化学学科的现状和问题 学科教育落后于学科的现状，从而使学生学习兴趣下降，生源水准下滑。表现为理论滞后、实验技术滞后、教学改革滞后 学科面目模糊方向不明—过分重视能够做什么，而不是能够知道什么 什么是化学的大问题 参考文献：Philip Ball: What chemists want to know. Nature 442, 3 August 2006, 500-502 化学学科的大问题 如何设计具有特殊功能和动态特性的分子 细胞的化学基础 如何制造未来的能源、空间和医药所需的材料 思维和记忆的化学基础 生命在地球上是如何开始的。在其他世界中，何地和如何才会出现生命 如何发现全部元素的可能组合，据估算数量级将大于1014；合成产率能否达到100% 牛顿名言的启示 如何理解牛顿关于“巨人肩膀”的名言所包含的治学之道 巨人在哪里？－所有学科教育共有的任务 如何才能爬上巨人的肩膀？－具备台阶的基础才是有效的基础 不仅要看得远，方向还要对 化学实验体系三要素 ?符合探究目标而且不确定因素最少的化学反应体系 合理的实验装置，包括安全措施等 合理而且有序的实验步骤和合乎规范的操作技术 实验与探究性学习 案例1: 拉瓦西测定空气组成