摘要：在新课改背景下应运而生的《普通高中化学课程标准（2017 版）》明确提出，高中化学课程的核心目标在于培育学生的化学学科核心素养。为了更有效地促进学生化学学科核心素养的发展，新课标在选修课程中增设了“系列 3 发展中的化学学科”，旨在融合化学前沿知识，培养学生的化学学科核心素养。本文对化学前沿知识的价值进行了简要剖析，论述了化学前沿知识教学的运用原则，并以贮氢合金融入教学为例，进行了教学片段的设计。将化学基础知识与化学学科前沿知识有机结合，能够让学生领悟和欣赏化学科学的价值，激发学生的学习热情，推动学生化学学科核心素养的发展。

关键词：化学前沿知识；化学学科核心素养；高中教学

化学前沿知识意指某一化学领域的崭新研究成果、尚在开展的研究课题以及该领域的发展趋向等，其概念具备一定程度的相对性，缘由是科学研究并不存在绝对的前沿知识。化学前沿知识的范畴主要涵盖日常生活中的绿色化学纳米材料以及新型抗癌药物等，与人类生活的衣食住行息息相关[1]。科学研究属于一个长期持续且不断发展的过程，所造就的科研成果统被称为化学前沿知识。伴随现代科学的进步，化学与其他学科相互交融，化学学科研究内容的深度与广度在不同层级上均获得了提升，并广泛应用于人类的生产生活之中。党的十九大明确提出，社会主义教育的根本任务在于立德树人，培育德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。自 20 世纪以来，科技迅猛发展，化学身为其中一门关键基础学科，与材料、能源、环境、生命科学、医学等学科均紧密相连，在社会生活和实践中也拥有广泛运用，故而在课堂教学中应体现出学科自身的时代性、先进性与科学性。于我国教育变革的大环境中应运而生的《普通高中化学课程标准（2017 版2020年修订）》（简称为“新课标”）明确指出，高中化学课程的目标在于培育学生化学学科的核心素养，涵盖“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”这 5 个层面。为更为优良地培育学生的化学学科核心素养，新课标于选修课程里增添了“系列 3 发展中的化学科学”，总共规划了“化学科学研究进展”“身为交叉学科的化学”“化学工程研究进展”3 个主题内容[2]。这三个主题内容将化学前沿发展的状态与趋势展现在了学生眼前，引领学生步入化学前沿领域，探讨社会热点问题，侧重于对化学科学的整体认知，辅助学生感受化学科学研究的实际流程。依照新时代教育指引思想和新课标课程规定，教师于课堂教学中倘若可以将化学基础知识教授与化学学科前沿发展的知识加以融合，能够让学生领略和赞誉化学科学的价值，激发学生化学学习的热忱，更优地发展学生的化学学科核心素养；与此同时，学生也能够从具体的科研过程里体悟化学科学研究的趣味，发展他们综合分析处理问题的能力

1 化学前沿知识的界定

化学前沿知识对不同群体而言具有别样的内涵。科研人员将化学前沿知识视为化学领域中最新研究成果、正在进行的研究课题以及未来的发展趋势；而普通高中教师则认为化学前沿知识是指近年来化学领域的最新成果中与高中化学教学内容相关的知识[3]。因此，时代不同，对象不同，化学前沿知识的定义也有所差异。在当前新教育背景下，对于高中阶段的化学前沿知识，可以定义为解决社会发展问题而创立的新理论、新物质、新工艺、化学在其他领域的应用以及未来的发展方向。

2 化学前沿知识的价值

2.1 激发学习兴趣

前沿化学知识有助于提升学生的学习热情。教师能够借助前沿化学知识来开展课堂导入，挑选与本节课相关的前沿知识作为情境素材，实施启发式教学。在讲解教材内容前设置疑问，利用前沿知识在生活中的利用来引发学生的学习兴趣，最后回到化学前沿知识，结合素材感知本堂课的学习内容；教师也可以设置课后作业，查阅相关资料，分享本堂课有关的化学前沿知识，锤炼学生查阅化学某一领域学术研究文献的能力，培养其对文献内容进行分析归纳与评价的素养。将化学前沿知识融入教学，助力学生洞悉化学前沿发展的态势与趋向，激发学生树立以化学为专业和职业的志趣与理想。

2.2 教材内容的补充

为了满足学生的多样性和发展需求，化学课程标准提出了一系列新的教学方案，以扩大学生的学习视野，引导不同学生学习不同的化学。教材的编写通常会沿用一些年份久远的案例素材，所以在高中教材中，会出现部分教学内容陈旧以及知识老化的情况。因此，教师可以在课前查阅文献，在课堂教学中引入化学前沿知识，以此替换更新教材中陈旧的内容。既更新了陈旧的知识内容，弥补了化学教材更新过慢的不足，在一定程度上使章节过渡变得更加自然，又给学生介绍了更为前沿的化学知识，激发学生探索未知世界的热情。

2.3 发展学生学科核心素养

学科核心素养乃学科育人价值之集中凸显，其既映射了学科教育之目标，亦为培育学生拥有优良道德品质、社会责任感及重要技能之基石。学科核心素养乃是学科育人价值之集中呈现，是学生经由学科学习而渐次形成的正确价值观、必备品格与关键能力。化学前沿知识作为探究素材，帮助学生多角度思考问题，进行知识的迁移，促进学生思维开拓和创新的发展。化学前沿知识探究会用到很多科学探究方法，在教学实践中，可以利用化学前沿知识再次呈现化学知识的探究过程，使学生深刻体会化学知识的形成过程。同时，化学前沿知识是科学家在不断探索中取得的最新成果，其探究过程往往都是艰辛曲折的，充分体现了科学研究中敢想敢做、积极探索的精神，在教学中融入化学前沿知识的探究过程，培养学生的科学态度与社会责任，使学生在思想上不脱离时代的脚步，真正实现化学学科的生命性与时代性的结合[4]。

3 化学前沿知识教学使用原则

化学前沿知识的选取主要遵循教学大纲的要求。另外，所选素材须具备科学性、完整性、启发性、生动性、语言的通俗性[5]。教师在引入化学前沿知识时，需留意以下两个方面：课前应深入研读教学大纲与教材。在课前应充分研读教学大纲和教材，前沿知识内容应与《普通高中化学课程标准（2017）版》紧密相关。分析学情，化学前沿知识的渗透需要注意学生的心理发展特点。根据教学大纲、教材和学情来制定教学设计；在教学中注意发挥化学基本观念的作用，挖掘化学理论前沿与基础化学概念间的联系，使得我们的教学不会只停留于简单的知识讲解，而是更加具有深刻性。

新课标设置了普通高中化学课程由必修、选择性必修和选修三类课程构成。选修课程是学生自主选择修习的课程，设置了三个系列：“实验化学”“化学与社会”“发展中的化学科学”。其中“发展中的化学科学”结合了化学前沿领域和当代社会的热点问题，帮助学生了解我国化学发展的机遇和挑战。化学前沿知识的导入无需学生对化学前沿问题具备系统化的认知，而是要联合化学前沿知识去知悉支撑现代化学进步的最为关键、最为基础的概念及原理的内在要义，能够站在模型的视角领悟这些概念与原理，反刍知识构建的思路与方法，深入强化对化学基本原理和基本观念的理解与认识，推动对科学本质的领会。

本研究以贮氢合金为例来进行化学前沿知识引入。贮氢合金是由易生成稳定的氢化物的金属元素A（主要是ⅠA～ⅤB族金属）与氢的亲和力小的过渡金属元素B组成的。金属元素A易和氢反应，能大量吸氢形成稳定的氢化物，并放出大量的热，反应为放热过程，称为放热型金属。金属元素B与氢的亲和力小，但氢在其中能够很容易地发生移动，氢在这些元素中的溶解度小，通常不形成氢化物，反应为吸热过程，称为吸热型金属。金属元素A决定贮氢量，金属元素B决定吸/放氢的可能性，起着调节生成热与分解压力的作用。

选择贮氢合金当作前沿知识素材的关键缘由：其一，贮氢合金与能源化学相互交叉，引领学生知晓资源能源等范畴和化学具有极强的交叉融合，认清化学身为一门中心学科在推动科技进步中发挥着极为强大的作用；其二，增强对化学的兴趣，推动树立学习与研究化学的志向，为大学学习化学相关专业提供知识技能及能力方面的储备。

4 教学设计

4.1 教学片段一：贮氢合金在新型合金中的引入

【讲解】氢是一种极为优越的新能源，但氢能的使用却存在制取和储存两大难题。目前较多的储氢方式大致可分为物理形式储氢和化学形式储氢，物理形式储氢主要有高压气态储氢、低温液态储氢和多孔材料吸附储氢等，化学形式的储氢手段有金属氢化物储氢、有机化合物储氢、络合氢化物储氢等。贮氢合金作为一类能够海量吸纳氢气，并与氢气缔结成金属氢化物的材料。贮氢合金相较其他物质进行储氢，不单具备储氢量庞大、吸放氢平台高、循环可逆性卓越的特性，更为关键的是，还兼具优良的储氢稳固性与环境亲和的特质，由此成为研究人员关注的焦点。

【讲解】氢气分子与合金表面接触并吸附于合金表面，在合金催化作用下氢的H-H键解离而生成氢原子；氢原子从合金的表面向内部扩散，逐渐进入金属原子与金属的间隙中形成固溶体（α相）；固溶于金属中的氢向内部扩散当浓度达到饱和后，过剩的氢原子将与固溶体反应逐步转变为金属氢化物（β相），同时反应放热。待固溶体全部转变了金属氢化物，吸氢达到饱和。

【讲解】贮氢合金目前可以用于氢气分离、回收和精化材料；制冷或采暖设施材料；镍氢充电电池。

设计意图：高一阶段可谓是学生学习化学的一个全新转折点，化学学习的难度渐次递增。值此之际，高一学生对化学的认知尚显浅薄，主要拘泥于课本中的化学知识以及日常生活里的常识，学习方法较为单一，在化学学习进程中难免会遭遇挫折。不过，高一学生具备强烈的探究欲望和自主能动性，对未知的化学领域展现出了浓郁的好奇心。与此同时，他们在初中阶段已对合金有了初步的认识。贮氢合金作为教材中“新型合金”呈现的化学前沿知识，对于学生而言，既饶有趣味又处于学生理解能力范畴之内的知识，能够有效地激发学生的想象力，点燃他们对化学的热忱[6]。

4.2 教学片段二：贮氢合金在化学反应与能量变化中的引入

【讲解】我们学习了化学反应与能量的变化，随着社会的进步和人类生活水平的提高，能源的消耗越来越多。化石能源是人类利用最多的常规能源，存在两个急需解决的问题：一是储量有限，短期内不可再生；二是煤和石油燃烧产生的环境污染。为了改善人类的生存环境，促进社会的可持续发展，节能和寻找清洁的新能源成为人类的必然选择。那同学们了解哪些清洁的新能源呢？哪些能源具有较好的发展前景呢？

【讲解】氢位于元素周期表首位，原子序数为1，在常温常压下为气态，在超低温高压下可成为液态。在所有已知元素中氢的重量最轻，氢是一种极为优越的新能源。氢能具有以下优点：

（1）氢的来源广，氢是自然界中最普遍的元素，除了空气中含有少量的氢气外，它主要以化合物的形式水而存在。而且氢燃烧后又生成水，所有氢是一种可循环、可再生、不受资源限制的能源。

（2）氢本身无毒，且燃烧后生成水，不会产生一氧化碳和二氧化碳。

（3）氢可以以气态、液态、固态的金属氢化物出现，具有可储存性，且适应各种不同环境的要求。

（4）氢安全性高，氢气的原子量小，一旦发生泄漏或燃烧，可以在空气中迅速上升及扩散。另外，氢气无毒性和放射性，故不存在长期为之的后继危害性。

【讲解】氢能的使用我们在新型合金提到过贮氢合金，贮氢合金是金属材料储氢，对我们使用氢能提供重要作用。

设计意图：氢能是21世纪被广为提及的新能源，具有较好的发展前景。通过对氢能的介绍，了解为什么氢能是具有发展前景的新能源，以及氢能的发展方向。帮助学生拓宽眼界，更好地理解化学的重要性，从而激发他们的热情，加深他们对于化学的理解；依托于贮氢合金的运用，引领学生体悟到材料、资源、能源、生态、军事、国防以及信息技术等范畴与化学皆存在着紧密的交叉融合关系，明晰化学作为一门中心学科在推动科技进步时所发挥的效用。通过对新能源开发中存在问题的分析以及体会问题的解决过程，鼓励学生敢于挑战，积极探索，并有效渗透了“绿色化学”的思想，从而提升他们的学术能力和综合素质。

5、结语

随着国家对核心素养的大力推进，教师应该加强对传统教学方式的改革，将最新发展中化学知识融入中学化学课程中，从而促进中学生的化学学科核心素养的发展。本研究以贮氢合金融入“新型合金”和“化学反应与能量变化”为例，丰富中学生的知识储备和科学见识，激发他们对化学及其相关学科的浓厚兴趣。总之，随着科技的不断发展，教师应该把最新的化学前沿知识融入中学化学课程中，以此来丰富传统的教学内容，激发学生的学习热情，使学生于探索实践与创新的进程之中，更为深刻地领会和把握化学知识，进而增进学生的综合素养。

参考文献：

[1]王敏. 基于核心素养的化学前沿知识教学实践研究[D].聊城大学，2020

[2]中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[3]郑慧雯.浅析在高中教学中融入化学前沿知识的策略[J].高考，2020（13）：125.

[4]任静静，陈明君，周胡来.化学前沿知识促进学生科学素养的形成[J].基础教育论坛，2018（01）：7-8

[5].李申申.化学前沿知识在高中有机化学物质研究教学活动中的应用——以研究有机化合物的步骤和方法为例[J].现代盐化工，2021，48（01）：159-160.

[6]赵文舒. 中学化学教学与化学前沿知识融合的研究[D].海南师范大学，2018.

2022年重庆三峡学院校级高等教育教学改革研究项目：分析化学课程思政的整体设计与实践，项目编号JGZC2221