基于發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有機(jī)高分子單元教學(xué)設(shè)計(jì)

葉依叢 邵傳強(qiáng)

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);單元教學(xué)設(shè)計(jì);有機(jī)高分子;防病毒口罩濾芯材料

單元教學(xué)設(shè)計(jì)是指形成單元主題并圍繞單元主題對(duì)教學(xué)目標(biāo)、單元教學(xué)過(guò)程進(jìn)行籌劃的過(guò)程性設(shè)計(jì)。它既注重課時(shí)目標(biāo)的分解落實(shí)，更著眼于分階段促進(jìn)學(xué)生學(xué)科知識(shí)體系、學(xué)科核心觀念的系統(tǒng)性建構(gòu)，是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的基本單位。單元教學(xué)設(shè)計(jì)的支點(diǎn)是構(gòu)建契合單元目標(biāo)的教學(xué)主題，開展跨課時(shí)的主題式教學(xué)。主題式教學(xué)以真實(shí)情境為載體，從中挖掘有教育價(jià)值的材料和議題，將學(xué)科知識(shí)的獲得蘊(yùn)藏于主題情境下的問(wèn)題解決中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的自主建構(gòu)以及學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

在抗擊新冠病毒過(guò)程中，化學(xué)技術(shù)是一種不可替代的力量，公民主動(dòng)或被動(dòng)地接受著化學(xué)科普教育，這為教與學(xué)提供了真實(shí)情境，將抗疫這一社會(huì)性議題引入教學(xué)，以基于主題的單元教學(xué)形式將相關(guān)教學(xué)目標(biāo)落到實(shí)處。口罩是重要的抗疫物資，通過(guò)媒體宣傳，學(xué)生對(duì)其材料、性能已經(jīng)有了初步認(rèn)識(shí)。本文結(jié)合化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)與育人價(jià)值，確立以“防病毒口罩濾芯材料的設(shè)計(jì)與發(fā)展”為主題進(jìn)行有機(jī)高分子單元教學(xué)的設(shè)計(jì)。

1教學(xué)價(jià)值分析

該主題承載化學(xué)核心知識(shí)。構(gòu)成防病毒口罩的主要材料為高分子化合物，通過(guò)探索口罩防護(hù)功能的微觀原理，從宏微結(jié)合的視角認(rèn)識(shí)高分子化合物的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)聯(lián);通過(guò)探尋并優(yōu)化口罩濾芯材料的結(jié)構(gòu)，建立單體與聚合物結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，認(rèn)識(shí)聚合反應(yīng)的特點(diǎn)。該主題將高分子化合物的組成、結(jié)構(gòu)、合成與優(yōu)化等知識(shí)包含其中，并通過(guò)一定的邏輯關(guān)系串聯(lián)起來(lái)，為實(shí)現(xiàn)知識(shí)有意義的建構(gòu)提供了極佳場(chǎng)景。

該主題蘊(yùn)含化學(xué)學(xué)科思想方法。根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知程序，教學(xué)圍繞“病毒的宏觀特性-口罩材料所需具備的功能-材料的微觀結(jié)構(gòu)特征”的設(shè)計(jì)思路展開，為學(xué)生形成學(xué)科核心思想方法搭建適切的平臺(tái)。既深化了有機(jī)化學(xué)“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-用途”的認(rèn)識(shí)視角，又滲透了“產(chǎn)品功能-材料性質(zhì)-材料結(jié)構(gòu)-選擇材料”的化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)和理解客觀世界，用化學(xué)知識(shí)和方法解決生活生產(chǎn)中的問(wèn)題。

該主題體現(xiàn)了綠色化學(xué)的價(jià)值觀念。評(píng)估防病毒口罩在生產(chǎn)和使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境和資源的影響，引導(dǎo)學(xué)生從環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的角度對(duì)口罩濾芯材料的改進(jìn)提出創(chuàng)造性建議，并用已有的科研成果進(jìn)行佐證。這有助于學(xué)生將知識(shí)與自然、社會(huì)相關(guān)聯(lián)，樹立“綠色化學(xué)”思想，形成“化學(xué)-技術(shù)-環(huán)境-社會(huì)”和諧共生的價(jià)值觀念。

2教學(xué)目標(biāo)確立

“有機(jī)高分子化合物”的教學(xué)內(nèi)容位于《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》最后一章，此前學(xué)生已學(xué)習(xí)了課程標(biāo)準(zhǔn)要求的有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》將“聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)”和“合成高分子”作為核心概念，并對(duì)其提出內(nèi)容要求：了解聚合物的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn);認(rèn)識(shí)單體和單體單元（鏈節(jié)）及其與聚合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系;了解加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的特點(diǎn);認(rèn)識(shí)合成纖維的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn);了解新型高分子材料的優(yōu)異性能及其在高新技術(shù)領(lǐng)域中的作用。

基于課標(biāo)要求、學(xué)生已有認(rèn)識(shí)水平和高分子材料在抗擊病毒戰(zhàn)役中的重要價(jià)值，結(jié)合主題教學(xué)具體內(nèi)容內(nèi)在的邏輯關(guān)系，關(guān)聯(lián)學(xué)生已有的知識(shí)水平與認(rèn)知能力，確立本單元的教學(xué)目標(biāo)、課時(shí)內(nèi)容及課時(shí)目標(biāo)如表1所示。

3單元設(shè)計(jì)構(gòu)思

圍繞“防病毒口罩濾芯材料的設(shè)計(jì)與發(fā)展”主題，明確與教學(xué)目標(biāo)相關(guān)的核心知識(shí)，將知識(shí)融合在真實(shí)情境中，充分挖掘核心知識(shí)的素養(yǎng)發(fā)展功能，設(shè)計(jì)一系列挑戰(zhàn)性任務(wù)，展開探究活動(dòng)。

通過(guò)課內(nèi)師生共同探討與課外學(xué)生自主探究相結(jié)合，在解決問(wèn)題的過(guò)程中逐步掌握核心知識(shí)，豐富有機(jī)高分子的認(rèn)識(shí)方式，提升解決問(wèn)題的關(guān)鍵能力，樹立綠色化學(xué)的價(jià)值觀念。單元教學(xué)設(shè)計(jì)的整體構(gòu)思如圖1所示。

4課時(shí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

4.1第1課時(shí)——防病毒口罩濾芯材料的特點(diǎn)及合成

教學(xué)環(huán)節(jié)一：基于防護(hù)功能，選擇防病毒口罩濾芯材料

[信息1]播放有關(guān)新型冠狀病毒的宣傳片。顆粒大?。?00nm左右;傳播途徑：以呼吸道飛沫傳播為主。

[信息2]展示三種不同材質(zhì)口罩的相關(guān)信息，如表2所示。

[任務(wù)設(shè)計(jì)]結(jié)合病毒顆粒大小和傳播方式，從防護(hù)的角度選擇最適合阻擋新型冠狀病毒的濾芯材質(zhì)，并進(jìn)行說(shuō)明論證。

[學(xué)生活動(dòng)]討論并交流，從病毒顆粒直徑大小、病毒傳播途徑、佩戴者舒適感等多角度選擇合適的濾芯材料。

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)]通過(guò)對(duì)濾芯材料的選擇和說(shuō)明論證，診斷并發(fā)展學(xué)生將物質(zhì)性質(zhì)與用途關(guān)聯(lián)的能力水平（單一角度、多角度）以及信息篩選、證據(jù)推理與論證的能力。

設(shè)計(jì)意圖：以“防病毒口罩濾芯材料的選擇”為任務(wù)，將病毒的顆粒大小、傳播方式與濾芯材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一一關(guān)聯(lián)，滲透化工產(chǎn)品生產(chǎn)中“產(chǎn)品功能一材料性質(zhì)一材料結(jié)構(gòu)一材料選擇”的設(shè)計(jì)思路。提供三種常見口罩供學(xué)生選擇：一是提供給學(xué)生解讀信息，進(jìn)行論證和表達(dá)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)搜集與推理能力;二是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)并不是所有口罩都能夠防病毒，指導(dǎo)其在生活中能基于需求、根據(jù)原理做出正確的選擇。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：基于實(shí)物的材質(zhì)，認(rèn)識(shí)聚丙烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

[信息]提供聚丙烯材質(zhì)口罩實(shí)物、口罩濾芯材料顯微照片（見圖2）、聚丙烯的球棍模型照片（見圖3）。

[任務(wù)設(shè)計(jì)]根據(jù)信息，歸納概括聚丙烯分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，初步認(rèn)識(shí)高分子化合物。

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)]評(píng)價(jià)并發(fā)展學(xué)生宏微結(jié)合、概括關(guān)聯(lián)的能力。

[任務(wù)設(shè)計(jì)]結(jié)合實(shí)物了解防病毒口罩每一層的防護(hù)作用以及與之對(duì)應(yīng)的高分子材料的結(jié)構(gòu)特征和物理、化學(xué)性質(zhì)。

[學(xué)生活動(dòng)]見圖4。

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)]通過(guò)對(duì)口罩每一層材料的用途、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，診斷并發(fā)展學(xué)生認(rèn)識(shí)有機(jī)高分子化合物的水平（基于經(jīng)驗(yàn)水平、結(jié)構(gòu)水平）。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)“探秘口罩”，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)每一層防病毒口罩材料的用途、制作原理以及與聚丙烯相關(guān)的性質(zhì)，緊緊圍繞“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的認(rèn)識(shí)思路，突出對(duì)有機(jī)物結(jié)構(gòu)特征的分析。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：基于分子結(jié)構(gòu)，歸納加聚反應(yīng)的特征

[任務(wù)設(shè)計(jì)]對(duì)比丙烯和聚丙烯分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從官能團(tuán)和化學(xué)鍵角度分析推測(cè)合成聚丙烯的過(guò)程，概括加聚反應(yīng)的特點(diǎn)。

[學(xué)生活動(dòng)]見圖5。

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)]診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)有機(jī)分子向高分子化合物轉(zhuǎn)化的認(rèn)識(shí)進(jìn)階（物質(zhì)類別角度、官能團(tuán)角度、化學(xué)鍵角度）。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生由宏觀的物質(zhì)角度到中觀的官能團(tuán)角度再到微觀的化學(xué)鍵角度認(rèn)識(shí)加聚反應(yīng)，促進(jìn)認(rèn)識(shí)水平的進(jìn)階。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：基于綠色化學(xué)，認(rèn)識(shí)聚丙烯的來(lái)源與去向

[信息1]以新聞的形式展示中石化官方微博內(nèi)容：“我有熔噴布，誰(shuí)有口罩機(jī)”。

[信息2]以圖片的形式展示白色污染對(duì)環(huán)境造成的影響。

[任務(wù)設(shè)計(jì)]設(shè)計(jì)從石油到聚丙烯的合成路線，通過(guò)聚丙烯的合成和降解過(guò)程，評(píng)價(jià)其對(duì)資源和環(huán)境的影響。

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)]從思考、討論和評(píng)價(jià)的過(guò)程中診斷并發(fā)展學(xué)生是否具備主動(dòng)關(guān)心與環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)等有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題的意識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)計(jì)“從石油原料到化工產(chǎn)品聚丙烯”的合成過(guò)程，形成“有機(jī)高分子合成路線”的基本設(shè)計(jì)思路，并在選擇與使用材料時(shí)，樹立與環(huán)境和諧共處、合理利用自然資源的觀念。

[課外作業(yè)]制作一份與“防病毒口罩”相關(guān)的宣傳海報(bào)，向人們宣傳疫情期間佩戴口罩的必要性、口罩選擇的依據(jù)以及如何科學(xué)處理使用過(guò)的口罩。

4.2第2課時(shí)——防病毒口罩濾芯材料的改進(jìn)與發(fā)展

教學(xué)環(huán)節(jié)五：基于可降解性，改進(jìn)防病毒口罩的濾芯材料

[任務(wù)設(shè)計(jì)]結(jié)合有機(jī)化學(xué)知識(shí)，優(yōu)化高分子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)防病毒口罩濾芯材料可降解的目標(biāo)。

[學(xué)生活動(dòng)]見圖6。

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)]從改進(jìn)口罩濾芯材料的任務(wù)人手，診斷并發(fā)展學(xué)生能從有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和轉(zhuǎn)化等多個(gè)角度分析解決問(wèn)題，并發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：以酯化反應(yīng)為新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，倡導(dǎo)學(xué)生通過(guò)合作、討論等方式，利用分析、推理等思維活動(dòng)，完成“設(shè)計(jì)可降解口罩濾芯材料”的任務(wù)。在體驗(yàn)中獲得新知，在解決問(wèn)題中增強(qiáng)主動(dòng)性和創(chuàng)新性。

教學(xué)環(huán)節(jié)六：基于科研成果，分析可降解防病毒口罩濾芯材料

[信息1]呈現(xiàn)科研論文《防霧霾納米濾芯及其口罩的開發(fā)與生產(chǎn)》（節(jié)選）——聚丁二酸丁二酯為濾芯材料。

[任務(wù)設(shè)計(jì)1]閱讀文獻(xiàn)，尋找證據(jù)說(shuō)明論證聚丁二酸丁二酯作為防病毒口罩濾芯材料的優(yōu)點(diǎn)。

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)1]從學(xué)生認(rèn)識(shí)有機(jī)物的角度和對(duì)結(jié)構(gòu)一性質(zhì)一用途之問(wèn)的關(guān)聯(lián)性論證，診斷并發(fā)展學(xué)生信息篩選能力以及認(rèn)識(shí)物質(zhì)的水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）。

[任務(wù)設(shè)計(jì)2]以石油為原料，設(shè)計(jì)合成聚丁二酸丁[學(xué)生活動(dòng)]見圖7。

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)2]通過(guò)合成路線設(shè)計(jì)活動(dòng)，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)有機(jī)物轉(zhuǎn)化的認(rèn)識(shí)水平（基于物質(zhì)、反應(yīng)、官能團(tuán)）。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)合成方案的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、優(yōu)化及文獻(xiàn)佐證，提高學(xué)生的自我效能感。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步體悟宏觀和微觀相結(jié)合解決實(shí)際問(wèn)題的視角。

教學(xué)環(huán)節(jié)七：基于綠色化學(xué)，展望防病毒口罩濾芯材料的發(fā)展前景

[信息1]“玉米塑料”在自然環(huán)境中的循環(huán)示意圖，如圖8所示。

[任務(wù)設(shè)計(jì)]寫出乳酸合成聚乳酸的化學(xué)方程式，根據(jù)循環(huán)圖和已有知識(shí)，論證聚乳酸作為未來(lái)口罩濾芯材料所具備的優(yōu)勢(shì)。

[學(xué)生活動(dòng)]交流討論，發(fā)表觀點(diǎn)。師生共同歸納總結(jié)，得出聚乳酸材料的優(yōu)勢(shì)：（1）聚乳酸結(jié)構(gòu)決定了其適合制作成細(xì)長(zhǎng)的纖維，能形成孔徑較小的濾芯材料;（2）聚乳酸吸水性差;（3）聚乳酸來(lái)源于非石油資源，可再生;（4）聚乳酸可以生物降解，降解物可循環(huán)利用，廢棄物對(duì)環(huán)境沖擊小;（5）……

[評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)]通過(guò)對(duì)該議題的討論，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平（學(xué)科價(jià)值視角、社會(huì)價(jià)值視角、學(xué)科和社會(huì)價(jià)值視角）。

設(shè)計(jì)意圖：以聚乳酸為話題，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、來(lái)源和去向等多角度分析其作為未來(lái)口罩濾芯材料所具備的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同化工應(yīng)用中的綠色化學(xué)思想，主動(dòng)關(guān)心與環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)等有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，形成與環(huán)境和諧共處、合理利用資源的觀念。

教學(xué)環(huán)節(jié)八：基于核心素養(yǎng)，建構(gòu)思維模型

[任務(wù)設(shè)計(jì)]梳理防病毒口罩濾芯材料的設(shè)計(jì)與發(fā)展路徑，建構(gòu)有機(jī)高分子認(rèn)知模型，如圖9所示;凝練化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，如圖10所示。

設(shè)計(jì)意圖：將核心知識(shí)和認(rèn)識(shí)思路結(jié)構(gòu)化，凝練研究有機(jī)物的關(guān)鍵角度和思路，發(fā)展學(xué)生認(rèn)識(shí)有機(jī)物的關(guān)鍵能力——滿足個(gè)人發(fā)展需求。將知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步整合，挖掘該知識(shí)結(jié)構(gòu)框架中蘊(yùn)含的物質(zhì)轉(zhuǎn)化的意義與價(jià)值，關(guān)注物質(zhì)轉(zhuǎn)化對(duì)環(huán)境和資源的影響，有助于學(xué)生形成利用化學(xué)知識(shí)改造世界所秉持的價(jià)值觀念和必備品格——滿足社會(huì)發(fā)展需求。

[課外作業(yè)]查閱資料，選擇一種能進(jìn)行空氣過(guò)濾的高分子材料，從結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化等角度分析和論證其優(yōu)勢(shì)，制作成ppt，與同學(xué)分享。

5教學(xué)實(shí)踐反思

該主題的單元教學(xué)體現(xiàn)了真情境、真體驗(yàn)、真探究、真分享。首先，疫情背景下，選擇“口罩”這一重要的抗疫物資為情境貫穿教學(xué)始終，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)充滿了期待。其次，在課堂教學(xué)中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的感官系統(tǒng)，初識(shí)口罩濾芯材料階段，學(xué)生剪開口罩，通過(guò)看、摸、聞、撕等活動(dòng)，體驗(yàn)口罩三層材料的區(qū)別（孔徑大小、纖維粗細(xì)等）。其三，以“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-用途”的核心思路引導(dǎo)學(xué)生有序地認(rèn)識(shí)和改進(jìn)材料：如從環(huán)保角度要求口罩材料須可降解，引導(dǎo)學(xué)生從官能團(tuán)角度思考“需要引入何種官能團(tuán)以及如何引入該官能團(tuán)”等問(wèn)題，學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)創(chuàng)造性地提出用聚酯代替聚丙烯作為口罩濾芯材料，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)識(shí)水平的跨越。最后，在實(shí)踐分享階段，大多數(shù)學(xué)生都能從“外觀直覺、微觀結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、材料來(lái)源、廢棄處理”等角度介紹新型口罩濾芯材料，較好地達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)科方法建構(gòu)和學(xué)科價(jià)值引領(lǐng)。通過(guò)反思該教學(xué)實(shí)踐以及修改完善整個(gè)過(guò)程，闡述幾點(diǎn)教學(xué)策略。

（1）創(chuàng)造體驗(yàn)機(jī)會(huì)，鏈接生活與科學(xué)。課堂教學(xué)中應(yīng)給予學(xué)生體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，眼、耳、鼻、觸等多感官刺激將有效驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考宏觀現(xiàn)象背后的微觀原理，鏈接生活世界與科學(xué)世界，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生用“化學(xué)眼光”洞察生活的能力。

（2）落實(shí)實(shí)踐活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變。倡導(dǎo)開展課外實(shí)踐活動(dòng)，如“查找新型口罩濾芯材料”并進(jìn)行交流展示。教師通過(guò)學(xué)生的表現(xiàn)，評(píng)估其是否構(gòu)建起認(rèn)識(shí)高分子材料的視角和思路，并從素養(yǎng)發(fā)展的角度進(jìn)行指導(dǎo);學(xué)生在分享交流過(guò)程中，拓展了視野，搭建了基礎(chǔ)知識(shí)與科技前沿之間的橋梁。將學(xué)習(xí)從課內(nèi)延伸到課外，拓展了學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，促進(jìn)了學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。

（3）堅(jiān)持STSE理念，滲透社會(huì)責(zé)任感培育。教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要敏銳地捕捉蘊(yùn)含化學(xué)學(xué)科知識(shí)、與生活相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題，將科學(xué)知識(shí)和技術(shù)合理還原到真實(shí)情境中組織教學(xué);在教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中，以STSE理念統(tǒng)攝并推進(jìn)課堂，引導(dǎo)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中樹立人與社會(huì)、自然和諧共處的價(jià)值理念。