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关键词： 项目式学习   化学反应原理   项目设计与实施  

摘要： 项目式学习是以建构主义理论为指导,以分组合作的方式进行项目规划和解决项目任务的一种学习方式。选择本研究的目的和意义是探索项目式学习在高中化学教学中的可行性和有效性,给一线化学教师开展项目式学习提供了思路和借鉴。借鉴相关文献自编了高中生化学项目式学习基础的调查问卷,对某校303名高二学生进行了调查。问卷统计发现:学生的诉求与项目式学习的特点和优势非常契合,大部分学生倾向于尝试项目式学习,因此项目式学习这种学习模式在高中化学课堂中实施具有良好的基础。基于问卷调查结果和项目式学习理论,提出了高中化学项目式学习的设计原则与操作要素。总结了设计与实施项目式学习课例的流程:首先,根据教学内容进行项目拆解,提出驱动问题;其次,设计项目活动和项目作品,根据项目需要准备学习支架;再者,设计成果评价、过程性评价和测试卷等评价量表;最后,对学生在项目活动中知识获得和能力发展进行评价。筛选出高中化学选修4《化学反应原理》中可供选择的项目式学习课题,选取了“重历百年制碱路”和“甲醇生态圈”进行项目设计,选取不存在显著性差异的两个班级,一个作为实验班实施项目式学习的教学,另一个作为对照班实施常规教学。对两个实施案例的评价数据分析发现:项目式学习能够确保教学任务有效完成,有助于学生对知识的理解与建构,能提升学生的语言表达、合作交流、科学探究以及问题解决能力。将项目式学习应用于高中化学课堂教学中具有可行性和有效性,学生能够认可项目式学习。根据实施经验,分析在中学开展项目式学习的局限性提出相应的若干建议。实践条件的限制,文中涉及的案例较少,还需要在以后的教学实践中继续开发项目案例,为项目式学习的发展添砖加瓦。

关键词： 新旧教材   对比研究   化学反应原理   核心素养  

摘要： 随着教育在大国崛起中的作用愈发重要,要想使教育与时俱进、推动国家进步,必然需要根据时代发展不断更新教学方法和教育模式。2014年9月3日,国务院正式发布有关考试招生制度改革的实施意见,教育部和各级教育部门随后出台了一系列与高考改革实施相关的政策方案,新一轮的高考改革开始逐步在我国各省市推行。随后,《普通高中化学课程标准(2017年版)》(以下简称“新课标”)应运而生。新课标的颁布标志着以化学学科核心素养为导向的基础化学教育改革新时代的正式开启。截至目前,部分省市已经实行新高考“3+1+2”模式,2020年5月人民教育出版社发行了新的高中教材。在继新高考、新课标、核心素养以后,终于出现了对应的新教材。它解决了奋战在课程改革一线的教师的燃眉之急。而新高考要求的“以培养学生核心素养为宗旨”必然会在新教材当中有所体现。本研究主要运用文献研究法、比较研究法,针对人教版高中化学选修四《化学反应原理》的新旧教材进行对比研究。通过对我国课程改革现状的深入了解,明确当下中学教育所面临的机遇和挑战,明确课程改革的重要性。对比国内外对高中化学教材的研究,明确研究的目的和意义,从而确定本次研究的具体过程和研究方向。首先,对比2017版和2021版《课程标准》中《化学反应原理》部分的要求,能直观的从课标要求上明晰新旧教材中的内容异同及内容呈现的特点。其次从宏观的角度比照新旧教材的内容,主要包含内容排版、内容选择、变化后新教材呈现的特点等。再者,从核心素养的微观角度出发,结合课程标准,对比教材中的栏目设置。为了保证研究的科学性和完整性,笔者采用教师访谈法、问卷调查法,切实深入了解正在使用新教材的师生们的感受,明确新教材在使用中面临的问题,并在实践中设计解决方案。最后,从内容、结构和核心素养方面对比总结新旧教材的差异,提出使用建议。研究结果表明,新教材的优势在于与新课标契合度更高,教学内容的侧重点更清晰、逻辑性更强,有力的分散了重难点,同时提高了对学生认知水平的要求。在内容上强调了教材作为学习资源的重要性,在表格和栏目的设计上更加精美合理,数据更符合当下的时代,事例更贴近生活。在学习栏目设计上,新教材的探究活动更重视发挥学生的主观能动性,实验要求更明确,史料内容选材更广泛,全方位融合发展高中学生的核心素养。根据研究结果,笔者提出以下新教材的使用建议:1.教师在备课时教师要紧跟时事、充分了解新教材中涉及的近几年关于化学的新科技、新名词、新成果。2.教师在设置教学目标时要从提升学生的核心素养作为出发点,开展基于真实问题情景的教学。3.教师应重视学生科学思维与方法的构建,注重实验探究教学的开展,充分发挥实验和探究的育人功能。4.教师应指导学生正确认识新一轮课程改革、新高考,尽快找到适合自身学习新教材的学习方法。

关键词： 锂离子电池   等效电路模型   电化学   SOC估计   扩展卡尔曼滤波   多时间尺度  

摘要： 荷电状态(State Of Charge,SOC)估计是电池管理系统(Battery Management System,BMS)状态估计中的关键问题,电池的SOC表征当前电池剩余容量,良好的SOC估计能够确保电池在安全极限内运行。基于模型的SOC估计方法因其参数易于识别、鲁棒性强等特点得到了广泛地应用。等效电路模型(Equivalent Circuit Model,ECM)的低复杂度和高精度,使其有利于在线SOC估计。根据前人的研究,传统ECM在低SOC区域精度会下降。针对低SOC区域精度降低的问题,前人根据电化学原理对ECM进行了一些改进,但仍存在一定的不足:(1)在使用电化学原理对ECM进行修正时,电化学过程描述不够准确;(2)电化学原理修正使用的电化学参数不易获得等。针对ECM在低SOC区域精度下降的问题,本文开展了以下研究:(1)基于电化学原理的等效电路模型(ESP-ECM)的建模。电化学模型(Electrochemical Models,EM)和ECM相比拥有更高的精度,但计算量大,前人从电化学的角度对ECM进行了解释,使用电化学原理对ECM进行了修正,得到了更高的精度。本文从扩展单粒子(Extended Single Particle,ESP)模型原始方程入手,提出了ESP-ECM。首先,从欧姆极化、固相电解质界面膜、浓差极化、反应极化、开路电压和固相扩散对ESP模型进行了介绍。然后,对欧姆极化,固相电解质界面膜,反应极化进行了参数集总,对固相扩散过程使用三参数近似进行化简,液相扩散过程的正负极集流体处的液相扩散偏移量分别使用一个一阶过程近似,并对这两个过程和开路电压的参数进行了集总。最后,进一步对固相扩散、浓差极化和反应极化进行了化简。在固相扩散中将正负极粒子表面锂离子浓度和平均锂离子浓度的差异近似为一个一阶过程。在液相扩散中,忽略正负极的液相扩散偏移量之间的差异,将液相扩散偏移量近似为一个一阶过程。将反应极化过电势由反应极化系数和负极反应极化过电势来表示,完成了整个ESP-ECM的建模。(2)基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)的SOC估计。由于卡尔曼滤波器(Kalman Filter,KF)具有高精度和自校正特性,使用ESP-ECM结合EKF进行SOC估计。首先,使用非线性最小二乘法(Non-linear Least Squares,NLS)对ESP-ECM的参数进行了辨识,ESP-ECM的模型参数可直接在混合功率脉冲特性(Hybrid Pulse Power Characteristic,HPPC)工况下辨识,不需要额外的电化学测试。根据辨识结果发现ESP-ECM中代表固相扩散部分损失的电压很小,趋近于0,因此进一步对模型进行改进,忽略了ESP-ECM中代表固相扩散的部分,并重新进行了参数辨识。然后,在新标欧洲循环测试(New European Driving Cycle,NEDC)工况和1C恒流放电工况下对模型进行了验证,结果表明,ESP-ECM和Thevenin模型相比,在低SOC区域,ESP-ECM的精度有明显提升,在整个放电周期,ESP-ECM也有更高的精度。最后,使用ESP-ECM结合EKF进行了SOC估计,分别在动态工况和静态工况进行了估计结果验证。结果表明,ESP-ECM结合EKF的SOC估计结果和Thevenin模型结合EKF相比,ESP-ECM的SOC估计精度优于Thevenin模型,在低SOC区域也的估计精度也有明显的提升。(3)基于多时间尺度双扩展卡尔曼滤波(Double Extended Kalman Filter,DEKF)的SOC估计。针对ESP-ECM参数时变的问题,使用多时间尺度DEKF实现了参数和状态的联合估计。首先,针对ESP-ECM分别设计了多时间尺度DEKF的参数估计器和状态估计器。由于ESP-ECM中参数为慢时变量,参数估计器与状态估计器使用不同采样时间能提高算法运行速度,多时间尺度就是使参数估计器的采样时间大于状态估计器。然后分别在动态工况和静态工况对SOC估计结果进行了验证,验证结果表明,和EKF相比,多时间尺度DEKF拥有更好的SOC估计精度,算法运行时间略有增加,和DEKF相比,多时间尺度DEKF运行时间有明显减少,SOC估计精度略有下降,体现了多时间尺度DEKF在精度和运行时间的优势。

关键词： 核心素养   模型认知   化学模型   选择性必修   教学设计  

摘要： 新世纪的经济全球化的高速发展背景下,对人才综合要求不断提高。伴随着“人才培养要求是什么、又如何培养人才”等问题被诸多国家相继提出,“核心素养”也在教育领域被诸多学者所研究,并逐步建立。在贯彻新课改精神的背景下,教育目标也随之变化。2016年我国提出《中国学生发展核心素养》,其中核心素养结构框架的发布,明确说明不仅要根据不同学年阶段学生及课程的特点来制定,又需要兼有一定可操作性。而化学作为一门面向生活、应用生产的基础学科,更是同时肩负起培养人才核心素养的责任。于2018年初,我国教育部发布了《普通高中化学课程标准(2017年版)》,其中作为化学学科五大核心素养之一的“证据推理与模型认知”更是高中化学学习重要思维核心,这也成为近年来高中化学教育教学研究的新视点。新课标中“核心素养”本质目的即为教师提升教学理念,丰富教学手段,切实有效地将素养落地于课堂教学:也为更有针对地、更为合理地培养学生核心素养的提供导向标。笔者参考已有研究,方法上主要选取运用文献分析法、问卷调查法、教育实验法。通过收集及梳理分析相关研究得知:众多国内外学者在关于新时代下化学教学的研究中,以化学模型与化学模型教学来培养学生“证据推理与模型认知”这一重要素养的教学方式已在多数国家备受推崇。基于新的教学,教学组织者通过一定设计让原本枯燥且琐碎的化学教学内容有了更进一步的清晰逻辑,也降低了学习者学习高中化学特别是较为复杂的选择性必修模块学习难度,显著提升化学教与学的质量。但是从目前可以参考的相关文献来看,关于“模型认知”教学研究,尤其是教学设计案例的开发明显不足。故本研究以核心素养中“模型认知”为切入点,基于化学模型教学的相关理论,试图找到促进培养“模型认知”的教学的新教学设计思路。在研读教材及新课标后,对教师与学生展开相关问卷调查,得出目前关于选择性必修模块相关基于化学模型的教学现状。最后内容上选定选择性必修“化学反应原理”模块,后续浅尝开发相关此模块内容教学案例设计并加以教育实验,结束后通过编制相关试题对实验班学生进行知识测验、结合所得数据及运用相关软件来评价教学结果。最终结果表明,在选择性必修《化学反应原理》模块基于“模型认知”素养进行培养模型认知能力的教学切实有效,教学中的化学相关模型可优化学习者化学思维,注重细化推理、降低了原本复杂难懂的《化学反应原理》模块学习难度,帮助学生掌握化学知识的同时能提高学生的学习兴趣及学习效果,进而促进了学生“模型认知”化学核心素养的提升。这也为一线教学工作者以及教师提供相关参考,具有一定的创新性。

关键词： 项目式教学   化学学科核心素养   沉淀溶解平衡原理   应用  

摘要： 随着国内素质教育理念的持续推进，高中化学教学越来越关注学生核心素养的培育，这对广大一线教师来说是一个新挑战，也是教育改革的机遇。在这种背景下，不少新型教学方法应运而生，项目式教学即为其中之一，是落实核心素养的有效方法。以“沉淀溶解平衡原理的应用”教学为例，探讨如何在项目式教学中落实化学学科核心素养。

关键词： 转型发展   应用化学   化工原理   教学改革  

摘要： 集宁师范学院被列为内蒙古自治区教育部第一批转型发展试点院校。应用化学专业被作为化学与化工学院转型发展的主要专业,化工原理课程是应用化学专业的专业必修课程,该课程对应用化学专业学生们的未来和事业发展有着巨大的帮助,受到教育部门的重点关注。为了解转型发展试点院校应用化学专业化工原理课程的教学情况,文章以集宁师范学院为例,通过问卷调查、实地调研和个别访谈等形式,调研了该学院应用化学专业化工原理课程教学中存在的问题,针对存在问题提出了教学改革策略,并对实施教学改革的效果进行了评价,教学改革效果显著。

关键词： 习近平新时代中国特色社会主义思想   教学路径   化学学科核心素养   项目式学习  

摘要： 以习近平新时代中国特色社会主义思想铸魂育人为宗旨,在高中化学课堂中将立德树人与专业知识有机融合,使化学课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应。笔者针对当前高中化学教学中存在的德育现状,以《化学反应原理》教学为例,从教师的思想政治素养、课程思政案例、教学方法等方面,探究习近平新时代中国特色社会主义思想融入高中化学教学的路径。