基于发展学生学科核心素养的有机高分子单元教学设计

叶依丛 邵传强

关键词：学科核心素养;单元教学设计;有机高分子;防病毒口罩滤芯材料

单元教学设计是指形成单元主题并围绕单元主题对教学目标、单元教学过程进行筹划的过程性设计。它既注重课时目标的分解落实，更着眼于分阶段促进学生学科知识体系、学科核心观念的系统性建构，是落实学科核心素养的基本单位。单元教学设计的支点是构建契合单元目标的教学主题，开展跨课时的主题式教学。主题式教学以真实情境为载体，从中挖掘有教育价值的材料和议题，将学科知识的获得蕴藏于主题情境下的问题解决中，实现知识网络的自主建构以及学科核心素养的发展。

在抗击新冠病毒过程中，化学技术是一种不可替代的力量，公民主动或被动地接受着化学科普教育，这为教与学提供了真实情境，将抗疫这一社会性议题引入教学，以基于主题的单元教学形式将相关教学目标落到实处。口罩是重要的抗疫物资，通过媒体宣传，学生对其材料、性能已经有了初步认识。本文结合化学学科特点与育人价值，确立以“防病毒口罩滤芯材料的设计与发展”为主题进行有机高分子单元教学的设计。

1教学价值分析

该主题承载化学核心知识。构成防病毒口罩的主要材料为高分子化合物，通过探索口罩防护功能的微观原理，从宏微结合的视角认识高分子化合物的组成、结构与性质的关联;通过探寻并优化口罩滤芯材料的结构，建立单体与聚合物结构之间的关系，认识聚合反应的特点。该主题将高分子化合物的组成、结构、合成与优化等知识包含其中，并通过一定的逻辑关系串联起来，为实现知识有意义的建构提供了极佳场景。

该主题蕴含化学学科思想方法。根据学生的认知程序，教学围绕“病毒的宏观特性-口罩材料所需具备的功能-材料的微观结构特征”的设计思路展开，为学生形成学科核心思想方法搭建适切的平台。既深化了有机化学“结构-性质-用途”的认识视角，又渗透了“产品功能-材料性质-材料结构-选择材料”的化工产品设计思路。引导学生学会用化学的视角认识和理解客观世界，用化学知识和方法解决生活生产中的问题。

该主题体现了绿色化学的价值观念。评估防病毒口罩在生产和使用过程中对环境和资源的影响，引导学生从环境保护和可持续发展的角度对口罩滤芯材料的改進提出创造性建议，并用已有的科研成果进行佐证。这有助于学生将知识与自然、社会相关联，树立“绿色化学”思想，形成“化学-技术-环境-社会”和谐共生的价值观念。

2教学目标确立

“有机高分子化合物”的教学内容位于《有机化学基础》最后一章，此前学生已学习了课程标准要求的有机化学基础知识。2017年版《普通高中化学课程标准》将“聚合物的结构特点”和“合成高分子”作为核心概念，并对其提出内容要求：了解聚合物的组成与结构特点;认识单体和单体单元（链节）及其与聚合物结构的关系;了解加聚反应和缩聚反应的特点;认识合成纤维的组成和结构特点;了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域中的作用。

基于课标要求、学生已有认识水平和高分子材料在抗击病毒战役中的重要价值，结合主题教学具体内容内在的逻辑关系，关联学生已有的知识水平与认知能力，确立本单元的教学目标、课时内容及课时目标如表1所示。

3单元设计构思

围绕“防病毒口罩滤芯材料的设计与发展”主题，明确与教学目标相关的核心知识，将知识融合在真实情境中，充分挖掘核心知识的素养发展功能，设计一系列挑战性任务，展开探究活动。

通过课内师生共同探讨与课外学生自主探究相结合，在解决问题的过程中逐步掌握核心知识，丰富有机高分子的认识方式，提升解决问题的关键能力，树立绿色化学的价值观念。单元教学设计的整体构思如图1所示。

4课时活动设计

4.1第1课时——防病毒口罩滤芯材料的特点及合成

教学环节一：基于防护功能，选择防病毒口罩滤芯材料

[信息1]播放有关新型冠状病毒的宣传片。颗粒大小：100nm左右;传播途径：以呼吸道飞沫传播为主。

[信息2]展示三种不同材质口罩的相关信息，如表2所示。

[任务设计]结合病毒颗粒大小和传播方式，从防护的角度选择最适合阻挡新型冠状病毒的滤芯材质，并进行说明论证。

[学生活动]讨论并交流，从病毒颗粒直径大小、病毒传播途径、佩戴者舒适感等多角度选择合适的滤芯材料。

[评价设计]通过对滤芯材料的选择和说明论证，诊断并发展学生将物质性质与用途关联的能力水平（单一角度、多角度）以及信息筛选、证据推理与论证的能力。

设计意图：以“防病毒口罩滤芯材料的选择”为任务，将病毒的颗粒大小、传播方式与滤芯材料的化学组成、结构和性质一一关联，渗透化工产品生产中“产品功能一材料性质一材料结构一材料选择”的设计思路。提供三种常见口罩供学生选择：一是提供给学生解读信息，进行论证和表达的机会，培养学生证据搜集与推理能力;二是引导学生认识并不是所有口罩都能够防病毒，指导其在生活中能基于需求、根据原理做出正确的选择。

教学环节二：基于实物的材质，认识聚丙烯的结构与性质

[信息]提供聚丙烯材质口罩实物、口罩滤芯材料显微照片（见图2）、聚丙烯的球棍模型照片（见图3）。

[任务设计]根据信息，归纳概括聚丙烯分子的结构特点，初步认识高分子化合物。

[评价设计]评价并发展学生宏微结合、概括关联的能力。

[任务设计]结合实物了解防病毒口罩每一层的防护作用以及与之对应的高分子材料的结构特征和物理、化学性质。

[学生活动]见图4。

[评价设计]通过对口罩每一层材料的用途、结构、性质的关联，诊断并发展学生认识有机高分子化合物的水平（基于经验水平、结构水平）。

设计意图：通过“探秘口罩”，引导学生认识每一层防病毒口罩材料的用途、制作原理以及与聚丙烯相关的性质，紧紧围绕“结构决定性质，性质决定用途”的认识思路，突出对有机物结构特征的分析。

教学环节三：基于分子结构，归纳加聚反應的特征

[任务设计]对比丙烯和聚丙烯分子的结构特点，从官能团和化学键角度分析推测合成聚丙烯的过程，概括加聚反应的特点。

[学生活动]见图5。

[评价设计]诊断并发展学生对有机分子向高分子化合物转化的认识进阶（物质类别角度、官能团角度、化学键角度）。

设计意图：引导学生由宏观的物质角度到中观的官能团角度再到微观的化学键角度认识加聚反应，促进认识水平的进阶。

教学环节四：基于绿色化学，认识聚丙烯的来源与去向

[信息1]以新闻的形式展示中石化官方微博内容：“我有熔喷布，谁有口罩机”。

[信息2]以图片的形式展示白色污染对环境造成的影响。

[任务设计]设计从石油到聚丙烯的合成路线，通过聚丙烯的合成和降解过程，评价其对资源和环境的影响。

[评价设计]从思考、讨论和评价的过程中诊断并发展学生是否具备主动关心与环境保护、资源开发等有关的社会热点问题的意识。

设计意图：通过设计“从石油原料到化工产品聚丙烯”的合成过程，形成“有机高分子合成路线”的基本设计思路，并在选择与使用材料时，树立与环境和谐共处、合理利用自然资源的观念。

[课外作业]制作一份与“防病毒口罩”相关的宣传海报，向人们宣传疫情期间佩戴口罩的必要性、口罩选择的依据以及如何科学处理使用过的口罩。

4.2第2课时——防病毒口罩滤芯材料的改进与发展

教学环节五：基于可降解性，改进防病毒口罩的滤芯材料

[任务设计]结合有机化学知识，优化高分子结构，实现防病毒口罩滤芯材料可降解的目标。

[学生活动]见图6。

[评价设计]从改进口罩滤芯材料的任务人手，诊断并发展学生能从有机化合物的组成、结构、性质和转化等多个角度分析解决问题，并发展学生的创新意识。

设计意图：以酯化反应为新知识的生长点，倡导学生通过合作、讨论等方式，利用分析、推理等思维活动，完成“设计可降解口罩滤芯材料”的任务。在体验中获得新知，在解决问题中增强主动性和创新性。

教学环节六：基于科研成果，分析可降解防病毒口罩滤芯材料

[信息1]呈现科研论文《防雾霾纳米滤芯及其口罩的开发与生产》（节选）——聚丁二酸丁二酯为滤芯材料。

[任务设计1]阅读文献，寻找证据说明论证聚丁二酸丁二酯作为防病毒口罩滤芯材料的优点。

[评价设计1]从学生认识有机物的角度和对结构一性质一用途之问的关联性论证，诊断并发展学生信息筛选能力以及认识物质的水平（孤立水平、系统水平）。

[任务设计2]以石油为原料，设计合成聚丁二酸丁[学生活动]见图7。

[评价设计2]通过合成路线设计活动，诊断并发展学生对有机物转化的认识水平（基于物质、反应、官能团）。

设计意图：通过合成方案的设计、评价、优化及文献佐证，提高学生的自我效能感。引导学生进一步体悟宏观和微观相结合解决实际问题的视角。

教学环节七：基于绿色化学，展望防病毒口罩滤芯材料的发展前景

[信息1]“玉米塑料”在自然环境中的循环示意图，如图8所示。

[任务设计]写出乳酸合成聚乳酸的化学方程式，根据循环图和已有知识，论证聚乳酸作为未来口罩滤芯材料所具备的优势。

[学生活动]交流讨论，发表观点。师生共同归纳总结，得出聚乳酸材料的优势：（1）聚乳酸结构决定了其适合制作成细长的纤维，能形成孔径较小的滤芯材料;（2）聚乳酸吸水性差;（3）聚乳酸来源于非石油资源，可再生;（4）聚乳酸可以生物降解，降解物可循环利用，废弃物对环境冲击小;（5）……

[评价设计]通过对该议题的讨论，诊断并发展学生对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。

设计意图：以聚乳酸为话题，引导学生从结构特点、来源和去向等多角度分析其作为未来口罩滤芯材料所具备的优势，引导学生认同化工应用中的绿色化学思想，主动关心与环境保护、资源开发等有关的社会热点问题，形成与环境和谐共处、合理利用资源的观念。

教学环节八：基于核心素养，建构思维模型

[任务设计]梳理防病毒口罩滤芯材料的设计与发展路径，建构有机高分子认知模型，如图9所示;凝练化工产品设计模型，如图10所示。

设计意图：将核心知识和认识思路结构化，凝练研究有机物的关键角度和思路，发展学生认识有机物的关键能力——满足个人发展需求。将知识结构进一步整合，挖掘该知识结构框架中蕴含的物质转化的意义与价值，关注物质转化对环境和资源的影响，有助于学生形成利用化学知识改造世界所秉持的价值观念和必备品格——满足社会发展需求。

[课外作业]查阅资料，选择一种能进行空气过滤的高分子材料，从结构、性质、转化等角度分析和论证其优势，制作成ppt，与同学分享。

5教学实践反思

该主题的单元教学体现了真情境、真体验、真探究、真分享。首先，疫情背景下，选择“口罩”这一重要的抗疫物资为情境贯穿教学始终，学生对学习充满了期待。其次，在课堂教学中充分调动学生的感官系统，初识口罩滤芯材料阶段，学生剪开口罩，通过看、摸、闻、撕等活动，体验口罩三层材料的区别（孔径大小、纤维粗细等）。其三，以“结构-性质-用途”的核心思路引导学生有序地认识和改进材料：如从环保角度要求口罩材料须可降解，引导学生从官能团角度思考“需要引入何种官能团以及如何引入该官能团”等问题，学生结合已有知识创造性地提出用聚酯代替聚丙烯作为口罩滤芯材料，实现了认识水平的跨越。最后，在实践分享阶段，大多数学生都能从“外观直觉、微观结构、理化性质、材料来源、废弃处理”等角度介绍新型口罩滤芯材料，较好地达成了教学目标，实现了学科方法建构和学科价值引领。通过反思该教学实践以及修改完善整个过程，阐述几点教学策略。

（1）创造体验机会，链接生活与科学。课堂教学中应给予学生体验的机会，眼、耳、鼻、触等多感官刺激将有效驱动学生思考宏观现象背后的微观原理，链接生活世界与科学世界，同时也培养了学生用“化学眼光”洞察生活的能力。

（2）落实实践活动，促进学习方式转变。倡导开展课外实践活动，如“查找新型口罩滤芯材料”并进行交流展示。教师通过学生的表现，评估其是否构建起认识高分子材料的视角和思路，并从素养发展的角度进行指导;学生在分享交流过程中，拓展了视野，搭建了基础知识与科技前沿之间的桥梁。将学习从课内延伸到课外，拓展了学习的时间和空间，促进了学习方式的转变。

（3）坚持STSE理念，渗透社会责任感培育。教师进行教学设计时，要敏锐地捕捉蕴含化学学科知识、与生活相关的社会问题，将科学知识和技术合理还原到真实情境中组织教学;在教学实施的过程中，以STSE理念统摄并推进课堂，引导学生在发现问题、分析问题、解决问题的过程中树立人与社会、自然和谐共处的价值理念。