初中化学教学中渗透科技前沿知识的研究——以“有机合成材料”为例

申国明，刘浩琛，韩小兵，高 洁

（1.浠水县三店学校，湖北 黄冈 438200；2.湖北科技学院 核技术与化学生物学院，湖北 咸宁 437100）

在2016年的全国科技创新大会上，习近平总书记指出：“科技创新和科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。”[1]化学作为自然科学的中心学科，全世界每天都有相关的科技知识产生，在化学教育的启蒙阶段渗透相关科技前沿知识，不仅对激发学生的学习兴趣及引导学生深入理解化学学科的重要性具有重要意义，还有助于培养学生的探究意识和能力，促进学生自主学习[2]。

在初中化学教学中渗透科技前沿知识，既是素质教育的要求，也是化学教学改革的方向和趋势。由于部分教师对科技前沿知识理解不足、知之甚少或不会运用，前沿知识的渗透难以实现[3]。鉴于此，本研究在总结科技前沿知识渗透原则和方法的基础上，以“有机合成材料”章节为例，充分挖掘相关科技前沿知识，并将其有机融入课堂教学中。

1 科技前沿知识渗透的原则和建议

初中化学新编教材中已经开始重视科技前沿知识的编排，然而科技前沿知识的渗透需要较好的理论基础，教学过程如果不能很好地与学生的实际学情相结合，容易造成囫囵吞枣的后果。因此，在初中化学教学中进行科技前沿知识的渗透需要注意一定的原则[4]。

在初中化学教学中进行科技前沿知识的渗透需要注意3点：（1）注重理论联系实际。传统的讲授教学往往以单纯的理论输出为主，学生对所学知识的理解比较抽象和模糊，因此需要转变教学理念，将实际生活生产相关科技前沿知识有机融入相关理论教学中；（2）遵循学生的思维成长方式。科技前沿知识的引入容易让学生感到突兀和不适，在教学过程中，相关内容要以生动、形象的方式进行渗透，并且要循序渐进地引导学生主动思考，着力让学生体会科技的过程与方法、情感态度与价值观；（3）帮助学生正确认识科学发展规律。当前的塑料白色污染、重金属及燃料造成的水体污染等热点问题，并非科学技术存在问题，而是由于人类认识的不完善，因此，要帮助学生全面看待事物的发展。

2 科技前沿知识渗透的方法和途径

当前，在初中化学教学中进行科技前沿知识的渗透已经取得了一定的进步，但是按照较高的标准和要求来看，依然存在诸多不到位的地方。主要表现为一些教师对前沿知识知之甚少，巧妇难为无米之炊；还有部分教师认为前沿知识太过深奥、难以理解，不知道如何在教学中进行有效渗透。因此，在初中化学教学中进行科技前沿知识的渗透需要掌握一定的方法，此处结合已有文献的报道总结出以下途径[3，5]。

（1）课前渗透。主要是指备课渗透，教师要加强科技前沿知识的学习，经常阅读化学专业中外文相关杂志、浏览科技前沿专业网站、观看电视科技栏目，确保有充足的前沿科技知识来源，在备课时胸有成竹。（2）课堂渗透。首先，课程的导入是进行科技前沿知识渗透的良好切入点，利用科技前沿知识导入新课，既能进行科普教育，又能调动学习的积极性，为新课奠定良好的基础；其次，化学是一门以实验为基础的学科，在探究性实验教学中进行前沿科研实验的渗透，可以增强学生学好化学的动力；最后，在课堂练习中也可以进行科技前沿知识的渗透，研究结果表明，以科技前沿知识为背景的习题训练，既能调动学生学习的积极性，又能达到通过渗透科技前沿知识进行教育的目的。（3）课后渗透。课后以小组为单位开展研究性学习，开展科技前沿知识相关内容的探究活动，不仅能促进学生科学思维的形成，还能拓展学生的眼界。

3 以“有机合成材料”为例进行科技前沿知识的挖掘和渗透

基于以上科技前沿知识渗透的原则和途径，以初中化学“有机合成材料”章节的教学为例，进行塑料白色污染、塑料快速降解、新型可降解塑料、可循环塑料、基于废气的塑料、生物质塑料等相关科技前沿知识的挖掘与渗透。

3.1 以塑料“白色污染”危害的科技前沿知识导入

介绍完化合物的分类及有机小分子化合物后，主要是普及以有机高分子为基础的有机合成材料。以有机高分子为基础的有机合成材料主要包括塑料、橡胶、纤维，合成材料的应用和发展大大方便了人类的生活，但是合成材料废弃物的急剧增加也造成了环境问题，废弃塑料造成的“白色污染”尤为严重。

在介绍“有机合成材料”之前，可以通过图片、视频等形式突出“白色污染”的危害，在此基础上可以通过科技前沿知识深入揭示具体危害，增强学生的环保意识。例如据世界顶级权威杂志报道[6]，每年有近万吨塑料微粒通过河流排入大海，严重威胁了海洋生物的生长。最新的研究成果表明，在人类消费的海鲜产品中检测到了塑料微粒和短纤维，这些难以降解的有害污染物会随着人类进食在人体中富集[7]。海洋中的塑料微粒会降低浮游生物的存活率，鱼类吸食塑料微粒会造成脑损伤和行为障碍，这些塑料微粒通过食物链向上转移，最终会进入顶级消费者的大脑并影响其行为[8]。此外，还有研究表明，海洋中的塑料污染不仅会进入鱼类体内，也已波及人们吃的海盐。在8个国家生产的16种不同品牌的海盐中，检测出72种颗粒物，其中包括30种塑料颗粒物[9]。

3.2 在“白色污染”解决方案中拓展科技前沿知识

教材中在介绍解决“白色污染”问题时提到了可以从减少使用、重复使用、使用可降解塑料和回收废弃塑料4个方面着手，这里也可以进行相关科技前沿知识的拓展。

塑料的使用之所以会造成“白色污染”，主要是因为传统的塑料制品以聚乙烯、聚苯乙烯、PET聚酯为主要原料，这些链状高分子在自然条件下都十分稳定。虽然这些塑料在自然条件下降解得比较慢，但是可以利用新的技术加速降解。例如利用一种新的催化剂，可以在温和的条件下将聚乙烯塑料袋快速分解为液体燃料，不仅解决了污染问题，还实现了废弃物的重复利用[10]。对于聚苯乙烯泡沫塑料，最近的研究发现蜡虫和黄粉虫在24 h内可以实现聚苯乙烯的快速降解[11]，将这些塑料转化为二氧化碳和自身的机体。矿泉水和饮料的大量消费导致PET聚酯塑料瓶废弃物骤增，一些细菌体内的酶可以加速PET聚酯的分解，在对这些酶进行改进后，10 h内至少有90%的PET聚酯分解为单体[12]。

对于塑料降解难的问题，除了利用上述新科技加速分解外，还可以通过教材中提到的开发可降解塑料解决。传统PET聚酯由于具有刚性结构难以降解，近年来，人们又合成了具有柔性结构的PBS、PBSA、PBAT等聚酯，不仅具有较好的耐热性和抗冲击性能，还可以被自然界中的多种微生物或动植物体内的酶分解代谢，最终生成二氧化碳和水[13]。

教材中还提到了回收废弃塑料不仅可以减少废弃塑料的数量，还能节约资源，这里不仅可以介绍传统废弃塑料回收应用的前沿知识，还可以渗透关于可循环利用塑料的知识。大连理工大学Liu Y等[14]以二氧化碳和环氧化合物为原料，在催化剂的作用下发生共聚得到可循环使用的聚碳酸酯塑料。当温度超过100 ℃，这种塑料可以完全转化为二氧化碳和环氧化合物，多次循环使用后原料和塑料的性质都没有发生改变。

3.3 开展基于非石油资源塑料的科技前沿知识探究

研究性学习不仅能让学生拓展知识面，还能提高合作交流和解决问题的能力，本章节的内容也可以指导学生课后开展研究性学习。教材中在讨论部分指出传统塑料是由石油炼制的产品制成的，而石油资源是有限的，这里可以引导学生进行基于非石油资源塑料的科技前沿知识探究。例如为了减少石油这种不可再生资源在塑料中的使用，人们开始利用工业废弃物进行塑料的制备，除了前面提到的利用二氧化碳与环氧化合物合成聚碳酸酯外，人们又利用一氧化碳与苯乙烯或乙烯合成了新型的聚酮塑料[15]。此外，为了完全消除对石油资源的依赖，人们又开发了一系列可快速降解的生物质塑料，这些塑料以动植物提取物为原料，符合可持续发展的要求。例如以淀粉为原料，通过微生物发酵可以直接合成聚羟基脂肪酸酯类聚合物；以淀粉发酵得到的乳酸为原料，可以合成绿色塑料聚乳酸[13]。

4 结语

在初中化学教学中渗透科技前沿知识，既有利于学生综合素质的提高，又能推动教学模式的创新。总结了科技前沿知识在教学中渗透的原则和方法，并以“有机合成材料”章节教学为例，进行了相关科技前沿知识的挖掘及有效渗透，希望能以此激发学生的学习兴趣并拓展学生的知识面，同时为中学化学教学中科技前沿知识的渗透提供指导。