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評估化學思維的變化(ACCT)是NSF資助的研究實踐夥伴關係,重點是使用形成性評估策略在中學,高中和本科科學教室中培養化學思維。Chemed X已與ACCT合作以傳播程序材料,因為它符合使數字化學教學內容和資源可訪問的使命。我們鼓勵您探索十個會話專業發展係列(包括促進指南,幻燈片和資源),一旦對它們的研究於2022年完成。與此同時,有關形成性評估和核心計劃元素的博客文章可以通過化學X平台免費訪問。有關查詢,請在

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Sevian研究小組過去ACCT隊列參與者根據他們發現的化學思維問題進行了訪問形成性評估。

“有什麼類型的物質?”是分類的問題。分類是預測和解釋周圍物質特性的非常重要的工具。例如,將材料與非金屬分類為金屬,使我們能夠預測其可以很好地進行熱和電力。同樣,將物質識別為離子化合物,使我們可以解釋其水溶液為什麼會導致電力。分類通常是與灰色區域的寬鬆類別,但它們在尋求合成新物質,確定材料的身份或控製化學過程時支持化學思維。

“哪些線索用於區分物質類型?”是差異化的問題,或者是分開的。化學思維的分化是基於這樣的假設:每種化學物質至少具有一種使其獨特的分化特性。良好的區分特性不取決於分析中的物質量,並且具有不同材料的唯一值。例如沸點,水中的溶解度和分子結構。這些區分特性的表征對於設計方法的設計至關重要,以分離物質,識別它們,在我們的周圍環境中檢測或量化其數量。

“物質類型的哪些特性出現?”是屬性起源的問題。預測或解釋物質的特性通常需要分析物質的結構而不是組成方麵,並且涉及關於出現的推理,而不是基於中心原因爭論。解釋物質的行為涉及檢查什麼影響能量穩定性以及一個距離尺度上的行為如何從較小尺度的結構組件之間的動態相互作用中出現。在許多不同的尺度上,建立了這些結構 - 特性關係(從混合物中的多個實體到電子結構)。這個化學思維問題通常對於預測物質的特性是至關重要的,例如哪種油最適合潤滑變速箱或煎炸植物或製作肥皂。

“結構如何影響反應性?”是化學結構與行為之間聯係的問題。物質粒子相互相互作用並轉化為不同化學物種的特定方式取決於它們的原子成分和分子結構。分子中存在的原子類型及其在空間中的相對排列會影響可以參與與其他顆粒的鍵合過程的電子的分布。了解分子結構如何影響電子分布,以及這又如何決定不同的粒子如何相互作用和反應對於設計所需材料的合成和控製化學過程至關重要。

“是什麼驅動化學變化?”是化學過程發生的問題。化學反應發生在不同的範圍內,並且以不同的速度發生。反應物將在多大程度上轉化為產品,取決於其亞鏡成分的相對勢能以及這些組件可以采用的相對構型。過程的速度取決於反應的機理以及限製反應速率的物種的濃度。反應程度和速率都受係統溫度的影響。了解化學變化的驅動因素對於預測,解釋和控製感興趣的過程至關重要,從製作肥皂到減少汙染。

“是什麼決定了化學變化的結果?”是動態行為和概率的問題。當組成不同物質相互作用的顆粒時,它們的相互作用可能會導致各種結構變化(例如,某些原子可能會改變位置或與分子分離)。這些隨機變化中的哪一個更有可能取決於原始粒子和形成的新粒子之間的相對勢能。更穩定的顆粒(勢能較低)更有可能形成,並將確定反應的路徑和結果。了解結構,穩定性和反應機製之間的關係使我們能夠預測,解釋和控製化學過程的產物。

“建立了哪些互動模式?”是一個問題,涉及選擇哪些分類係統和模型與特定目的理解化學過程最相關。化學反應表現出使我們能夠在不同組中對它們進行分類的模式,以促進預測,解釋和控製。多個分類係統和化學模型經常同時根據目的和背景來分析過程。例如,在電化學細胞中使用時,可以將過程視為氧化還原反應,但如果用於合成目的,則可以將過程視為添加反應。可以通過考慮質子轉移或注意電子共享來理解酸堿反應。這個化學思維問題通常是分析用於合成和分析物質和利用化學能的化學過程的核心。

“什麼影響化學變化?”是影響化學過程程度和速率的內部和外部變量的識別問題。反應物轉化為產物的程度以及轉化發生的速率取決於內部因素,例如所涉及的顆粒的組成和結構及其在係統中的濃度,以及諸如溫度,壓力,壓力,壓力,諸如外部因素以及反應發生的環境的性質(例如,溶劑的類型,pH)。確定這些因素及其對反應程度和速率的影響使我們能夠為特定目的設計和控製化學過程。

“如何控製化學變化?”一個問題涉及了解條件的變化如何影響化學過程中涉及的物種的相對穩定性。可以通過選擇具有結構特征的反應物來改變其能量穩定性,改變反應物或捕獲和去除產物的濃度,添加與中間體反應的物質以促進或抑製不同的機械步驟,改變溫度,以激活化學物種,或者激活化學物種,或選擇促進或抑製某些相互作用的溶劑。例如,控製病毒的複製可能涉及在複製中涉及的物質的調整構象以阻止過程中的一個途徑。這個化學思維問題通常是化學過程設計和分析活動的核心,例如改善太陽能電池的運行,電池效率的分析或表征染料降解。

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