基于核心素养的高中化学教学设计与反思——以“功能高分子材料”为例

江苏省南通中学（226001） 曹 彬

高中化学学科核心素养包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任等五个维度［1］。“功能高分子材料”是人教版选择性必修3《化学·有机化学基础》中的内容，本节课对激发学生学习兴趣，培养学生化学学科核心素养很有成效。下面是笔者的一堂省级示范课的教学设计与反思。

一、教学目标

在新课程背景下，教师不再是教材的忠实执行者，也不再是只知“教书”的匠人，而是最重要的课程资源［2］。笔者通过研读课程标准，对比研究几个不同版本的教材，确定了这节课的教学目标：（1）了解新型高分子材料的优异性能及其应用；（2）认识高分子材料结构与性质的联系；（3）讨论有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献。对于化学学科核心素养的培养，主要集中在“科学态度与社会责任”“科学探究与创新意识”上。

二、教学过程

随着人类文明的不断发展和社会的持续演进，教育的目标也悄然升级，它已经从单纯的知识与技能传授，迭代升级为培育学科核心素养。本节课的教学，结合本校“学导式智慧课堂”，以四组精心设计的活动为主线展开，力求培养和发展学生的化学学科核心素养。

（一）小组查阅功能高分子材料内容，班级展示讲解

课前，教师布置预习作业：以学习小组为单位，通过互联网、图书馆等途径查阅有关功能高分子材料的内容，并制作成PPT，作为小组交流的材料。学生学习热情高涨，每个小组都查找了许多资料，并制作成精美的PPT。在课堂上，小组代表争先恐后地上台展示，他们展示了高分子分离膜、人工心脏、人造红血球、发光高分子、高分子液晶等功能高分子材料。

设计意图：通过引导学生查阅资料和小组展示，充分调动学生学习的积极性和主动性，让学生多途径、多渠道地自主获取知识、发现问题、解决问题，从而激发学生的学习兴趣。

（二）根据性能对功能高分子材料进行分类

教师结合各小组的展示，播放功能高分子材料（高分子膜、导电塑料、婴儿尿不湿、感光树脂、人工心脏、形状记忆面料、高分子催化剂、缓释药物等）的相关视频，请学生仔细观察，并根据性能对功能高分子材料进行分类。例如：

具有医疗作用的功能高分子材料是________；具有光学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________；具有化学活性的功能高分子材料是________；具有分离功能的功能高分子材料是________；具有电学性能的功能高分子材料是________。

教师给学生介绍新型的形状记忆面料是一种具有良好热响应性能的功能高分子材料，在一定温度的水中洗涤后可恢复原状，并请学生小组交流讨论：用这样的面料制作的服装具备哪些优点？

设计意图：创设生产生活中真实且充满正能量的情境引入新课，以激发学生的学习兴趣和社会责任感，使学生真切地感受到化学的魅力与作用，深刻地体验到化学与人类生活的密切联系，感受到化学就在我们的身边，从而转变对化学学科的认识，从内心深处认识到学习化学不是单纯为了考试，而是为了创造更美好的生活。

（三）通过三个案例引导学生认识高分子材料结构与性质的联系

【案例1】日本化学家白川英树成功研制聚乙炔类导电聚合物，因而荣获2000 年诺贝尔化学奖。聚乙炔有金属光泽，颜色较深，掺杂溴、碘等卤素单质后，其导电能力可达到许多金属的导电水平。聚乙炔有反式聚乙炔和顺式聚乙炔两种立体异构体。聚乙炔是科学家正在开发研究的新型功能高分子材料，已成功制成电极、半导体材料和太阳能电池。

除了聚乙炔，图1 列出的高分子化合物也都具有导电性。

图1

（1）写出聚乙炔的结构简式。

（2）假设图1 中的高分子环状结构中都含有双键，请你说出导电高分子化合物的结构特点。

设计意图：借助学生感兴趣的诺贝尔化学奖的话题，让学生感受到诺贝尔化学奖并不是遥不可及的。通过讨论、交流、反思、小结，学生也能分析出导电高分子化合物的结构特点。通过这种活动，不仅可以培养学生的综合推理能力与思维能力，而且可以激发学生科学探究的兴趣，增强学生科学探究的信心。

【案例2】《时代周刊》评出20世纪最伟大的100项发明，其中“尿不湿”榜上有名。“尿不湿”主要由吸水功能强的高聚物与纤维浆状物混合制成。平常我们在“尿不湿”中看到的颗粒状物质为高吸水性树脂——聚丙烯酸钠。聚丙烯酸钠还可以用作一些室内植物的“泥土”，使植物不需要经常浇水。

如果只是丙烯酸钠聚合，则只能形成线型结构高分子。要形成体型结构必须先将丙烯酸钠和二烯烃共聚形成线型结构分子，然后再用交联剂将链联结。

探究实验：聚丙烯酸钠与棉花的吸水性比较。

①把1.0 g 聚丙烯酸钠、1.0 g 脱脂棉花分别放入两个100 mL的小烧杯中，用量筒分别量取100 mL的水，倒入两个烧杯中，观察现象。②两分钟后，把未被吸收的水倒入量筒中，计算两者吸收水的体积。③用玻璃棒分别挤压吸水后的聚丙烯酸钠和脱脂棉花，会发现有什么不同之处？

（1）聚丙烯酸钠、棉花都具有吸水性，其分子中亲水性强的基团分别是什么？（写出基团的结构简式）它们和水分子间的主要作用力是什么？

（2）请你分析将聚丙烯酸钠加工成网状结构的高聚物的意义。

（3）据此你还可以想到聚丙烯酸钠的应用有哪些？

设计意图：生活是最好的教科书。此案例围绕学生熟悉的“尿不湿”创设情境，注重情境的生活化。先通过文字信息给出“尿不湿”主要由吸水功能强的高聚物与纤维浆状物混合制成，介绍了吸水原理；再通过实验探究比较聚丙烯酸钠与棉花吸水能力的强弱，这个实验探究环节，使学生兴趣盎然，惊叹聚丙烯酸钠超强的吸水性能。化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，其特征是从微观层面认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质。探究性实验结束后，引导学生进行微观探析，探究分子中亲水性强的基团，从而培养学生“宏观辨识与微观探析”核心素养。

【案例3】科学家通过乙二醇的桥梁作用将阿司匹林连接到某高聚物上，制成了一种可用于关节炎和冠心病辅助治疗的新型高分子药物——缓释长效阿司匹林，其结构式如图2所示。

图2

（1）写出阿司匹林的结构简式。

（2）科学家通过乙二醇的桥梁作用将阿司匹林连接到某高聚物上的反应类型是什么？写出合成该高聚物的单体的结构简式。

（3）1 mol缓释长效阿司匹林与足量NaOH溶液反应，消耗NaOH的物质的量是多少？

设计意图：关键能力形成学科素养，化学实验探究能力是关键能力的重要组成之一。案例2、案例3 环环相扣，自然紧凑，旨在通过实验、观察、讨论、交流、总结、分析、推理等活动，发展学生的“科学态度与社会责任”“科学探究与创新意识”等核心素养。

（四）当堂训练，及时反馈

教师出示练习题，引导学生当堂训练。

1.下列有关新型高分子材料应用的说法不正确的是（ ）。

A.新材料研究正向智能化、高功能的方向发展

B.高分子膜具有较强的选择性透过能力，可用于海水淡化、物质制取与回收等方面

C.聚乙烯醇是高吸水性高分子，具有与水生成易挥发物的特性，所以称“尿不湿”

D.用医用高分子材料制作人造器官，必须考虑其与人体的相容性和机械性能

2.神舟飞船是中国人的骄傲。为了防止飞船与大气层摩擦产生高温而燃烧，应该选择某种特殊材料覆盖在飞船表面，这种材料应该具有的性质是（ ）。

A.质地柔软，以利于飞船的变形

B.良好的导电性

C.轻质防热，可承受上千摄氏度的高温

D.密度较大，以增大飞船的惯性

3.光刻胶是大规模集成电路、印刷电路板和激光制版技术中的关键材料。某一肉桂酸型光刻胶的主要成分A经光照固化转变为B，如图3所示。

图3

（1）A经光照固化转变为B，发生了__________反应（填反应类型）。

（2）写出A 与NaOH 溶液反应的化学方程式_________________。

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

设计意图：要提高教学效率和学生学习的有效性，适量的练习是必要的。通过当堂训练，可以了解学生的知识掌握情况，及时发现学生的薄弱环节，以便施予针对性辅导。从课堂练习的题量上来说，精心选择了3 道与“功能高分子材料”密切相关的练习题；从题目呈现的形式上看，注重习题问题情境的真实性；从答题及批阅的方法上来说，运用的是学校PPclass 互动教学系统，学生有专用的配套答卷和电子笔，电脑系统能快捷地把每一个学生的答题情况在大屏幕上呈现出来，便于教师及时了解学情，提高教学效率。

三、教学反思

（一）充分发挥课前预习的积极作用

精心备课、认真上课固然重要，但课前让学生先进行预习，通过互联网、图书馆等途径查找相关资料，并将相关内容制作成PPT作为小组交流的材料，课上由准备充分的小组代表上台讲解、展示，可以很好地提高课堂教学效率。因此，教师应充分发挥课前预习的积极作用。

（二）着力学科核心素养的培养

教学设计要指向学科核心素养的培养。在探究性实验过程中，学生热情高涨，在观察到聚丙烯酸钠神奇的吸水性时纷纷发出惊叹，他们感受到了化学的魅力，树立了实验探究与创新的意识。通过创设多种多样的功能高分子材料的应用情境，培养学生的“科学态度与社会责任”核心素养。在科学过程与方法的教育教学中要渗透创新教育，鼓励创新，注意培养学生的创新品质［3］。

（三）充分调动学生的学习积极性

教学实践证明，只有充分调动学生的学习积极性，学生对知识的兴趣度、对知识掌握的牢固度才会高。教师在教学中只是学生的同行者、帮助者、激励者，应把问题的最终解决权交给学生。教师要学会倾听，只有在得到倾听的环境中，学生才能成为重要的课程资源，而不是简单的接受者［4］。

教学即研究，如果在每次教学实践后教师能静下心来相互讨论、调查考证、总结思考，不断完善改进后续的教学，那么教师的教学水平与学生的学业水平定能同步提高。