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关键词： 强化学习   自控原理   人工智能   职业教育  

摘要： 随着国家战略和市场需求的变化,科技发展必然进入一个新的层级,为更好地适应形势变化需要,应不断提升学科水平,以适应时代的发展。现如今人工智能与各种信息化技术、各产业高度融合,从打造智能制造专业群的总体规划出发,在自动控制原理课程中增加人工智能元素,改进教学内容势在必行,使职业教育更好地服务于产业升级,培养更多优质专业技能人才。

关键词： 四重表征   教材比较   化学反应原理   中美比较  

摘要： 首先,本研究通过梳理国内外文献,发现我国教材研究中尚未出现教科书四重表征的探讨,因此本文将针对这一空白领域开展研究并制定中美教科书《化学反应原理》内容四重表征的研究框架。研究框架分为表征类型、表征之间的相关程度、表征功能和表征内容四个维度,并细化了各维度的评价标准和指标。其次,本研究利用构建的四重表征研究框架对中美两版高中化学教科书进行编码与分析,并在四个维度下比较中美教科书的异同,分析典型案例的差异,寻找中美教科书四重表征的特点。研究表明:（1）中国苏教版教科书的表征类型更为复杂多样,美国版教科书注重与宏观密切关联的表征,中国苏教版则更关注与定量相关的表征,两版教科书在四重表征的体现上都需加强。（2）中美两版教科书表征之间的相关程度近半数都为无关联,充分关联程度较少,且充分关联中双重表征的数量最多,两版教科书都应加强复杂表征之间的关联程度,促进学生的认知发展。（3）中美两版教科书均以体现较低层次的“认识与理解”功能为主,中国苏教版“应用与迁移”功能体现较好。两版教科书中单重、双重和三重表征各体现的具体表征功能大体相同,教科书应加强“假设与预测”和“方案设计”表征功能的体现。（4）中国苏教版教科书三大主题下表征数目分布均匀,美国版表征数目分布不均。中美两版教科书的9个内容呈现了各自的表征特点,中国苏教版教科书强调学以致用,美国版教科书重视贴近实际生活。

关键词： 情境教学   化学核心素养   化学教学设计  

摘要： 自化学学科核心素养颁布以来,化学教育工作者在教学实施过程中都面临着诸多挑战:(1)教师要不断提高自身对化学核心素养的理解能力;(2)教师要提升开展以化学学科核心素养为主的课堂教学能力;(3)教师可以通过情境教学法来提高学生的学科核心素养等。2020年修订版化学课程标准明确提到情境教学可以成为落实学生的学科核心素养有力抓手和支撑。因此,本文以高中《化学反应原理》为例,开展基于高中化学学科核心素养的情境教学研究。本文通过文献查阅了解国内外情境教学与核心素养发展情况,并对相关概念进行界定。其次,分析了人民教育出版社高中化学选择性必修教材中所涉及的相关内容以及情境素材等,以问卷法和访谈法对相应中学的情境教学现状进行了解。接着,针对现状及当前教学存在问题,结合问卷调查与教材分析提出高中化学情境教学创设的模式及原则。然后,从情境教学设计的视角,应用该模式创设2个具体情境教学案例,并进行了课堂教学实践。具体选取《化学反应原理》重点内容《盐类的水解》和《原电池》进行教学设计,教学设计均围绕化学课程标准分析、教材地位剖析、教学目标分析、化学学习内容分析等方面具体展开,通过案例教学阐释如何在实际教学中通过情境教学落实学生核心素养目标。同时,为了检测基于学科核心素养的情境教学实施效果,对所选取的教学内容进行效果后测,以陇南市成县某中学高二年级平行班A班和B班的学生为对象进行效果分析,得出以下结论:(1)基于高中化学学科核心素养的情境教学有助于培养学生严谨的科学态度,提高学生核心素养;(2)基于高中化学学科核心素养的情境教学有助于增强学生学习化学的信心,提升对知识的理解和掌握能力;(3)基于高中化学学科核心素养的情境教学设计可以为素养为主的教学研究提供一定的思路与方法,为化学学科核心素养的落实增添一份力量,同时期望能提高化学教师在日常教学中对情境教学重要性的认识。最后,总结了本次研究的不足之处和展望,希望能为一线教师在教学设计方面提供帮助与参考。

关键词： 物理化学   中学教学   化学反应原理   教学指导  

摘要： 物理化学是化学学科的重要学科分支,主要探索和研究化学的基本原理和基础理论,解释化学反应的基本规律。高中生必修的化学知识有不少属于物理化学范畴,贯穿了高中化学的学习。随着新课程改革的实施,教材的基础内容已经不能完全满足学生的学习需求。因此,根据实际教学情况,结合大学物理化学的知识对教学内容进行调整和拓展成为了有效教学的途径之一。本论文旨在探究大学物理化学知识与高中化学教学内容的联系,并研究物理化学对中学化学教学的指导作用。本文研究的主要内容为:第一,在查阅相关文献的基础上,对比分析2019年人教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》和大学教材《物理化学(第五版)》的知识体系,找出二者的内在联系,探索适用于指导中学教学的物理化学知识,确定以物理化学原理指导中学教学的知识生长点。第二,采用问卷调查法,调查高三学生学习化学反应原理的情况,研究其学习兴趣、学习习惯以及对知识生长点的接受程度。最后,结合物理化学的基本原理和基础理论,针对知识生长点设计教学案例,对高中化学课堂教学中易出现的一些问题做出进一步解释,以期提高学生的思考能力和解决问题的能力,发展学生的化学学科核心素养。研究结果显示,首先,从教材内容的对比分析上看,从中学化学到大学物理化学,教材内容呈现从分散到系统的特征,二者联系密切,存在知识生长点,为物理化学下沉指导中学教学提供了理论依据。其次,调查问卷的结果显示,学生对于《化学反应原理》的学习兴趣有待提高,对知识生长点和学习难点不够熟悉,期望能从本质上理解化学反应原理。最后,结合教材分析和调查问卷结果,从概念和理论的拓展、反应原理的应用、电极电势的引入三个角度,针对速率常数和速率方程和电极电势的引入设计实际教学范例,提出教学建议,为一线教师提供参考。

关键词： 固态电解质   电化学窗口   离子电导率   第一性原理  

摘要： 高温高压下液态电池易燃易爆的问题阻碍了电动汽车的使用和推广。全固态电池由于电解质组成状态的不同，能够从物质本身方面解决液态电池易自燃的安全性问题。理想全固态电池要求固态电解质必须具有高离子电导率(δ＞10-2S/cm)和宽电化学窗口(EW＞5V)。已报道的固态电解质根据组成阴离子的不同可以分为氧化物、硫化物和卤化物三类，然而三种固态电解质均难以满足理想固态电解质需求。因此研究兼具高离子电导率和宽电化学窗口的新型固态电解质是解决电动汽车安全问题和实际商业应用的关键。　　本论文采用第一性原理的方法分别得到了氧化物固态电解质Li3OCl充电过程中的亚稳结构和硫化物固态电解质β-Li3PS4充放电过程中的亚稳结构，并对其电化学窗口形成机制和离子输运机制进行了计算分析。依据得到的固态电解质电化学性能机制以及实验的方法，设计具备高离子电导率和宽电化学窗口的新型固态电解质材料依据上述研究思路得到了如下结果:　　(1)采用准动力学方法得到了Li3OCl反钙钛矿固态电解质的和电化学窗口为5.1V。对其进行掺杂改性时应控制Li+空位范围在0.25以内，防止Li3OCl发生相变。Li3OCl固态电解质在323K温度下的Li+扩散系数为3.02×10-14m/s。由于Li2.75Mg0.125OCl固态电解质中Li+的八面体-四面体-八面体的迁移势垒低于Li2.625Al0.125OCl固态电解质中Li+的八面体-八面体迁移势垒，因此323K温度下Li2.75Mg0.125OCl固态电解质具有更高的Li+扩散系数。相比于三价主族元素(Al，Ga，In)采用二价主族元素Mg和Sr能够改良Li3OCl固态电解质的离子输运能力。　　(2)固态电解质β-Li3PS4电化学窗口为1.81V，其电化学稳定性主要取决于晶体结构中P-S键的强弱。通过对β-Li3PS4结构中P5+位点进行掺杂改性表明:Li10SiP2S12晶体结构中Si-S键强于Li10GeP2S12晶体结构中Ge-S键，所以Li10SiP2S12具有更宽的电化学窗口2.31V。同时Li10SiP2S12固态电解质的Bottlencek大于Li10GeP2S12固态电解质，故而Li10SiP2S12固态电解质具有高于Li10GeP2S12固态电解质的离子电导率2.0×10-2S/cm，是一种兼具宽电化学窗口和高离子电导率的新型硫化物固态电解质材料。　　(3)将Li2S、SiS2、P2S5混合均匀压制成片后，在500℃条件下高温烧结得到了Li10SiP2S12固态电解质。将实验得到的Li10SiP2S12固态电解质压制成片组装成电池，测量得到其离子电导率为0.54×10-2S/cm，与理论计算结果2.0×10-2S/cm基本吻合。Li10SiP2S12的电化学窗口的测量是通过Li/Li10SiP2S12/Au阻塞电池测量得到2.72V，与脱锂-嵌锂方法得到的电化学窗口2.31V吻合。证明通过调控多面体的结构可以实现高离子电导率和宽电化学窗口的固态电解质材料设计。

关键词： 高中生   变化观念与平衡思想   素养表现评价   化学反应原理  

摘要： 普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)倡导基于化学学科核心素养的评价。“化学反应原理”模块对“变化观念与平衡思想”素养发展具有重要价值,本研究聚焦“化学反应原理”模块评价高中生该素养表现及其变化趋势,对丰富化学学科核心素养评价研究具有重要意义。本研究基于课程标准中“变化观念与平衡思想”素养水平,结合学业质量水平及相关文献分析,明确了“化学反应原理”模块的“变化观念与平衡思想”素养表现水平及关键的水平变量;基于此,结合“化学反应原理”模块的内容要求、学业要求及教科书内容,构建了“化学反应原理”模块不同阶段的“变化观念与平衡思想”素养表现评价指标,邀请专家评议,根据评议意见,修正评价指标。基于评价指标,开发了评价工具,经过试测,用Winsteps 3.72.0软件分析评价工具的质量,优化形成了质量良好的“化学反应原理”教学前(第一阶段)、“化学反应的热效应”(第二阶段)、“化学反应速率与化学平衡”(第三阶段)、“水溶液中的离子反应与平衡”(第四阶段)、“化学反应与电能”(第五阶段)五个阶段的评价工具。运用评价工具对470名高二学生进行五次追踪评价,获得2149个有效样本,分析高中生在“化学反应原理”模块“变化观念与平衡思想”素养表现的整体现状、不同阶段的素养表现及其变化趋势。大样本评价结果表明:(1)高中生在“化学反应原理”模块“变化观念与平衡思想”素养表现整体处于水平2;水平分布主要集中在水平2和水平1,占比分别为44.02%和30.90%,其次处于水平3,占比为18.19%,极少处于水平4,占比为2.70%。(2)高中生在“化学反应原理”模块不同阶段“变化观念与平衡思想”素养表现情况:第一、二阶段整体处于水平1,第三、四、五阶段整体处于水平2。(3)高中生在“化学反应原理”模块从第一阶段至第五阶段的学习过程中,“变化观念与平衡思想”素养整体表现有所发展。第一至第二阶段发展不显著,低于水平1的人数百分比稍有减少,水平1和水平2的人数百分比稍有增加,水平3和水平4的人数百分比基本不变。第二至第三阶段、第三至第四阶段发展显著,低于水平1和水平1的人数百分比有所减少,水平2和水平3的人数百分比有所增加,水平4的人数百分比增加极少。第四至第五阶段发展不显著,水平2和水平3的人数百分比有所下降,水平1和水平4的人数百分比有所增加。基于此,对“化学反应原理”模块发展学生“变化观念与平衡思想”素养的教学提供启示与建议:(1)基于“变化观念与平衡思想”素养内涵深挖核心内容的教学价值;(2)基于关键教学节点开展“变化观念与平衡思想”素养表现的及时性评价;(3)基于“变化观念与平衡思想”素养表现水平增加学生向高水平发展的机会;(4)基于“变化观念与平衡思想”素养表现的学生证据突破教学难点。

关键词： 思维可视化   教学干预   热化学  

摘要： 学生在化学问题的解决中通常会经历问题表征、制定策略、实施策略等环节,极易在此过程中出现思维障碍,而思维障碍是传统教学模式难以解决的问题。热化学作为化学原理的第一个学习内容,其学习模式显著区别于元素化合物,对学生的思维能力有更高的要求。因此,本研究从思维可视化视角出发,剖析学生在解决热化学问题过程中的思维障碍点,设计了基于思维可视化的干预教学方案,为提高学生热化学能力水平的教育教学研究提供了一些启示。本次研究主要工作如下:(1)学生热化学能力水平现状调查分析:借鉴学生能力国际评价(PISA)的能力构建图,构建了热化学中的能力维度框架,包括概念辨识维度、符号表征维度和计算推断维度。以此为依据设计了前后两次测验卷,对刚学完热化学新知的学生进行调查,确定学生在热化学中的各项能力水平现状。(2)学生的思维障碍分析:将学生解决热化学问题过程中出现的典型错误梳理归纳,总结出不同学业水平学生思维障碍的成因。(3)基于思维可视化的教学干预方案研究:从学生解决热化学问题过程中出现的思维障碍点视角出发,设计基于思维可视化的教学干预方案,包括问题识别可视化、过程分析可视化、策略生成可视化,并生成对应教学案例。本次研究通过前后两次测验,检验基于思维可视化的教学干预成效。通过实验组与对照组的对比,得出如下结论:(1)学生在初学热化学新知时,在概念辨识维度的表现最好,符号表征维度的表现一般,计算推断维度的表现较差。(2)基于思维可视化的教学干预方案对符合表征维度的提升幅度较小,对概念辨识维度和计算推断维度的提升明显优于传统教学模式。

关键词： 数字化实验   化学反应原理   实践研究  

摘要： 化学是一门以实验为基础的学科,实验对于化学知识的学习具有不可替代性。化学反应原理是高中化学知识的重要组成部分,也是高中化学学习的重点和难点。如何在新课程改革的背景下,使用新型技术手段帮助学生简化实验过程,缩短实验时间,促进知识掌握。基于此,本研究在教育信息化的背景下,以数字化实验为主要实验手段,将数字化实验与化学反应原理性知识相结合。通过设计原理性知识的数字化实验案例,开展数字化实验的化学反应原理性知识教学案例的教学实践,探索数字化实验教学是否促进学生学习化学原理性知识。论文首先分析了新课程标准下化学学科对数字化实验的需求,梳理与分析国内外对数字化实验的研究现状及原理性知识的数字化研究现状。其次在此基础上对建构主义理论、TQVC认知理论、四重表征理论进行分析。通过对化学反应原理模块所涉及的化学实验进行分析,选取“中和热的测定”“影响化学反应速率的因素”“盐类的水解”“沉淀溶解平衡”“原电池”五个专题使用数字化技术进行化学实验,并进行数字化实验案例的教学实践研究。分别对使用传统实验手段和数字化实验手段教学的班级进行教学效果测试。研究发现将数字化技术和化学原理性实验相结合能够激发学生学习兴趣,增强学生的实验探究能力和对图像的分析处理能力,对于学生掌握抽象性的原理性知识有很大帮助,也为化学反应原理教学提供一定的参考。

关键词： 思维可视化教学策略   化学反应原理   教学设计   教学实践  

摘要： 《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出要注重思路的结构化和显性化,强调了要培养具有科学性、思维性和思想性的高素质人才。而思维可视化教学策略正是借助思维可视化技术将思维路径和结果以图示的形式显现,提升学习者的思维品质以及构建思维模型的能力。本文主要采用文献研究法、问卷调查法、访谈法以及实验研究法对思维可视化教学策略在《化学反应原理》中的应用进行研究。在建构主义学习理论、脑科学研究理论和视觉思维理论的指导下,构建了思维可视化教学策略,以高二学生为研究对象,以《化学反应原理》这一模块为例进行教学设计,并进行教学实践。实践结果表明:思维可视化教学策略可以提升教学效能;思维可视化教学策略可以提升学生的学习兴趣,促进知识体系的形成。