化学学科思维概述 张树永 山东大学化学与化工学院 1901 2020年11月26日 NG UNI
张树永 山东大学 化学与化工学院 2020年11月26日 化学学科思维概述
1.教学目标的高阶要求 1.1学习的高阶性 序号层次名称科涅分类布鲁姆分类 教学要求 知识体系事实/概念性知识记忆、理解能够说明相关概念、原理并进行分类比较 二具体方法程序性(技能和应用 能够根据现有原理和方法完成具体操作或 方法)知识 者解决具体问题 三综合方法程序性(任务、分析,综合、能够运用多学科知识和能力,设计评价方 准则性)知识评价、创新案,分析解决综合性、复杂性问题 四学科哲学元认知(策略、分析,综合、能够揭示事物本质,进行抽象和泛化,能 反思)知识评价、创新够形成新的观察和思维方式
序号 层次名称 科涅分类 布鲁姆分类 教学要求 一 知识体系 事实/概念性知识 记忆、理解 能够说明相关概念、原理并进行分类比较 二 具体方法 程序性（技能和 方法）知识 应用 能够根据现有原理和方法完成具体操作或 者解决具体问题 三 综合方法 程序性（任务、 准则性）知识 分 析 ， 综 合 、 评价、创新 能够运用多学科知识和能力，设计评价方 案，分析解决综合性、复杂性问题 四 学科哲学 元认知（策略、 反思）知识 分 析 ， 综 合 、 评价、创新 能够揭示事物本质，进行抽象和泛化，能 够形成新的观察和思维方式 1.1 学习的高阶性 1.教学目标的高阶要求
1.教学目标的高阶要求 1.2学科教学的目标 教学的精髓是让人带上有光的眼镜(或者打开第三只眼睛)能够看到之前 看不到的,看到别人看不到的 能够利用学科的眼光进行观察,能够利用学科的思维方式进行分析、综合 和推理,分析和解决具有复杂性、挑战性、创新性的问题。 知行合一:能够利用学科视野、原理和思维方法,综合考虑政治、社会、法 律、道德、安全、健康、文化以及环境和可持续发展等因素,进行观察、分 析和逻辑思考,发现、分析和解决问题—课程思政教育成功的根本标志
教学的精髓是让人带上有光的眼镜（或者打开第三只眼睛）能够看到之前 看不到的，看到别人看不到的。 能够利用学科的眼光进行观察，能够利用学科的思维方式进行分析、综合 和推理，分析和解决具有复杂性、挑战性、创新性的问题。 1.2 学科教学的目标 知行合一：能够利用学科视野、原理和思维方法，综合考虑政治、社会、法 律、道德、安全、健康、文化以及环境和可持续发展等因素，进行观察、分 析和逻辑思考，发现、分析和解决问题⎯⎯课程思政教育成功的根本标志。 1.教学目标的高阶要求
2.化学学科的核心素养 2.1化学的哲学意涵 1808年道尔顿的《化学哲学新体系》 化学哲学新体系·碳Q·成气 ⊕硫 ·。辄给出了较系统的化学原子学说【认识 导兔论】,引入了原子和原子量,建议用简 d期单的符号来代表元素和化合物的组成 ①铅 【方法论】。 1860年康尼査罗( Cannizzaro)的《化学哲学教程提 要》,原子是组成分子的最小粒子【认识论】,而分 子是物质性质的体现者。 关于世界组成的物质性认识
1808 年道尔顿的《化学哲学新体系》， 给出了较系统的化学原子学说【认识 论】，引入了原子和原子量，建议用简 单的符号来代表元素和化合物的组成 【方法论】。 1860 年康尼查罗(Cannizzaro)的《化学哲学教程提 要》，原子是组成分子的最小粒子【认识论】，而分 子是物质性质的体现者。 关于世界组成的物质性认识 2.化学学科的核心素养 2.1 化学的哲学意涵
2.化学学科的核心素养 2.1化学的哲学意涵 1869年3月6日, Mendeleev =9.4 ca=63 As=75 Sos 6b=85 Yt=88 04,h=104 7(Ag= Inel Sn=11 J=1271 8ca133 =187Di=188pce=140 B=178L=180/=182W=184 r15 fg=200=20 Pb=20 Dmitri ivanovich mendeleev周期表 关于世界变化规律的认识
Dmitri Ivanovich Mendeleev周期表. 1869年3月6日, Mendeleev 关于世界变化规律的认识 2.1 化学的哲学意涵 2.化学学科的核心素养
2.化学学科的核心素养 2.2化学的发展路径 经验知识体系 理论知识体系 公理知识体系 元素和化合物的存在、分离元素周期律:物质的性质随原子的核外电子排布的周期性一化 和制备、物理性质、化学性着原子量发生周期性变化,学性质和物理性质的周期性。预测 质。-经验性知识 预测空缺元素一规律性知识性质、指导合成一理论性知识 描述性经验 归纳性规律 演绎性理论 道尔顿一化学学科;门捷列夫一化学科学
经 验 知 识 体 系 元素和化合物的存在、分离 和制备、物理性质、化学性 质。--经验性知识 描述性经验 理 论 知 识 体 系 元素周期律：物质的性质随 着原子量发生周期性变化， 预测空缺元素—规律性知识 归纳性规律 公 理 知 识 体 系 原子的核外电子排布的周期性—化 学性质和物理性质的周期性。预测 性质、指导合成—理论性知识 演绎性理论 道尔顿—化学学科；门捷列夫—化学科学 2.2 化学的发展路径 2.化学学科的核心素养
2.化学学科的核心素养 2.3化学的思维的独特性 机械运动 物理运动 化学运动 生命运动 社会运动 机械论:一切复杂运动都可以简化为机械运动 化学的独立性:量子力学建立后,所有的化学变化都可以通过量子力学进行计算和预测, 化学已失去其独立性,重新成为物理学的分支学科
机 械 运 动 物 理 运 动 化 学 运 动 生 命 运 动 社 会 运 动 机械论：一切复杂运动都可以简化为机械运动； 化学的独立性：量子力学建立后，所有的化学变化都可以通过量子力学进行计算和预测， 化学已失去其独立性，重新成为物理学的分支学科。 2.3 化学的思维的独特性 2.化学学科的核心素养
2.化学学科的核心素养 2.3化学的思维的独特性 W 5.0 Sb 4.5 Ln Ga /eBi 4.0 N(C3 H,)4 I 1.0 0.5PZC0.0 阳离子的特性吸附 W=pp ZC.VS SCE
W C e − = + PZC,vs SCE PZC We 阳离子的特性吸附 2.3 化学的思维的独特性 2.化学学科的核心素养
2.化学学科的核心素养 2.3化学的思维的独特性 物理学原理和方法的应用 化学独到的内容: 热力学(第O、一、二、三定律) (一)分子、原子的反应性质; 统计力学(分子动理论) (二)化学的方法论【学科语言】 量子力学(化学键、分子动态学) (1)元素、化合物的表示和命名(元素符号、 流体力学(传质、动量传递) 分子式、化学式、结构式、手性) (2)化学物质的合成和改性(化合价、氧化数) 原子结构(周期律) (3)组成的表示(摩尔、浓度、(当量) 化学只是物理学的一个研究对象,是 (4)反应过程的表示(反应式、离子反应式 物理学的一个特殊领域或者特殊问题。 (5)化学分析 物理模型+数学方法 描述性事实 理论的演绎 归纳的规律
物理学原理和方法的应用： 热力学（第O、一、二、三定律） 统计力学（分子动理论） 量子力学（化学键、分子动态学） 流体力学（传质、动量传递） 原子结构（周期律） 化学只是物理学的一个研究对象，是 物理学的一个特殊领域或者特殊问题。 物理模型+数学方法 理论的演绎 化学独到的内容： （一）分子、原子的反应性质； （二）化学的方法论【学科语言】： （1）元素、化合物的表示和命名（元素符号、 分子式、化学式、结构式、手性） （2）化学物质的合成和改性（化合价、氧化数） （3）组成的表示（摩尔、浓度、（当量）） （4）反应过程的表示（反应式、离子反应式） （5）化学分析 描述性事实 归纳的规律 2.3 化学的思维的独特性 2.化学学科的核心素养
2.化学学科的核心素养 2.3化学的思维的独特性: bottom-up 化学键 簇合物、包合 元素(原子) 物质(分子) 分子间力 物、聚集体 分子间力 宏观材料/物 质 大学化学( Daxue huarue) January Univ Chen.2017,32(1),9-14 ·教育专题 doi:10.3866 PKU DXHX201609032 www.dxhx.pku.edu.cn 浅议基于学科思维的化学类专业课程体系设计与课程内容编排 张树永 朱亚先 (山东大学化学与化工学院,济南250100:2厦门大学化学化工学院,福建厦门361005) 摘要:对化学学科的世界观和方法论等哲学特征进行了分析,提出按照化学的学科思维模式构建新型化 学课程体系——“学科思维体系”的理念。并对课程的设计、教学内容的安排提出了一些建议。希望能 够对今后化学类专业课程体系设计、教材建设和教学内容改革提供一定的借鉴
元素（原子） 物质（分子） 化学键 分子间力 簇合物、包合 物、聚集体 分子间力 宏观材料/物 质 2.3 化学的思维的独特性：bottom-up 2.化学学科的核心素养