聚焦核心素養(yǎng)的高中化學(xué)“四線”聯(lián)動課堂研究

何笑凡

摘 要：真實情境、學(xué)生活動、化學(xué)知識是化學(xué)課堂重要部分，通過它們之間的不斷聯(lián)動可以推動課堂，實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實。在“點線面”視角下引導(dǎo)學(xué)生認識高分子材料微觀結(jié)構(gòu)與材料性能之間的聯(lián)系，開展情境線、活動線、知識線、素養(yǎng)線“四線”聯(lián)動的化學(xué)課堂，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，增強社會責(zé)任感。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；“四線”聯(lián)動；點線面；有機高分子材料；綠色化學(xué)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，普通高中的培養(yǎng)目標(biāo)是進一步提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有理想信念和社會責(zé)任感，具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力，具有自主發(fā)展能力和溝通合作能力[1]。高中化學(xué)“四線”聯(lián)動課堂的“四線”指的是情境線、知識線、活動線和素養(yǎng)線。素養(yǎng)線是“核”，其他三線作為“三翼”圍繞素養(yǎng)線相互聯(lián)系，共同推動學(xué)生素養(yǎng)線的不斷延伸。情境中不斷出現(xiàn)的問題，激發(fā)學(xué)生思考并設(shè)計探究活動方案，學(xué)生在教師引導(dǎo)下進行相關(guān)化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，逐漸形成化學(xué)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵能力和必備品格，落實化學(xué)核心素養(yǎng)。利用活動線的探究和知識線的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待問題和正確尋找解決問題的方法。

一、“四線”聯(lián)動教學(xué)的意義

高中化學(xué)課堂中，情境推動的明線和知識的暗線是教師的常規(guī)設(shè)計，與言語傳授的教學(xué)方式相比，情境學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生在一種真實而自然的情境中，潛移默化地習(xí)得大量的內(nèi)隱知識，又在現(xiàn)實環(huán)境中自然而然地運用這些顯性知識和內(nèi)隱知識[2]。但課堂應(yīng)是學(xué)生為主體的課堂，學(xué)生活動是課堂的重要組成部分，對情境問題的解決和化學(xué)知識的學(xué)習(xí)有著推動作用。學(xué)生在活動中圍繞情境問題進行化學(xué)知識的學(xué)習(xí)與建構(gòu)，在知識建構(gòu)過程中實現(xiàn)核心素養(yǎng)的提升。而活動中出現(xiàn)的新情境問題反過來再次激發(fā)學(xué)生的熱情，開展新的探究活動和學(xué)習(xí)知識。這樣，核心素養(yǎng)線的落實變成一種自然持續(xù)、自主延伸的過程。

二、教學(xué)目標(biāo)和思路的確立

（一）教學(xué)目標(biāo)

以必修《化學(xué)》第二冊第七章第二單元“乙烯與有機高分子材料”內(nèi)容為例。從知識層面而言，學(xué)生已認識乙烯的性質(zhì)，學(xué)習(xí)了加成反應(yīng)；對生活中一些常見的有機高分子材料有接觸；對“白色污染”也有一定的認知。從能力層面來看，知道微觀結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，已有從微觀角度去認知宏觀事物性質(zhì)的意識[3]?；诖?，本節(jié)課要求學(xué)生認識常見有機高分子材料，理解加聚反應(yīng)，能從有關(guān)材料、環(huán)境等方面進行必要的探討和分析，預(yù)設(shè)如下教學(xué)目標(biāo)：

1.通過認識常見有機高分子材料，了解其在生活方面應(yīng)用。辯證地看待“白色污染”問題產(chǎn)生的原因，落實科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的素養(yǎng)。

2.通過球棍模型拼搭活動，學(xué)會利用微觀模型去解釋性能特點的思維方法。建立結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用之間的聯(lián)系，培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認知、宏觀辨識和微觀探析的素養(yǎng)。

3.探索減少“白色污染”的途徑，提升應(yīng)用知識和解決問題的能力，體現(xiàn)科學(xué)探究和創(chuàng)新意識的素養(yǎng)。

（二）設(shè)計思路

在真實情境下設(shè)計活動，解決實際生活中的問題，有利于夯實學(xué)生的基本知識，發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[4]。“四線聯(lián)動”教學(xué)設(shè)計思路如下：

情境線索：“限塑令”限制吸管使用—分析汽車輪胎橡膠性能要求—如何增加橡膠強度—回扣頒布“限塑令”的原因—進行白色污染問題解決辦法的探討

活動線索：調(diào)查吸管使用體驗—拼搭線型分子（PE、PP）模型—天然橡膠球游戲—“交聯(lián)”設(shè)計拼搭—PET瓶受熱實驗—閱讀回收PET瓶制大衣新聞—使用可降解PLA吸管

知識線索：了解常見高分子樹脂—單體、鏈節(jié)、聚合度概念，聚合反應(yīng)方程式—線型分子交聯(lián)增強—熱塑性—有機高分子的降解

素養(yǎng)線索：證據(jù)推理和模型認知—宏觀辨識和微觀探析—科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任—科學(xué)探究和創(chuàng)新意識

以“點線面”的幾何視角，采用跨學(xué)科聯(lián)系從微觀結(jié)構(gòu)變化去體會宏觀性能改變，把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，創(chuàng)新設(shè)計如下：“點”對應(yīng)單體，“線”對應(yīng)線型高分子，“面”對應(yīng)體型高分子；由“點”（單體）聚合成“線”（線型高分子），由“線”交聯(lián)成“面”（體型高分子）。另一方面，“面”可變“線”，“線”也可變“點”，線型高分子因熱塑性可回收成新產(chǎn)品，線型高分子降解成單體小分子，可實現(xiàn)環(huán)境友好。

（三）課堂實錄

教學(xué)環(huán)節(jié)一 生活情境，引入思考問題

在課前活動環(huán)節(jié)，教師安排學(xué)生分組調(diào)查奶茶店使用的一次性吸管種類，隨機采訪消費者對于吸管使用的體驗，查閱生產(chǎn)吸管材料的相關(guān)信息。

在調(diào)查后，教師要創(chuàng)設(shè)情境設(shè)置疑問：學(xué)生匯報調(diào)查情況，總結(jié)“限塑令”實行后消費者對紙吸管使用體驗。顧客普遍抱怨紙吸管用著很快就變軟了，還有較難戳破奶茶的包裝的問題。傳統(tǒng)的一次性吸管的材質(zhì)是什么成分？國家為什么要出臺“限塑令”呢？

這期間教師要適度地引導(dǎo)學(xué)生了解常見的一次性吸管材料是聚乙烯或聚丙烯，屬于一種塑料，是有機高分子材料的一種。

【知識問題1】上節(jié)課我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了乙烯的性質(zhì)，那么乙烯到聚乙烯的變化如何實現(xiàn)？

【學(xué)生活動1】四名同學(xué)一組，利用先前組裝好的一些乙烯分子球棍模型，結(jié)合 “聚”的釋義（本意指“會集”），進行分組討論，提出聚乙烯可能的形成方式。請各小組展示本小組的聚乙烯球棍模型片段，說明組裝的方式，并把相同思路小組的模型片段繼續(xù)連接。

【生1】碳原子最外層有四個電子，與其他碳原子以共價鍵連接。

【生2】乙烯分子中碳原子之間呈雙鍵，聚乙烯是把一些乙烯分子按一定規(guī)律“聚”在一起，很可能是雙鍵發(fā)生斷裂，兩分子乙烯之間成鍵連接。

【教師小結(jié)】高分子材料由小分子聚合而成。

設(shè)計意圖：本節(jié)課以學(xué)生常見的吸管種類引入，引導(dǎo)學(xué)生對發(fā)布“限塑令”原因的思考，以已知乙烯結(jié)構(gòu)特點及中文“聚”的含義，借助球棍模型拼搭，激發(fā)學(xué)生自主認知加聚反應(yīng)，從而培養(yǎng)學(xué)生主動思考習(xí)慣。

教學(xué)環(huán)節(jié)二 從“點”到“線”，鏈狀聚合

在教學(xué)環(huán)節(jié)二開始，教師要引導(dǎo)學(xué)生了解一個知識點：乙烯分子斷開雙鍵中一根鍵，乙烯小分子通過共價鍵連接成較長鏈分子，最終會變成分子量很大的高分子，這樣的反應(yīng)叫作聚合反應(yīng)，乙烯變成了聚乙烯。從反應(yīng)的機理上看，這種連接方式也是加成反應(yīng)的一種形式，即加聚反應(yīng)。

【知識活動1】單體、鏈節(jié)、聚合度、聚合物的概念，加聚方程式的書寫。

【學(xué)生活動2】既然乙烯形成聚乙烯是小分子的“點”到“線”的過程，那么丙烯也可以是這種“點”。請分組搭建聚丙烯的球棍模型，并寫出合成聚丙烯的方程式。兩名同學(xué)負責(zé)搭建聚丙烯模型，兩名同學(xué)書寫生成聚丙烯的方程式，各自完成后對比。

【學(xué)生活動3】閱讀資料，根據(jù)生活使用需求，將人工合成有機高分子材料與常見用途連線。

【教師小結(jié)】數(shù)學(xué)中我們知道點能連成線，我們把單體小分子看作是“點”，如果替換單體的“點”，就能得到更多種類的“線”，而每一種“線”就是一種新的聚合物。

設(shè)計意圖：數(shù)學(xué)幾何中有“點線面”的概念，通過學(xué)生拼搭活動，直觀理解小分子單體如何形成聚合物，學(xué)會書寫加聚反應(yīng)方程式，活動作載體，情境作延伸，知識作學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認知的核心素養(yǎng)。

教學(xué)環(huán)節(jié)三 引導(dǎo)探究，由“線”到“面”

在這個環(huán)節(jié)我們要做一個情境延續(xù)：有機高分子材料中的天然橡膠也是一種線型分子，廣泛用作輪胎原料，展示天然橡膠球。

【學(xué)生活動4】學(xué)生用天然橡膠球游戲，并思考天然橡膠是否能夠滿足輪胎的性能要求？

【生3】輪胎要有一定的強度，需要能夠支持一噸多的載重量，還需要有很好的耐磨性能。

【生4】除了有一定強度外，還需要一定的彈性，乘客的體驗會好些。

【生5】天然橡膠是一種線型結(jié)構(gòu)，這個天然橡膠球彈性的確不錯，但強度似乎還不夠。

【知識資料1】①線型分子結(jié)構(gòu)有一定彈性，但強度和韌性差。②網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)具有更好的強度、韌性、彈性和化學(xué)穩(wěn)定性。

【知識問題2】如何對天然橡膠進行改良？因為天然橡膠沒有足夠的強度，不能直接用來制造輪胎。網(wǎng)狀分子能很好地提高輪胎的強度等性能。

【知識問題3】線型到網(wǎng)狀分子如何轉(zhuǎn)化？觀察天然橡膠片段，從結(jié)構(gòu)上看有什么可能？

【知識資料2】熱固性高分子是指先形成預(yù)聚物，成型時經(jīng)加熱使其中潛在的官能團繼續(xù)反應(yīng)成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而固化，再加熱時不能熔融塑化，也不溶于溶劑，高強度、耐熱性好，如硫化橡膠等。

【學(xué)生活動5】觀察拼搭好球棍模型結(jié)構(gòu)，嘗試將進行網(wǎng)狀連接。

【教師小結(jié)】結(jié)構(gòu)變化：點—線型—三維結(jié)構(gòu)；物質(zhì)變化：異戊二烯單體—聚異戊二烯—硫化橡膠（交聯(lián)后的聚異戊二烯）

設(shè)計意圖：通過天然橡膠球的實物感受和輪胎性能需求之間產(chǎn)生認知沖突，結(jié)合已知高分子結(jié)構(gòu)性能知識，引導(dǎo)學(xué)生對線型微觀結(jié)構(gòu)觀察，找到改良強度的可能方式，再次通過球棍模型拼搭，直觀感受結(jié)構(gòu)改變帶來的性能變化，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識和微觀探析的素養(yǎng)。

教學(xué)環(huán)節(jié)四 “線”型再生，循環(huán)利用

【情境回扣】展示垃圾圍城的圖片，我們生活已經(jīng)離不開高分子材料，但同時面對“白色污染”，我們該怎么辦？

【學(xué)生活動6】PET（聚對苯二甲酸乙二酯）塑料的受熱實驗。取兩個PET材質(zhì)大小一樣的塑料瓶，一個注滿冷水，另一個注入熱水。稍等片刻后，比較兩個瓶子形狀變化。

【知識資料3】PET是線型熱塑性高分子。受熱會變軟，在一定溫度范圍內(nèi)熔融流動，能反復(fù)加熱熔化，冷卻后成型。PET塑料瓶制造的時候一般通過吹塑工藝“拉”出而存在殘余應(yīng)力，受熱變軟后應(yīng)力釋放，分子鏈段重新蜷縮，宏觀表現(xiàn)就是瓶子縮小。

【學(xué)生活動7】閱讀“PET瓶搖身變大衣”的新聞：我們身邊礦泉水瓶大多是PET材質(zhì)，如果把PET原料被按色分類，切成碎片，然后熔化，是進行紡織品的制造是一個循環(huán)利用的途徑。一個16升容積的瓶的原料可以做成一件毛衣，在商場里的售價是原料的100倍以上。

【教師小結(jié)】介紹有機高分子材料之一—纖維

教學(xué)環(huán)節(jié)五? 破“線”成“點”，環(huán)境友好

【情境回扣】奶茶店使用另一種聚乳酸（PLA）吸管，為什么它不在限塑令內(nèi)？

【知識資料4】聚合物的分子骨架結(jié)構(gòu)斷裂成小的鏈段，繼續(xù)變成小分子物質(zhì)，就實現(xiàn)降解。

【知識問題4】請比較聚乳酸和聚乙烯斷裂部位共價鍵差異。

【生6】聚乳酸通過一定條件下酯鍵的斷裂，變成水和二氧化碳，從而實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)。傳統(tǒng)塑料如聚乙烯分子中是碳原子與碳原子連接形式是碳碳單鍵。

【教師小結(jié)】可以用水解或一些微生物對聚乳酸進行降解，變成小分子，進行生態(tài)循環(huán)。而聚乙烯的碳碳單鍵穩(wěn)定性較高，不易被破壞，在泥土里也找不到能將其降解的微生物或酶。

【課堂總結(jié)】從“點線面”的角度再看有機高分子材料特點

【課后拓展】查相關(guān)資料，思考PLA材質(zhì)如何進行物質(zhì)循環(huán)，實現(xiàn)環(huán)境友好。

設(shè)計意圖：以上兩個環(huán)節(jié)設(shè)計是“白色污染”的解決可能途徑，途徑一通過PET瓶受熱變化的學(xué)生實驗及礦泉水瓶變大衣的新聞，讓學(xué)生了解線型的有機高分子材料是可以回收利用的?；顒泳€實驗支撐知識線延伸，情境線可循環(huán)回收地拓展，增強了學(xué)生愛護環(huán)境，綠色環(huán)保的社會責(zé)任。途徑二是通過情境線另一種PLA吸管的結(jié)構(gòu)分析，破“線”成“點”，進行物質(zhì)循環(huán)，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)新意識。

（四）教學(xué)反思

1.依托生活情境線，推動課堂發(fā)展

在本節(jié)授課前，讓學(xué)生對一次性吸管使用情況進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)“限塑令”和塑料吸管的優(yōu)良性能之間的情境沖突，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，了解有機高分子材料的優(yōu)良性能和應(yīng)用，再從輪胎材料性能要求到PET塑料的回收利用及“白色污染”解決方向，一連串真實情境問題循序漸進，讓學(xué)習(xí)目標(biāo)具體化，始終引導(dǎo)學(xué)生探知活動，體會到學(xué)習(xí)化學(xué)知識的意義。

2.設(shè)計階梯知識線，豐富教學(xué)內(nèi)容

學(xué)生在本課前已經(jīng)學(xué)習(xí)了乙烯及加成反應(yīng)，結(jié)合“聚”的釋義，使學(xué)生自主理解聚合反應(yīng)。有機高分子材料雖種類繁多，但理解聚合反應(yīng)就能觸類旁通。通過“點”到“線”的聚合反應(yīng)和 “線”到“面”的交聯(lián)過程，從化學(xué)微觀層面，數(shù)學(xué)幾何角度，將單體、鏈段、長鏈分子等知識串聯(lián)，又把塑料、橡膠、纖維知識自然地融入課堂活動中。由PET塑料的受熱變形的實驗過渡到纖維材料的介紹，傳遞“線”型分子可循環(huán)利用的環(huán)保意識。

3.活動線直析結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生理解

課堂采用球棍模型進行高分子片段的搭建，橡膠長鏈的交聯(lián)，高分子材料鏈的拆解等學(xué)生活動。不僅讓學(xué)生理解透聚合反應(yīng)過程，寫出聚合反應(yīng)方程式，還滲透了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)是化學(xué)學(xué)科的重要思想，培養(yǎng)宏觀辨識和微觀探析的化學(xué)核心素養(yǎng)。結(jié)合“點線面”的幾何概念類比，直觀表達高分子產(chǎn)品的生產(chǎn)和降解循環(huán)，很好地滲透科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。

4.落實核心素養(yǎng)，增強社會責(zé)任感

通過搭建的微觀模型，印證宏觀性質(zhì)結(jié)論，是培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識和微觀探析的核心素養(yǎng)重要手段；查閱相關(guān)信息，并能運用模型預(yù)測和解釋材料性能，落實學(xué)生證據(jù)推理和模型認知的核心素養(yǎng)；學(xué)習(xí)化學(xué)知識嘗試解決“白色污染”問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。

結(jié)束語

“四線”聯(lián)動方式不僅在課堂發(fā)揮重要作用，課前準(zhǔn)備和課后拓展也是課堂的延伸，引導(dǎo)學(xué)生建立情境、知識、活動的自主聯(lián)動，進行認知方法再應(yīng)用和知識的拓展，不斷提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

參考文獻

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