专题一：原子结构相关概念的学科及教学研讨——科学概念及教学设计的时代性.doc

高中化学远程研修
专题一:原子结构相关概念的学科及教学研讨
——科学概念与教学设计的时代性
主持人:魏锐北京师范大学化学教育科学研究所
场内嘉宾:李宗和北京师范大学结构化学教授
赵河林山西大学附属中学
王秀忠山东省实验中学
1、引入专题主题
主持人:从今天开始,我们就进入物质结构与性质模块的探讨,首先,我们进入专题一原子结构相关概念的学科及教学研讨。在高中化学新课程当中,把物质的结构和性质作为一个单独的模块列入选修课程当中,那我们为什么把物质的结构和性质作为一个单独的模块呢?也就是说在化学科研的发展进程中,有关物质结构和性质的研究对我们学生有哪些意义呢?请李宗和教授谈谈。
2、专家谈学科知识的意义及核心概念
李宗和:现代化学的任务是发现和制备新物质,发现新性能的物质具有一定的不确定性,即随机性。制备新性能的物质就显得尤为重要。结构化学的基本理论可以帮助预见新性能的物质,例如C60家族是在1985年发现的,但是早在1973年苏联的两位学者以及1980年美国的两位学者先后发表了C60的分子轨道能级,成为发现C60的先导,结构化学的基本理论对于制备新性能的物质具有一定的指导意义。分子设计担当了此任务。结构化学是现代化学的重要组成部分,也是现代无机、现代有机、医学、生命科学、材料科学、环境科学、能源科学以及信息科学的理论基础,中学设立物质结构及性能这门课是非常必要的,有利于他们去攀登科学的高峰,也有利于他们从事各项工作。在现代化学当中,有两个基本的概念,一个是量子,一个是轨道。量子是指什么呢?指的是物理量的变化是不连续的,轨道不是我们平常理解的轨迹,而是一系列连续运动的状态,是粒子运动状态的真实存在。
主持人:赵老师你好,你给我们老师一起来介绍一下在化学课程标准当中,对于中学化学学****阶段,需要建立哪些基本概念?
赵和林:各位老师,大家好。正如刚才李教授所讲的,物质结构与性质这门课对于中学生来讲是非常重要的。从学科角度来讲,对价层电子对互斥理论做出重要贡献的加拿大化学家著名化学家吉利斯皮(R J Gillespie)指出六种化学基本概念为“化学中的主要观念”,构成了现代化学的基础。这六种化学基本概念为:原子、分子、离子;微粒间的相互作用,如化学键,分子间作用力;分子的几何形状;三维化学;动力学理论;化学反应;能和熵。在吉利斯皮指出的六种化学主要观念当中前三条都与我们的物质结构与性质这个模块密切相关,也是出于学科这样的考虑,国家在课程标准里面对物质的结构与性质也有相应的定位。物质结构与性质这个模块有四个主题:原子结构与元素的性质;化学键与物质的性质;分子间作用力与物质的性质;研究物质结构的价值。在主题一中,涉及到的核心概念有:能级、跃迁;原子轨道、电子云;电离能、电负性。在主题二中,涉及到了比较多的概念,比如:离子键、共价键、配位键、金属键;
σ键和л键、键参数;分子构型、手性分子、等电子原理;离子晶体、晶格能;金属晶体的基本堆积模型;原子晶体。在主题三中,主要涉及到的是:分子间作用力;氢键;分子晶体。在主题四中,也涉及到了一些核心问题,比如:原子结构与元素周期系;研究物质结构的基本方法和实验手段;探索物质结构的价值。那么应该说,主要的概念主要是从三个角度来划分的,第一个角度也可以叫第一个维度,是微粒水平。第二个角度是微粒间的相互作用,第三个角度是物质的构成方式。那么说这样的基本概念,相对于我们的传统教材应该说有很多的补充,那么有些老师也讲,一些大学的概念下放到了高中化学教材里面,那么是不是这样的下放是不是不合理呢?我想我们大家要从世界课程改革的视角来看待这样的一个问题,从全世界的课程标准或者教材来看,在结构与性质这个模块里面都有最近几年都有较大的发展的确很多大学的化学概念下放到了高中阶段,这也是历史的趋势和必然。比如我介绍美国科学课程的标准涉及到的一些概念,我们来看。比如有,能级、量子数、原子轨道、电子云、构造原理、元素性质、元素周期律和周期表;化学键、氢键和分子间作用力、分子极性、共振结构、偶极距、杂化轨道理论和VSEPR理论;堆积模型、晶胞、离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体等。所以从这样一个角度来考虑,我们应该从世界课程改革的视角来看待我们国家的课程改革。那么这样的一个改革是符合历史的趋势的。
主持人:王老师你好。关于这些核心的概念,你还有什么补充的没有?
王秀忠:简单说一点。两位老师都从比较高的视角和世界的角度谈了下这个模块出现的必要性。我感觉这些概念非常多,我们需要不需要掌握,需要不需要给学生落实,我谈一点自己的感受,就是按需分配。如果这个东西为我们的认识目标是有需求的,或者是有必要性的,我们要提,而不管这个概念是大学里边讲的还是高中里边讲的。比如说量子力学的结构模型的四个量子数的提出可能会