趙大洲

（陜西學(xué)前師范學(xué)院，化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安，710100）

關(guān)鍵字：高中化學(xué)；前沿知識(shí)；核心素養(yǎng)；課程開(kāi)發(fā)

0 引言

化學(xué)學(xué)科是一直不斷變化和發(fā)展的，高中化學(xué)不僅要求學(xué)生學(xué)習(xí)好基礎(chǔ)知識(shí)還必須融入前沿知識(shí)，但是當(dāng)前高中化學(xué)課程內(nèi)容滿(mǎn)足不了學(xué)生的需求，教材中缺乏化學(xué)前沿知識(shí)。將化學(xué)前沿知識(shí)融入高中化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，能更好地豐富化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更廣泛地了解化學(xué)知識(shí)［1］?；瘜W(xué)前沿知識(shí)也可以向?qū)W生傳遞科研工作者的科學(xué)思想和科學(xué)精神，有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

新時(shí)代的教育指導(dǎo)思想中提到要培養(yǎng)全面發(fā)展的人，與此同時(shí)要求進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。學(xué)生不僅要掌握新時(shí)代的基礎(chǔ)知識(shí)和技能，還要具有初步的創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)。中學(xué)教育是基礎(chǔ)教育階段之一，是樹(shù)立學(xué)生良好品德、發(fā)展學(xué)生綜合素養(yǎng)的關(guān)鍵。因此，最新《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確了化學(xué)教育的定位——“以人為本”，優(yōu)化了高中化學(xué)課程內(nèi)容，增強(qiáng)了知識(shí)的趣味性、邏輯性、選擇性。基于重視培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的前提，相關(guān)學(xué)科的教學(xué)過(guò)程中，教師需根據(jù)教學(xué)目標(biāo)將前沿知識(shí)融入相應(yīng)的教學(xué)過(guò)程，并且結(jié)合教材中的基礎(chǔ)知識(shí)，將前沿知識(shí)融會(huì)在學(xué)生的知識(shí)框架中，讓學(xué)生更好地適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。新課標(biāo)從化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中提取出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的五個(gè)維度，為核心素養(yǎng)的命題思路構(gòu)建框架，為高中化學(xué)學(xué)科的教學(xué)、課程開(kāi)發(fā)指明方向。新課程積極踐行“教、學(xué)、評(píng)”三位一體，力求讓學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)得到提高，新形勢(shì)下化學(xué)教學(xué)需要符合新課標(biāo)的要求，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)［2］。

“雙減”政策將對(duì)課后服務(wù)的需求由社會(huì)的呼吁上升為國(guó)家意志，將校外培訓(xùn)治理由市場(chǎng)行業(yè)自律升級(jí)為國(guó)家政策規(guī)制，引發(fā)的教育變革也增加了教師課后延時(shí)服務(wù)、教學(xué)質(zhì)量提升、作業(yè)治理開(kāi)展等工作的壓力和責(zé)任，對(duì)新時(shí)期教師素養(yǎng)提升和教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)提出了新要求。因此，在“雙減”政策背景下，如何引導(dǎo)教師積極適應(yīng)新的外部政策環(huán)境變化，就成為新時(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)和教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域不可回避的研究課題。

化學(xué)學(xué)科知識(shí)與我們的生活息息相關(guān)，僅僅掌握理論知識(shí)已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足人才培養(yǎng)的需求，要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)自主解決實(shí)際生活問(wèn)題的能力，化學(xué)前沿知識(shí)的集成更有利于拓寬學(xué)生視野，彌補(bǔ)了化學(xué)教材更新過(guò)慢的不足，而且化學(xué)學(xué)科教材的每個(gè)章節(jié)之間有一定的獨(dú)立性，前沿知識(shí)的融入使得章節(jié)間過(guò)渡變得更加自然，也便于學(xué)生對(duì)不同理論知識(shí)之間的關(guān)系進(jìn)行主動(dòng)探究。教師通過(guò)了解科學(xué)研究的過(guò)程使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)中更好地感受知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展，從而提升學(xué)生的基本化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)?；瘜W(xué)前沿知識(shí)不僅使學(xué)生獲得豐富的科學(xué)知識(shí)，其探索的過(guò)程也有利于激發(fā)學(xué)生樹(shù)立科學(xué)態(tài)度和承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，進(jìn)而樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀。

利用生物電催化技術(shù)將生物和電催化的優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，可以提高產(chǎn)品附加值，產(chǎn)生清潔的生物燃料、可降解材料，并可以促進(jìn)生物電催化技術(shù)在蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域的應(yīng)用。微生物在酶催化、生物燃料電池等方面的應(yīng)用很廣泛。李美星［3］等人從三個(gè)角度分析了化學(xué)教學(xué)內(nèi)容與基本物質(zhì)、實(shí)驗(yàn)、基本理論相關(guān)前沿知識(shí)的整合，提出要?jiǎng)?chuàng)設(shè) “理、趣、疑、情 ”的情境，聯(lián)系社會(huì)生活實(shí)際，重視科學(xué)思維和方法的滲透是一種有效的教學(xué)方法，并提出一線教師在將化學(xué)前沿知識(shí)融入課堂教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，同時(shí)針對(duì)問(wèn)題給出相應(yīng)對(duì)策。趙麗娜［4］就如何將化學(xué)前沿知識(shí)與高中化學(xué)教學(xué)結(jié)合在一起提出了一些建議：遵循學(xué)生的思維方式和成長(zhǎng)規(guī)律，要引導(dǎo)學(xué)生形成對(duì)科學(xué)發(fā)展規(guī)律的正確認(rèn)識(shí)；充分利用化學(xué)前沿知識(shí)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，可以從基本概念和基本理論、元素化合物、化學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面入手，通過(guò)具體的教學(xué)案例，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。何雯雯［5］提出了利用化學(xué)前沿知識(shí)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、習(xí)題情景和利用化學(xué)學(xué)科前沿知識(shí)設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的有效教學(xué)方案。

趙文舒［6］以石墨烯為基礎(chǔ)，結(jié)合石墨烯領(lǐng)域的最新研究成果，將碳納米管、石墨烯、可燃冰等與“材料”相關(guān)的前沿知識(shí)結(jié)合到教學(xué)案例中。陳凱［7］等人提出的四個(gè)教學(xué)案例，如納米材料、化學(xué)價(jià)定律的突破、元素周期表的更新、水的組成，可以使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到化學(xué)與社會(huì)、生活緊密相連的關(guān)系，提高他們的學(xué)習(xí)熱情。當(dāng)前化學(xué)前沿知識(shí)在課堂教學(xué)中的地位日益受到人們的關(guān)注，通過(guò)大量的研究，并通過(guò)具體的教學(xué)實(shí)例，使之與教學(xué)策略相適應(yīng)。然而，在化學(xué)核心素養(yǎng)的視野下，關(guān)于化學(xué)前沿知識(shí)融入化學(xué)教學(xué)的研究還很少。因此，本文基于核心素養(yǎng)對(duì)教育實(shí)習(xí)的學(xué)校師生進(jìn)行調(diào)查分析。研究發(fā)現(xiàn)，師生獲取前沿知識(shí)的途徑太少，學(xué)生只注重學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)。本文針對(duì)調(diào)查，分析化學(xué)前沿知識(shí)在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用不足的原因，以發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，對(duì)課程開(kāi)發(fā)進(jìn)行了初步探究，設(shè)計(jì)了具有基礎(chǔ)性的教學(xué)片段，為化學(xué)學(xué)科前沿知識(shí)有效融入教學(xué)過(guò)程提出切實(shí)可行的策略：在現(xiàn)行高中化學(xué)教學(xué)過(guò)程中提高教師科學(xué)研究素養(yǎng)；將前沿知識(shí)作為導(dǎo)入新課的素材，使得教學(xué)內(nèi)容的拓展素材不斷滲透化學(xué)前沿知識(shí)，為高中化學(xué)的教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)確立良好基礎(chǔ)。

2 課程開(kāi)發(fā)原則

2.1 實(shí)際性原則

學(xué)生的認(rèn)知水平有限，獲取化學(xué)前沿信息的渠道受阻。在課程開(kāi)發(fā)中，教師應(yīng)認(rèn)真考慮學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)現(xiàn)狀來(lái)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容。在實(shí)施課程開(kāi)發(fā)時(shí)，教師要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃，合理地安排課程內(nèi)容［8］。高中階段融入化學(xué)前沿知識(shí)的主要目的是讓學(xué)生了解化學(xué)解決人類(lèi)所面對(duì)的重大問(wèn)題和當(dāng)前新能源、環(huán)境、材料、生命、醫(yī)學(xué)等學(xué)科相互融合發(fā)展的形勢(shì)。

2.2 時(shí)代性原則

教育內(nèi)容并非一成不變，隨著政治、文化、經(jīng)濟(jì)、科技的飛速發(fā)展，以及信息時(shí)代的來(lái)臨，學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容也必須跟上時(shí)代的步伐。為了使學(xué)生更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展和變革，教師在課程開(kāi)發(fā)中要注重時(shí)代前沿知識(shí)和社會(huì)熱點(diǎn)的融入。

2.3 實(shí)踐性原則

新課改背景下實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)及可持續(xù)發(fā)展，是我國(guó)實(shí)施素質(zhì)教育的根本目的。在開(kāi)發(fā)化學(xué)課程時(shí)，教師應(yīng)合理制訂教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)豐富的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生融入教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生在自主實(shí)踐中獲得知識(shí)，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

3 課程開(kāi)發(fā)教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)片段一：“可降解”塑料

創(chuàng)設(shè)情境：“白色垃圾”等污染的新聞視頻。

教師提問(wèn)：傳統(tǒng)包裝材料的優(yōu)缺點(diǎn)？

學(xué)生活動(dòng)：討論并回答。

教師講解：化學(xué)給人類(lèi)社會(huì)生活帶來(lái)便利的同時(shí)，“白色垃圾”等污染也帶來(lái)了不少麻煩。目前世界上使用最廣泛的包裝材料是紙和泡沫板。但這些材料存在許多缺陷，如易吸濕、易揮發(fā)、不環(huán)保，容易產(chǎn)生白色污染等。傳統(tǒng)塑料是由高分子聚合物組成的，很難自然降解，污染環(huán)境。

展示材料：可降解塑料的降解過(guò)程材料展示。

組織討論：可降解塑料在生活中的應(yīng)用。

前沿導(dǎo)入：通過(guò)設(shè)計(jì)特定的單體，科學(xué)家們成功地合成了在一般環(huán)境中容易降解的塑料，這些塑料具有優(yōu)良的性能，可以通過(guò)熱解或化學(xué)電解轉(zhuǎn)化為原始單體，從而實(shí)現(xiàn)多次循環(huán)使用?？山到馑芰蠈?duì)環(huán)境友好，在自然環(huán)境中容易分解成對(duì)環(huán)境友好的小分子，被光、生物和其他因素完全降解。可降解塑料擁有廣泛的原材料，擺脫了普通塑料對(duì)化石資源的依賴(lài)，在農(nóng)業(yè)、包裝、汽車(chē)和醫(yī)療等方面占有重要地位。然而，可降解塑料的發(fā)展也存在很多問(wèn)題，如耐熱性和機(jī)械性能比普通塑料差，價(jià)格也比傳統(tǒng)塑料高等。目前，可降解塑料仍處于發(fā)展階段。

設(shè)計(jì)意圖：該教學(xué)片段可以引入人教版高中化學(xué)必修二第八章第三節(jié)《環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)》的教學(xué)過(guò)程，可降解塑料的應(yīng)用是控制“白色污染”的根本途徑，但在目前的發(fā)展中，可降解塑料由于自身的缺點(diǎn)，無(wú)法完全替代傳統(tǒng)塑料?？山到馑芰系囊肟梢栽鰪?qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，可降解塑料的最新科研進(jìn)展可以拓展學(xué)生的視野，有效滲透“綠色化學(xué)”的概念。

3.2 教學(xué)片段二：催化劑的大有作為

創(chuàng)設(shè)情境：通過(guò)所學(xué)習(xí)的催化劑的知識(shí)概括催化劑的特點(diǎn)。

學(xué)生活動(dòng)：小組討論交流總結(jié)催化劑的特點(diǎn)。

教師講解：催化劑具有能夠加速化學(xué)反應(yīng)速率的作用，其組成、化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量在反應(yīng)前后不發(fā)生變化，因此被人們廣泛應(yīng)用。

教師提問(wèn)：我們通過(guò)之前做的過(guò)氧化氫在常溫下的分解實(shí)驗(yàn)了解到二氧化錳是一種重要的催化劑，那么同學(xué)們還知道有哪些催化劑也存在著十分重要的作用嗎?

學(xué)生思考：討論并回答。

展示資料：甲烷高效制甲醇材料展示。

前沿導(dǎo)入：甲醇是基本的化學(xué)原料之一，甲烷在地球上的儲(chǔ)量極為豐富，但是如何將甲烷轉(zhuǎn)化成甲醇一直是困擾化學(xué)科研者的難題。而前不久，我國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種新型的催化劑，在低溫下甲烷可以高效轉(zhuǎn)化為甲醇，是目前轉(zhuǎn)化極限的重大突破。這種催化劑采用的是沸石分子篩材料，在材料內(nèi)部的小于1 納米的孔道里布滿(mǎn)具有催化活性的金鈀(Au-Pd)合金納米顆粒，它們能催化氧氣和氫氣形成雙氧水，也能催化雙氧水氧化甲烷生成甲醇。但是由于雙氧水的擴(kuò)散使得轉(zhuǎn)化效率并不是很高，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種分子圍欄。分子篩的表面裝飾有一層分子厚度的疏水涂層，因此疏水的雙氧水分子被圍欄阻擋，但氧氣、氫氣和甲烷分子可以順利移動(dòng)，這樣一來(lái)雙氧水就可以在反應(yīng)器中與甲烷充分接觸，甲醇就得以持續(xù)產(chǎn)生。目前，世界上的化石燃料消耗過(guò)大，這一研究成果能夠有效緩解煤和石油等化石燃料耗竭帶來(lái)的危機(jī)。

設(shè)計(jì)意圖：該教學(xué)片段可以引入人教版高中化學(xué)必修二第六章第二節(jié)《化學(xué)反應(yīng)速率與限度》的教學(xué)過(guò)程，學(xué)生對(duì)催化劑能夠有一定的認(rèn)知，教學(xué)片段中涉及的化學(xué)前沿知識(shí)展示了催化劑在促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速率方面所起的重要作用。在這個(gè)化學(xué)前沿知識(shí)中，學(xué)生還可以了解化學(xué)科研者如何解決在科研過(guò)程中遇到的阻礙以及學(xué)習(xí)在研究過(guò)程中的科學(xué)思維方法。

3.3 教學(xué)片段三:可穿戴的“智能”紡織材料

創(chuàng)設(shè)情境：同學(xué)們可能對(duì)可穿戴智能設(shè)備有一定的了解，比如智能類(lèi)手表、運(yùn)動(dòng)鞋以及谷歌眼鏡等，但是因可穿戴智能設(shè)備成本高，并且存在電池續(xù)航短以及有輻射、隱私、等一系列的問(wèn)題，目前還沒(méi)有被普及。

教師提問(wèn)：假如同學(xué)們是一名科研人員，你希望制造出什么樣的可穿戴設(shè)備呢?

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生積極參與，小組討論交流。

教師講解：我們先來(lái)了解一款不同的可穿戴設(shè)備。某科研團(tuán)隊(duì)利用一種獨(dú)特的無(wú)機(jī)顏料納米顆粒，在不損害紅外特性的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外透明聚乙烯紡織品進(jìn)行著色，彌補(bǔ)了該紡織品在可著色方面缺乏可調(diào)性的不足。

展示資料：這種紡織品的著色成分是紅外吸收可忽略的無(wú)機(jī)NPs，可以通過(guò)擴(kuò)展的混紡、擠出和編織工藝制成。這種紡織品不僅可以調(diào)節(jié)顏色還具有良好的耐洗滌穩(wěn)定性。這種簡(jiǎn)便的著色方法將促進(jìn)輻射冷卻紡織品在可調(diào)節(jié)溫度的可穿戴應(yīng)用中的商業(yè)化。

前沿引入：心血管系統(tǒng)疾病是對(duì)人類(lèi)健康和生命構(gòu)成威脅最大的一組疾病，能夠檢測(cè)出心血管疾病等健康問(wèn)題的檢測(cè)設(shè)備也逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，一種用來(lái)檢測(cè)心血管疾病的基于花瓣結(jié)構(gòu)的織物壓力傳感器應(yīng)運(yùn)而生。該研制團(tuán)隊(duì)將穿戴衣服與美學(xué)設(shè)計(jì)相結(jié)合，其原理是采用摩擦納米發(fā)電機(jī)，利用金屬-聚合物混合導(dǎo)電紗線與鍍銀導(dǎo)電織物相結(jié)合，再將混合導(dǎo)電紗線以花瓣圖案與導(dǎo)電織物縫制在一起，當(dāng)織物傳感器貼附在人體動(dòng)脈部位時(shí)，脈搏的周期性跳動(dòng)壓力傳遞給花瓣結(jié)構(gòu)的摩擦材料層，使得金屬-聚合物混合紗線和鍍銀導(dǎo)電織物之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電子通過(guò)外部電路進(jìn)行流動(dòng)。脈搏周期性地跳動(dòng)，通過(guò)傳感器就能產(chǎn)生周期性的電信號(hào)。該項(xiàng)可穿戴系統(tǒng)極大地改善了傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備龐大、佩戴不舒適、操作復(fù)雜等不足之處，也為人體脈搏監(jiān)測(cè)和睡眠呼吸綜合癥的診斷提供了一種新穎、經(jīng)濟(jì)、高效且方便使用者操作的可行方案。

設(shè)計(jì)意圖：該教學(xué)片段先向?qū)W生創(chuàng)設(shè)一個(gè)問(wèn)題情境，可以引出人教版高中化學(xué)必修二第七章第二節(jié)《乙烯與有機(jī)高分子材料》的內(nèi)容學(xué)習(xí)，對(duì)于設(shè)計(jì)可穿戴設(shè)備每個(gè)學(xué)生都有自己獨(dú)特的想法，以這樣的問(wèn)題作為導(dǎo)入不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還可以讓學(xué)生保持專(zhuān)注。再引出兩個(gè)化學(xué)前沿知識(shí),通過(guò)這兩種可穿戴設(shè)備應(yīng)用和原理的不同。紅外透明聚乙烯紡織品是研究織物的著色性能和溫度調(diào)節(jié)性能，而可穿戴的“智能”織物是用于監(jiān)測(cè)心血管健康。但這兩個(gè)前沿知識(shí)都更貼近平時(shí)的生活實(shí)際，對(duì)學(xué)生將來(lái)職業(yè)的選擇起到一定的導(dǎo)向作用，該素材有助于促進(jìn)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的化學(xué)核心素養(yǎng)的提高。

4 結(jié)論

化學(xué)核心素養(yǎng)的各個(gè)組成部分是相互關(guān)聯(lián)的?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：學(xué)生要具備初步的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒂^察能力和思維能力、發(fā)展合作與交流等多方面的基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)是關(guān)鍵?！稗D(zhuǎn)變觀念，平衡思想”是認(rèn)識(shí)化學(xué)所需要的思維方式，“證據(jù)推理模型認(rèn)知”是實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，體現(xiàn)了化學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，“科學(xué)態(tài)度探究，創(chuàng)新意識(shí)”是化學(xué)核心素養(yǎng)社會(huì)責(zé)任典型代表。

教師在課程開(kāi)發(fā)過(guò)程中形成的教學(xué)計(jì)劃，可以在教學(xué)過(guò)程中實(shí)施、完善、反思和總結(jié)，可以逐步認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代教育的本質(zhì)是實(shí)施全面發(fā)展，繼而推動(dòng)素質(zhì)教育的實(shí)施。教師應(yīng)積極探索，自我反思，在實(shí)踐中主動(dòng)了解教育發(fā)展的新動(dòng)向。在高中化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，向?qū)W生介紹化學(xué)前沿領(lǐng)域的最新成果、最新進(jìn)展和重要問(wèn)題，可以有效幫助學(xué)生了解我國(guó)化學(xué)科學(xué)發(fā)展所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。