化學學科前沿知識與中學化學基礎教學的融合

趙文舒 李曉燕 郝春華 牛燕燕 孫偉

[摘 要]在基礎教育課程改革的背景下，新課程標準明確指出“課程改革的目的是培養學生的核心素養”。化學學科的發展為中學化學教學提供了許多新的內容，將化學學科前沿知識引入中學化學基礎教學中可以有效提高中學生的化學核心素養。以石墨烯的發展與應用為例，將其設計在《金剛石、石墨和C60》的相關章節之中，以此加深中學生對化學學科前沿知識的理解，實現化學學科前沿知識與中學化學基礎教學的融合。

[關鍵詞]學科前沿知識；中學化學；基礎教學；石墨烯；核心素養

[中圖分類號] G633.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2018）02006002

化學學科前沿知識是化學家研究發現的熱點內容，是化學界關注的焦點。隨著現代化學科學的發展及其與其他學科的交叉融合，化學研究內容的深度和廣度已經得到了極大的拓展，并廣泛應用于人類的生產和生活中。化學教學作為中學生學習化學的基本過程，其內容也應不斷更新、與時俱進。中學化學是學生認識化學的啟蒙階段，在這個階段可以鞏固學生學習化學的基礎，使他們對于化學的本質和發展產生興趣，引導他們在進入大學后選擇化學相關專業的學習。因此將化學學科前沿知識應用于中學化學教學當中，可以培養學生的科研精神和創新能力，增加其知識儲備和科學見識，使其掌握科學的思維方式，進而對化學及相關學科產生極大的學習興趣。本文以“石墨烯的發展和應用”為例，淺談化學學科前沿知識與中學化學基礎教學的融合。

自從2004年英國曼徹斯特大學的安德魯·蓋姆教授和康斯坦丁·諾沃肖羅夫教授利用膠帶對石墨薄片進行反復粘貼與撕開，得到具有單層碳原子結構的二維材料石墨烯之后，石墨烯已經成為不同學科領域的“明星材料”。它是迄今為止發現的最薄、最輕也是最堅硬的納米材料，其特殊結構使得它有著優良的理化性能，可應用于化學、物理、生物等方面。科學家預言在未來二十年內石墨烯將走進我們的生活，如可以取代硅材料成為電子芯片的新型材料，取代現有的液晶顯示材料，從而應用于新型顯示屏和觸摸屏，還可應用于太陽能電池和輕型飛機材料等。

一、石墨烯的發展、應用與中學化學基礎教學的融合

石墨烯的發展與應用屬于現代化學發展的熱點，對于中學化學教學來說，將石墨烯與課堂基礎教學內容融合可以使學生了解到化學學科的發展前沿，感受科學家了解、探究化學世界奧秘的過程，從而激發學生的化學學習興趣。石墨烯的發現說明真理的發現不僅需要知識的積累，也要有不斷創新的精神。化學是一門以實驗為基礎的科學，它來源于生活，最終又將應用于生活，用于解決生產生活中的實際問題，進而體現“從化學走向社會”的理念。

在教學《金剛石、石墨、C60》（人教版九年級化學上冊第六單元課題一）這一節內容時，教師將碳元素的知識擴展到石墨烯，通過設計課堂小實驗，帶領學生模擬石墨烯的發現過程，例如用膠帶反復對粘鉛筆屑，以此引導學生感受石墨烯的發現過程，感受科學研究的魅力。同時結合PPT，對比多種碳材料的結構，通過講解石墨烯的結構特點，引導學生根據結構分析石墨烯的性質，再進一步推測其用途，從而培養學生從化學結構的視角分析物質性能的基本思路。在本節課的課堂練習或課后作業中，可將石墨烯與課本基礎知識相結合來編寫新的題目。

【例題】 （單選）自從石墨烯被發現以來，其優良的性質使其得到廣泛的應用。根據石墨烯的結構圖，以下說法不正確的是（ ）。

石墨烯結構圖

A.石墨烯與金剛石的物理性質相似

B.石墨烯和富勒烯的碳原子排列方式不同

C.通過剝離石墨得到石墨烯的過程屬于化學變化

D.石墨烯可應用于電子芯片、太陽能電池等領域

解析：由于石墨烯與金剛石的結構不同，因此兩者的物理性質不同，但兩者都是由碳元素組成的，因此化學性質相同，與氧氣完全反應后的產物相同。該題的正確選項為A。題目以石墨烯的前沿知識作為背景材料，并給出有關石墨烯結構的文字和圖片提示，使得化學前沿知識的學習難度降低，符合中學生的知識水平和理解能力。

諸如此類的題目既可考查學生對本節課知識的掌握程度，也可將化學學科前沿知識與課堂基礎教學內容完美融合，使學生在掌握基本知識的同時具備一定的知識拓展能力，并對學科發展前沿有相應的了解。

二、化學學科前沿知識與中學化學基礎教學的融合

以石墨烯的發展在中學化學教學中的應用為例，說明在教學過程中引入化學學科前沿知識可以拓寬學生的知識面，激發學生學習化學的興趣，培養學生的科學精神，符合新課標提出的培養學生核心素養的要求，同時也符合三維教學目標培養中對過程與方法、情感態度與價值觀的要求。將化學學科前沿知識與中學化學基礎教學融合時，我們應注意以下三點。

1.強調理論與實踐的結合，發揮教學的啟發性

在課堂中引入化學學科前沿知識時，不能只通過文字講解，更要結合實驗、游戲、課外參觀、網絡學習等多種教學形式，讓學生切身感受化學知識的最新進展。不同的教學方式可以從多角度來增強知識傳授的直觀性。同時可采取翻轉課堂的形式引導學生自己檢索文獻來總結和理解學科的發展，讓學生更易將前沿理論知識與實際生活相聯系，發揮教學的啟發性，引導學生自覺主動地去了解化學學科前沿相關知識，反過來也能夠使學生更加深刻地理解課本中的基礎理論知識。

2.素材選擇應貼近生活實際

化學學科發展迅速，在選取化學學科前沿知識時，一定要結合實際，切忌選取過于“高大上”的內容，不能只是為了引入學科前沿知識而隨意選取內容，應從多方面考慮知識的適用性、與課本的銜接性和學生可接受的程度，盡量選取貼近生活實際的內容，使學生能夠有切身體會，更真實地感受到化學就在身邊，從而更好地體現“從生活走進化學”的理念。同時也應盡量選取最新的素材，使學生的知識水平和思想內容得到及時更新，體現出知識的前沿性。

3.踐行開放教學的理念

化學學科前沿知識具有前瞻性和發展性，因此教師要改變原有的教學方式，不能采用填鴨式教學方法，也不宜讓學生采取死記硬背的學習方式，而應踐行開放教學的理念，將化學學科前沿知識以中學生易于接受的方式傳授給他們。在考試中也應采取開放式考核的方式，以提高題或者加分題的形式進行呈現。對于該部分內容的考試不能采取標準答案，而應以靈活開放的形式對中學生進行考核，以調動學生的主觀能動性，發揮學生的想象力，引導學生主動地進行思考與學習。

三、化學學科前沿知識與中學化學基礎教學融合的意義

化學學科前沿知識與中學化學基礎教學的融合可以有效地培養中學生的化學核心素養，讓學生能夠在學習學科前沿知識的同時感受科學家發現新知識、新現象的過程，從而受到啟發和影響，培養化學學習興趣；讓學生意識到化學知識并非只是單純的理論學習，也有更多實際生活中的應用，進而達到學以致用、與時俱進的目的，同時提升中學生的綜合科學素質，提高他們認識科學、了解世界的能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1]Elif Burcu Bahad1r and Mustafa Kemal Sezgintürk， Applications of graphene in electrochemicalsensing and biosensing.Trac-TrendAnal.Chem.，76（2016）1-14.

[2]張春蘭.石墨烯的發現給新課標化學教學的幾點啟示[J].新課程，2016（8）.

[3]趙麗娜，唐亞男，姜大雨，等.淺談高中化學教學中滲透科技前沿內容的研究[J].山東化工，2016（1）.

（責任編輯 羅 艷）