无机化学中“氧族元素”教学内容的重构

doi:10.3866/PKU.DXHX202209024

摘要/Abstract

摘要：

一流的教学内容要求达到“知识-能力-素质有机融合”。“氧族元素”教学内容应突破长期存在的固化框架，体现出“高阶性、创新性和挑战度”。教学内容的重构应在保证基本面知识结构的前提下，凸显出氧族元素核心内容和前沿发展，凸显“专业与思政同向同行”，充分发挥课程育人功能，从专业、能力、素质全方位促进学生发展。

关键词: 氧族元素, 课程改革, 内容结构重组, 实用性, 课程思政, 学生发展

Abstract:

The first-class teaching content is required to achieve the "organic integration of knowledge, ability and quality". The teaching content of "oxygen group elements" should break through the long-standing curing framework and reflect "high-level, innovative and challenging". The reconstruction of teaching content should, on the premise of ensuring the basic knowledge structure, highlight the core content and frontier development of "oxygen group elements", and give prominence to "the same direction of specialty and ideology and politics" to give full play to the educational function of the curriculum and to promote the development of students from the perspective of specialty, ability and quality.

Key words: Oxygen group element, Curriculum reform, Content restructuring, Practicability, Curriculum ideology and politics, Student development

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链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202209024

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2022/V37/I11/2209024

图/表 9

表1

图1

表2

表3

表4

图2

图3

表5

“氧族元素”课程内容与思政"

模块	教学内容	思政元素	思政目标
氧族元素的单质	氧族元素在自然界中的存在	我国Se和Te矿产资源的分布和含量	民族自豪、爱护资源、可持续发展
	氧族元素的发现和命名	氧族元素的发现和命名过程	世界观与方法论、科学精神
	氧族元素单质的结构、性质、制备和用途	Se和Te等工业制备；氧族单质在生活、化工、军事、航空航天、医疗方面的应用实例	专业认同
	氧族元素单质的结构、性质、制备和用途	臭氧的性质与用途；臭氧层破坏与修复简介	环保意识和责任感、自然辩证法(矛盾的对立统一)
氧族元素的简单化合物	氢化物	液态水的结构的研究	世界观与方法论、创新思维
		过氧化氢的应用；过氧化氢的使用和运输过程存在较大的危险	专业认同、自然辩证法(矛盾的对立统一)
		过氧化氢的绿色合成方法	环保意识和责任感
		过氧化氢的合成发展历史	认识世界的认识论、方法论、正确的价值观、科学思维
		我国科学家对硫化氢在超高压下的超导性贡献	家国情怀、民族自豪感、创新精神
	氧的化合物	氧化物的性质	“结构决定性质”科学思维
	氧的化合物	二氧基盐的发现	探索精神
	硫化物和多硫化物	硫化物的众多应用	专业认同、兴趣与热爱、“性质决定应用”的科学思维
		金属硫化物溶解度大小的一般规律	“结构决定性质”科学思维
		金属离子的分离	科学思维、环保意识
	氧族元素的卤化物	氧族元素的卤化物的结构和性质	探索精神、科学思维、“统一性和多样性”的哲学思想
	氧族元素间化合物	化合物的结构和性质	“统一性和多样性”的哲学思想、“结构决定性质”和“性质决定应用”科学思维
	氧族元素间化合物	酸雨	环保意识和责任感
硫的含氧酸及其盐	硫的含氧酸及其盐	硫的含氧酸及其盐的种类、结构、性质	“统一性和多样性”的哲学思想、“结构决定性质”和“性质决定应用”科学思维
	硫的含氧酸及其盐	硫的含氧酸及其盐的应用	专业认同
	硫的绿色化学	硫的绿色化学	环保意识和责任感
	硫的绿色化学	引入中国科学家的研究	家国情怀、民族自豪感、创新精神
氧族元素的生理作用	生理作用及相关用途	氧、硫、硒、碲的生理作用和用途	专业认同
	生理作用及相关用途	氧、硫、硒、碲对生物的益处和危害	自然辩证法(矛盾的对立统一)
	硒的生理作用	“药补不如食补”的补硒方式	文化自信和文化传承

表5

表6

建议的“氧族元素”教学内容的重构方案"

模块单元	内容及核心点	讲授方式	扩充内容
1. 氧族元素的单质(1课时)	内容：氧族元素的通性；氧族元素的发现和命名；氧族元素单质的结构、性质、制备和应用核心点：氧族元素的相似性与差别；氧族元素单质的结构、制备、性质和用途；氧族元素单质的同素异形体的种类	以提供事实为主；强调氧化态的多样性、电极电势、成键特性、规律性、构-效关系	增加元素钋(Po)和鉝(Lv)的内容；提供了单质同素异形体研究进展，增加了Se和Te工业制备流程
1. 氧族元素的单质(1课时)	历史事件回顾1：臭氧层破坏与修复简介	专题讲座：凸显科学研究和环保意识	大气中臭氧层的发现、平流层臭氧层的破坏、臭氧损耗机理、应对平流层臭氧层破坏的对策
2. 氧族元素的简单化合物(1.5课时)	内容：氢化物；氧的化合物；硫化物和多硫化物；氧族元素的卤化物；氧族元素间化合物；氧族元素的其他化合物核心点：氧族元素的简单化合物的结构、性质、制备和用途以及氧族元素化合物性质的规律性	详讲；强调构效关系；注重理论知识指导元素化学学习；知识的应用	完善和丰富了重要简单化合物的结构、性质与制备；加强新原理、新应用介绍；突出在新型功能材料中的应用
2. 氧族元素的简单化合物(1.5课时)	历史事件回顾2：H₂O₂绿色合成方法的最新研究进展；历史事件回顾3：硫化氢在超高压下的超导性	专题讲座：凸显最新理论，最新研究成果，最新前沿；突出我国科学家的贡献	H₂O₂绿色合成方法及其研究进展；硫化氢在超高压下的超导性理论和实验研究进展
3. 硫的含氧酸及其盐(0.5课时)	内容：次硫酸及其盐；亚硫酸及其盐；焦亚硫酸及其盐；硫代亚硫酸及其盐；硫酸及其盐；焦硫酸及其盐；硫代硫酸及其盐；过硫酸及其盐；连硫酸和连亚硫酸及其盐；硫的含氧酸的衍生物；硫含氧酸的强度与结构的关系核心点：硫的含氧酸及其盐的种类、结构、制备、性质和用途以及它们之间的相互转化关系；硫含氧酸的强度与结构的关系	详讲；强调构效关系；注重理论知识指导元素化学学习；知识的应用	完善和丰富了含氧酸及其盐的制备、结构与性质内容；硫含氧酸的强度与结构的关系
4. 氧族元素的生理作用(1课时)	内容：氧为生命之气；硫是细胞中必不可缺元素；硒是人体必需的微量矿物质营养素；碲是制造杀菌剂的原料；“钋210”可致癌核心点：氧族元素的生理作用及其生理相关用途	重点知识介绍，自学为主	氧、硫、硒、碲、钋的生理作用及其生理相关用途；“钋210”可致癌
4. 氧族元素的生理作用(1课时)	历史事件回顾4：硫的绿色化学——无机硫向有机硫转化	专题讲座：凸显最新理论、最新研究成果、最新前沿；突出我国科学家的贡献；体现绿色化学理念	有机硫化学、绿色硫化学

表6

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元素	种/类^*	分类	文献
O	9/3	氧气、臭氧、固态O₂ (α、β、γ、δ、?、ζ相)和O₄ (四聚氧)	[22]
S	33/3	气态(10种)、气/液/固态环硫分子(14种)和液/固态环硫分子(6种)、液/固聚合硫(3种)	[23]
Se	18/3	液态硒(1种)、固体硒(8种)和晶态硒(7种)、非晶态硒(2种)	[24]
Te	4/1	银白色晶体碲(α、β、γ相)和暗灰色无定形粉末状碲	[25]
Po	2/1	α-Po和β-Po	[25]

同位素	质量	天然丰度/%	同位素	质量	天然丰度/%
¹⁶O	15.994915	99.7587	¹⁸O	17.999160	0.2039
¹⁷O	16.999134	0.0374

同位素	生成反应	半衰期/s	衰变类型	同位素	生成反应	半衰期/s	衰变类型
¹³O	¹⁶O(³He, ⁴He)¹³O	–	–	¹⁹O	¹⁸O(n, γ)¹⁹O	29.4 64(9)	β^?
¹⁴O	¹³O(³He, n)⁴O	73	β⁺	²⁰O	¹⁸O (t, p)²⁰O	14	β^?
¹⁵O	¹⁶O(³He, α)¹⁵O	122	β⁺

元素	同位素
O	¹⁶O (稳定，99.7587)，¹⁷O (稳定，0.0374)，¹⁸O (稳定，0.2039)
S	³²S (稳定，95.02)，³³S (稳定，0.75)，³⁴S (稳定，4.21)，³⁶S (稳定，0.02)
Se	⁷⁴Se (稳定，0.87)，⁷⁶Se (稳定，9.0)，⁷⁷Se (稳定，7.6)，⁷⁸Se (稳定，23.5)，⁸⁰Se (稳定，49.8），⁸⁰Se (稳定，9.2)
Te	最常见的同位素是¹²⁸Te及¹³⁰Te，但它们都有微弱的放射性
Po	放射性²¹⁰Po (半衰期为138天)
Lv	有4种已知质量数290–293的同位素，其中最稳定的是半衰期约为60 μs的²⁹³Lv

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