基于核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與反思
——以“功能高分子材料”為例

江蘇省南通中學(xué)（226001） 曹 彬

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等五個(gè)維度［1］?！肮δ芨叻肿硬牧稀笔侨私贪孢x擇性必修3《化學(xué)·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中的內(nèi)容，本節(jié)課對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)很有成效。下面是筆者的一堂省級(jí)示范課的教學(xué)設(shè)計(jì)與反思。

一、教學(xué)目標(biāo)

在新課程背景下，教師不再是教材的忠實(shí)執(zhí)行者，也不再是只知“教書”的匠人，而是最重要的課程資源［2］。筆者通過研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，對比研究幾個(gè)不同版本的教材，確定了這節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)：（1）了解新型高分子材料的優(yōu)異性能及其應(yīng)用；（2）認(rèn)識(shí)高分子材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的聯(lián)系；（3）討論有機(jī)合成在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高生活質(zhì)量方面的貢獻(xiàn)。對于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，主要集中在“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”上。

二、教學(xué)過程

隨著人類文明的不斷發(fā)展和社會(huì)的持續(xù)演進(jìn)，教育的目標(biāo)也悄然升級(jí)，它已經(jīng)從單純的知識(shí)與技能傳授，迭代升級(jí)為培育學(xué)科核心素養(yǎng)。本節(jié)課的教學(xué)，結(jié)合本?！皩W(xué)導(dǎo)式智慧課堂”，以四組精心設(shè)計(jì)的活動(dòng)為主線展開，力求培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（一）小組查閱功能高分子材料內(nèi)容，班級(jí)展示講解

課前，教師布置預(yù)習(xí)作業(yè)：以學(xué)習(xí)小組為單位，通過互聯(lián)網(wǎng)、圖書館等途徑查閱有關(guān)功能高分子材料的內(nèi)容，并制作成PPT，作為小組交流的材料。學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲，每個(gè)小組都查找了許多資料，并制作成精美的PPT。在課堂上，小組代表爭先恐后地上臺(tái)展示，他們展示了高分子分離膜、人工心臟、人造紅血球、發(fā)光高分子、高分子液晶等功能高分子材料。

設(shè)計(jì)意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生查閱資料和小組展示，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，讓學(xué)生多途徑、多渠道地自主獲取知識(shí)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）根據(jù)性能對功能高分子材料進(jìn)行分類

教師結(jié)合各小組的展示，播放功能高分子材料（高分子膜、導(dǎo)電塑料、嬰兒尿不濕、感光樹脂、人工心臟、形狀記憶面料、高分子催化劑、緩釋藥物等）的相關(guān)視頻，請學(xué)生仔細(xì)觀察，并根據(jù)性能對功能高分子材料進(jìn)行分類。例如：

具有醫(yī)療作用的功能高分子材料是________；具有光學(xué)性能的功能高分子材料是________；具有吸水性能的功能高分子材料是________；具有化學(xué)活性的功能高分子材料是________；具有分離功能的功能高分子材料是________；具有電學(xué)性能的功能高分子材料是________。

教師給學(xué)生介紹新型的形狀記憶面料是一種具有良好熱響應(yīng)性能的功能高分子材料，在一定溫度的水中洗滌后可恢復(fù)原狀，并請學(xué)生小組交流討論：用這樣的面料制作的服裝具備哪些優(yōu)點(diǎn)？

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)生活中真實(shí)且充滿正能量的情境引入新課，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會(huì)責(zé)任感，使學(xué)生真切地感受到化學(xué)的魅力與作用，深刻地體驗(yàn)到化學(xué)與人類生活的密切聯(lián)系，感受到化學(xué)就在我們的身邊，從而轉(zhuǎn)變對化學(xué)學(xué)科的認(rèn)識(shí)，從內(nèi)心深處認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)化學(xué)不是單純?yōu)榱丝荚?，而是為了?chuàng)造更美好的生活。

（三）通過三個(gè)案例引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)高分子材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的聯(lián)系

【案例1】日本化學(xué)家白川英樹成功研制聚乙炔類導(dǎo)電聚合物，因而榮獲2000 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。聚乙炔有金屬光澤，顏色較深，摻雜溴、碘等鹵素單質(zhì)后，其導(dǎo)電能力可達(dá)到許多金屬的導(dǎo)電水平。聚乙炔有反式聚乙炔和順式聚乙炔兩種立體異構(gòu)體。聚乙炔是科學(xué)家正在開發(fā)研究的新型功能高分子材料，已成功制成電極、半導(dǎo)體材料和太陽能電池。

除了聚乙炔，圖1 列出的高分子化合物也都具有導(dǎo)電性。

圖1

（1）寫出聚乙炔的結(jié)構(gòu)簡式。

（2）假設(shè)圖1 中的高分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)中都含有雙鍵，請你說出導(dǎo)電高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：借助學(xué)生感興趣的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的話題，讓學(xué)生感受到諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)并不是遙不可及的。通過討論、交流、反思、小結(jié)，學(xué)生也能分析出導(dǎo)電高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過這種活動(dòng)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合推理能力與思維能力，而且可以激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究的信心。

【案例2】《時(shí)代周刊》評(píng)出20世紀(jì)最偉大的100項(xiàng)發(fā)明，其中“尿不濕”榜上有名。“尿不濕”主要由吸水功能強(qiáng)的高聚物與纖維漿狀物混合制成。平常我們在“尿不濕”中看到的顆粒狀物質(zhì)為高吸水性樹脂——聚丙烯酸鈉。聚丙烯酸鈉還可以用作一些室內(nèi)植物的“泥土”，使植物不需要經(jīng)常澆水。

如果只是丙烯酸鈉聚合，則只能形成線型結(jié)構(gòu)高分子。要形成體型結(jié)構(gòu)必須先將丙烯酸鈉和二烯烴共聚形成線型結(jié)構(gòu)分子，然后再用交聯(lián)劑將鏈聯(lián)結(jié)。

探究實(shí)驗(yàn)：聚丙烯酸鈉與棉花的吸水性比較。

①把1.0 g 聚丙烯酸鈉、1.0 g 脫脂棉花分別放入兩個(gè)100 mL的小燒杯中，用量筒分別量取100 mL的水，倒入兩個(gè)燒杯中，觀察現(xiàn)象。②兩分鐘后，把未被吸收的水倒入量筒中，計(jì)算兩者吸收水的體積。③用玻璃棒分別擠壓吸水后的聚丙烯酸鈉和脫脂棉花，會(huì)發(fā)現(xiàn)有什么不同之處？

（1）聚丙烯酸鈉、棉花都具有吸水性，其分子中親水性強(qiáng)的基團(tuán)分別是什么？（寫出基團(tuán)的結(jié)構(gòu)簡式）它們和水分子間的主要作用力是什么？

（2）請你分析將聚丙烯酸鈉加工成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物的意義。

（3）據(jù)此你還可以想到聚丙烯酸鈉的應(yīng)用有哪些？

設(shè)計(jì)意圖：生活是最好的教科書。此案例圍繞學(xué)生熟悉的“尿不濕”創(chuàng)設(shè)情境，注重情境的生活化。先通過文字信息給出“尿不濕”主要由吸水功能強(qiáng)的高聚物與纖維漿狀物混合制成，介紹了吸水原理；再通過實(shí)驗(yàn)探究比較聚丙烯酸鈉與棉花吸水能力的強(qiáng)弱，這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，使學(xué)生興趣盎然，驚嘆聚丙烯酸鈉超強(qiáng)的吸水性能?；瘜W(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從微觀層面認(rèn)識(shí)物質(zhì)，以符號(hào)形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。探究性實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行微觀探析，探究分子中親水性強(qiáng)的基團(tuán)，從而培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)。

【案例3】科學(xué)家通過乙二醇的橋梁作用將阿司匹林連接到某高聚物上，制成了一種可用于關(guān)節(jié)炎和冠心病輔助治療的新型高分子藥物——緩釋長效阿司匹林，其結(jié)構(gòu)式如圖2所示。

圖2

（1）寫出阿司匹林的結(jié)構(gòu)簡式。

（2）科學(xué)家通過乙二醇的橋梁作用將阿司匹林連接到某高聚物上的反應(yīng)類型是什么？寫出合成該高聚物的單體的結(jié)構(gòu)簡式。

（3）1 mol緩釋長效阿司匹林與足量NaOH溶液反應(yīng)，消耗NaOH的物質(zhì)的量是多少？

設(shè)計(jì)意圖：關(guān)鍵能力形成學(xué)科素養(yǎng)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力是關(guān)鍵能力的重要組成之一。案例2、案例3 環(huán)環(huán)相扣，自然緊湊，旨在通過實(shí)驗(yàn)、觀察、討論、交流、總結(jié)、分析、推理等活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”等核心素養(yǎng)。

（四）當(dāng)堂訓(xùn)練，及時(shí)反饋

教師出示練習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生當(dāng)堂訓(xùn)練。

1.下列有關(guān)新型高分子材料應(yīng)用的說法不正確的是（ ）。

A.新材料研究正向智能化、高功能的方向發(fā)展

B.高分子膜具有較強(qiáng)的選擇性透過能力，可用于海水淡化、物質(zhì)制取與回收等方面

C.聚乙烯醇是高吸水性高分子，具有與水生成易揮發(fā)物的特性，所以稱“尿不濕”

D.用醫(yī)用高分子材料制作人造器官，必須考慮其與人體的相容性和機(jī)械性能

2.神舟飛船是中國人的驕傲。為了防止飛船與大氣層摩擦產(chǎn)生高溫而燃燒，應(yīng)該選擇某種特殊材料覆蓋在飛船表面，這種材料應(yīng)該具有的性質(zhì)是（ ）。

A.質(zhì)地柔軟，以利于飛船的變形

B.良好的導(dǎo)電性

C.輕質(zhì)防熱，可承受上千攝氏度的高溫

D.密度較大，以增大飛船的慣性

3.光刻膠是大規(guī)模集成電路、印刷電路板和激光制版技術(shù)中的關(guān)鍵材料。某一肉桂酸型光刻膠的主要成分A經(jīng)光照固化轉(zhuǎn)變?yōu)锽，如圖3所示。

圖3

（1）A經(jīng)光照固化轉(zhuǎn)變?yōu)锽，發(fā)生了__________反應(yīng)（填反應(yīng)類型）。

（2）寫出A 與NaOH 溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________。

（3）寫出B在酸性條件下水解得到的芳香族化合物的分子式_________________。

設(shè)計(jì)意圖：要提高教學(xué)效率和學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性，適量的練習(xí)是必要的。通過當(dāng)堂訓(xùn)練，可以了解學(xué)生的知識(shí)掌握情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，以便施予針對性輔導(dǎo)。從課堂練習(xí)的題量上來說，精心選擇了3 道與“功能高分子材料”密切相關(guān)的練習(xí)題；從題目呈現(xiàn)的形式上看，注重習(xí)題問題情境的真實(shí)性；從答題及批閱的方法上來說，運(yùn)用的是學(xué)校PPclass 互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生有專用的配套答卷和電子筆，電腦系統(tǒng)能快捷地把每一個(gè)學(xué)生的答題情況在大屏幕上呈現(xiàn)出來，便于教師及時(shí)了解學(xué)情，提高教學(xué)效率。

三、教學(xué)反思

（一）充分發(fā)揮課前預(yù)習(xí)的積極作用

精心備課、認(rèn)真上課固然重要，但課前讓學(xué)生先進(jìn)行預(yù)習(xí)，通過互聯(lián)網(wǎng)、圖書館等途徑查找相關(guān)資料，并將相關(guān)內(nèi)容制作成PPT作為小組交流的材料，課上由準(zhǔn)備充分的小組代表上臺(tái)講解、展示，可以很好地提高課堂教學(xué)效率。因此，教師應(yīng)充分發(fā)揮課前預(yù)習(xí)的積極作用。

（二）著力學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

教學(xué)設(shè)計(jì)要指向?qū)W科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在探究性實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生熱情高漲，在觀察到聚丙烯酸鈉神奇的吸水性時(shí)紛紛發(fā)出驚嘆，他們感受到了化學(xué)的魅力，樹立了實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新的意識(shí)。通過創(chuàng)設(shè)多種多樣的功能高分子材料的應(yīng)用情境，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”核心素養(yǎng)。在科學(xué)過程與方法的教育教學(xué)中要滲透創(chuàng)新教育，鼓勵(lì)創(chuàng)新，注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新品質(zhì)［3］。

（三）充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

教學(xué)實(shí)踐證明，只有充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生對知識(shí)的興趣度、對知識(shí)掌握的牢固度才會(huì)高。教師在教學(xué)中只是學(xué)生的同行者、幫助者、激勵(lì)者，應(yīng)把問題的最終解決權(quán)交給學(xué)生。教師要學(xué)會(huì)傾聽，只有在得到傾聽的環(huán)境中，學(xué)生才能成為重要的課程資源，而不是簡單的接受者［4］。

教學(xué)即研究，如果在每次教學(xué)實(shí)踐后教師能靜下心來相互討論、調(diào)查考證、總結(jié)思考，不斷完善改進(jìn)后續(xù)的教學(xué)，那么教師的教學(xué)水平與學(xué)生的學(xué)業(yè)水平定能同步提高。