葉依叢 邵傳強

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);單元教學(xué)設(shè)計;有機高分子;防病毒口罩濾芯材料

單元教學(xué)設(shè)計是指形成單元主題并圍繞單元主題對教學(xué)目標(biāo)、單元教學(xué)過程進行籌劃的過程性設(shè)計。它既注重課時目標(biāo)的分解落實，更著眼于分階段促進學(xué)生學(xué)科知識體系、學(xué)科核心觀念的系統(tǒng)性建構(gòu)，是落實學(xué)科核心素養(yǎng)的基本單位。單元教學(xué)設(shè)計的支點是構(gòu)建契合單元目標(biāo)的教學(xué)主題，開展跨課時的主題式教學(xué)。主題式教學(xué)以真實情境為載體，從中挖掘有教育價值的材料和議題，將學(xué)科知識的獲得蘊藏于主題情境下的問題解決中，實現(xiàn)知識網(wǎng)絡(luò)的自主建構(gòu)以及學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

在抗擊新冠病毒過程中，化學(xué)技術(shù)是一種不可替代的力量，公民主動或被動地接受著化學(xué)科普教育，這為教與學(xué)提供了真實情境，將抗疫這一社會性議題引入教學(xué)，以基于主題的單元教學(xué)形式將相關(guān)教學(xué)目標(biāo)落到實處。口罩是重要的抗疫物資，通過媒體宣傳，學(xué)生對其材料、性能已經(jīng)有了初步認(rèn)識。本文結(jié)合化學(xué)學(xué)科特點與育人價值，確立以“防病毒口罩濾芯材料的設(shè)計與發(fā)展”為主題進行有機高分子單元教學(xué)的設(shè)計。

1教學(xué)價值分析

該主題承載化學(xué)核心知識。構(gòu)成防病毒口罩的主要材料為高分子化合物，通過探索口罩防護功能的微觀原理，從宏微結(jié)合的視角認(rèn)識高分子化合物的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)聯(lián);通過探尋并優(yōu)化口罩濾芯材料的結(jié)構(gòu)，建立單體與聚合物結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，認(rèn)識聚合反應(yīng)的特點。該主題將高分子化合物的組成、結(jié)構(gòu)、合成與優(yōu)化等知識包含其中，并通過一定的邏輯關(guān)系串聯(lián)起來，為實現(xiàn)知識有意義的建構(gòu)提供了極佳場景。

該主題蘊含化學(xué)學(xué)科思想方法。根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知程序，教學(xué)圍繞“病毒的宏觀特性-口罩材料所需具備的功能-材料的微觀結(jié)構(gòu)特征”的設(shè)計思路展開，為學(xué)生形成學(xué)科核心思想方法搭建適切的平臺。既深化了有機化學(xué)“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-用途”的認(rèn)識視角，又滲透了“產(chǎn)品功能-材料性質(zhì)-材料結(jié)構(gòu)-選擇材料”的化工產(chǎn)品設(shè)計思路。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用化學(xué)的視角認(rèn)識和理解客觀世界，用化學(xué)知識和方法解決生活生產(chǎn)中的問題。

該主題體現(xiàn)了綠色化學(xué)的價值觀念。評估防病毒口罩在生產(chǎn)和使用過程中對環(huán)境和資源的影響，引導(dǎo)學(xué)生從環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度對口罩濾芯材料的改進提出創(chuàng)造性建議，并用已有的科研成果進行佐證。這有助于學(xué)生將知識與自然、社會相關(guān)聯(lián)，樹立“綠色化學(xué)”思想，形成“化學(xué)-技術(shù)-環(huán)境-社會”和諧共生的價值觀念。

2教學(xué)目標(biāo)確立

“有機高分子化合物”的教學(xué)內(nèi)容位于《有機化學(xué)基礎(chǔ)》最后一章，此前學(xué)生已學(xué)習(xí)了課程標(biāo)準(zhǔn)要求的有機化學(xué)基礎(chǔ)知識。2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》將“聚合物的結(jié)構(gòu)特點”和“合成高分子”作為核心概念，并對其提出內(nèi)容要求：了解聚合物的組成與結(jié)構(gòu)特點;認(rèn)識單體和單體單元（鏈節(jié)）及其與聚合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系;了解加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的特點;認(rèn)識合成纖維的組成和結(jié)構(gòu)特點;了解新型高分子材料的優(yōu)異性能及其在高新技術(shù)領(lǐng)域中的作用。

基于課標(biāo)要求、學(xué)生已有認(rèn)識水平和高分子材料在抗擊病毒戰(zhàn)役中的重要價值，結(jié)合主題教學(xué)具體內(nèi)容內(nèi)在的邏輯關(guān)系，關(guān)聯(lián)學(xué)生已有的知識水平與認(rèn)知能力，確立本單元的教學(xué)目標(biāo)、課時內(nèi)容及課時目標(biāo)如表1所示。

3單元設(shè)計構(gòu)思

圍繞“防病毒口罩濾芯材料的設(shè)計與發(fā)展”主題，明確與教學(xué)目標(biāo)相關(guān)的核心知識，將知識融合在真實情境中，充分挖掘核心知識的素養(yǎng)發(fā)展功能，設(shè)計一系列挑戰(zhàn)性任務(wù)，展開探究活動。

通過課內(nèi)師生共同探討與課外學(xué)生自主探究相結(jié)合，在解決問題的過程中逐步掌握核心知識，豐富有機高分子的認(rèn)識方式，提升解決問題的關(guān)鍵能力，樹立綠色化學(xué)的價值觀念。單元教學(xué)設(shè)計的整體構(gòu)思如圖1所示。

4課時活動設(shè)計

4.1第1課時——防病毒口罩濾芯材料的特點及合成

教學(xué)環(huán)節(jié)一：基于防護功能，選擇防病毒口罩濾芯材料

[信息1]播放有關(guān)新型冠狀病毒的宣傳片。顆粒大?。?00nm左右;傳播途徑：以呼吸道飛沫傳播為主。

[信息2]展示三種不同材質(zhì)口罩的相關(guān)信息，如表2所示。

[任務(wù)設(shè)計]結(jié)合病毒顆粒大小和傳播方式，從防護的角度選擇最適合阻擋新型冠狀病毒的濾芯材質(zhì)，并進行說明論證。

[學(xué)生活動]討論并交流，從病毒顆粒直徑大小、病毒傳播途徑、佩戴者舒適感等多角度選擇合適的濾芯材料。

[評價設(shè)計]通過對濾芯材料的選擇和說明論證，診斷并發(fā)展學(xué)生將物質(zhì)性質(zhì)與用途關(guān)聯(lián)的能力水平（單一角度、多角度）以及信息篩選、證據(jù)推理與論證的能力。

設(shè)計意圖：以“防病毒口罩濾芯材料的選擇”為任務(wù)，將病毒的顆粒大小、傳播方式與濾芯材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一一關(guān)聯(lián)，滲透化工產(chǎn)品生產(chǎn)中“產(chǎn)品功能一材料性質(zhì)一材料結(jié)構(gòu)一材料選擇”的設(shè)計思路。提供三種常見口罩供學(xué)生選擇：一是提供給學(xué)生解讀信息，進行論證和表達的機會，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)搜集與推理能力;二是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識并不是所有口罩都能夠防病毒，指導(dǎo)其在生活中能基于需求、根據(jù)原理做出正確的選擇。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：基于實物的材質(zhì)，認(rèn)識聚丙烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

[信息]提供聚丙烯材質(zhì)口罩實物、口罩濾芯材料顯微照片（見圖2）、聚丙烯的球棍模型照片（見圖3）。

[任務(wù)設(shè)計]根據(jù)信息，歸納概括聚丙烯分子的結(jié)構(gòu)特點，初步認(rèn)識高分子化合物。

[評價設(shè)計]評價并發(fā)展學(xué)生宏微結(jié)合、概括關(guān)聯(lián)的能力。

[任務(wù)設(shè)計]結(jié)合實物了解防病毒口罩每一層的防護作用以及與之對應(yīng)的高分子材料的結(jié)構(gòu)特征和物理、化學(xué)性質(zhì)。

[學(xué)生活動]見圖4。

[評價設(shè)計]通過對口罩每一層材料的用途、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，診斷并發(fā)展學(xué)生認(rèn)識有機高分子化合物的水平（基于經(jīng)驗水平、結(jié)構(gòu)水平）。

設(shè)計意圖：通過“探秘口罩”，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識每一層防病毒口罩材料的用途、制作原理以及與聚丙烯相關(guān)的性質(zhì)，緊緊圍繞“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的認(rèn)識思路，突出對有機物結(jié)構(gòu)特征的分析。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：基于分子結(jié)構(gòu)，歸納加聚反應(yīng)的特征

[任務(wù)設(shè)計]對比丙烯和聚丙烯分子的結(jié)構(gòu)特點，從官能團和化學(xué)鍵角度分析推測合成聚丙烯的過程，概括加聚反應(yīng)的特點。

[學(xué)生活動]見圖5。

[評價設(shè)計]診斷并發(fā)展學(xué)生對有機分子向高分子化合物轉(zhuǎn)化的認(rèn)識進階（物質(zhì)類別角度、官能團角度、化學(xué)鍵角度）。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生由宏觀的物質(zhì)角度到中觀的官能團角度再到微觀的化學(xué)鍵角度認(rèn)識加聚反應(yīng)，促進認(rèn)識水平的進階。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：基于綠色化學(xué)，認(rèn)識聚丙烯的來源與去向

[信息1]以新聞的形式展示中石化官方微博內(nèi)容：“我有熔噴布，誰有口罩機”。

[信息2]以圖片的形式展示白色污染對環(huán)境造成的影響。

[任務(wù)設(shè)計]設(shè)計從石油到聚丙烯的合成路線，通過聚丙烯的合成和降解過程，評價其對資源和環(huán)境的影響。

[評價設(shè)計]從思考、討論和評價的過程中診斷并發(fā)展學(xué)生是否具備主動關(guān)心與環(huán)境保護、資源開發(fā)等有關(guān)的社會熱點問題的意識。

設(shè)計意圖：通過設(shè)計“從石油原料到化工產(chǎn)品聚丙烯”的合成過程，形成“有機高分子合成路線”的基本設(shè)計思路，并在選擇與使用材料時，樹立與環(huán)境和諧共處、合理利用自然資源的觀念。

[課外作業(yè)]制作一份與“防病毒口罩”相關(guān)的宣傳海報，向人們宣傳疫情期間佩戴口罩的必要性、口罩選擇的依據(jù)以及如何科學(xué)處理使用過的口罩。

4.2第2課時——防病毒口罩濾芯材料的改進與發(fā)展

教學(xué)環(huán)節(jié)五：基于可降解性，改進防病毒口罩的濾芯材料

[任務(wù)設(shè)計]結(jié)合有機化學(xué)知識，優(yōu)化高分子結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)防病毒口罩濾芯材料可降解的目標(biāo)。

[學(xué)生活動]見圖6。

[評價設(shè)計]從改進口罩濾芯材料的任務(wù)人手，診斷并發(fā)展學(xué)生能從有機化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和轉(zhuǎn)化等多個角度分析解決問題，并發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識。

設(shè)計意圖：以酯化反應(yīng)為新知識的生長點，倡導(dǎo)學(xué)生通過合作、討論等方式，利用分析、推理等思維活動，完成“設(shè)計可降解口罩濾芯材料”的任務(wù)。在體驗中獲得新知，在解決問題中增強主動性和創(chuàng)新性。

教學(xué)環(huán)節(jié)六：基于科研成果，分析可降解防病毒口罩濾芯材料

[信息1]呈現(xiàn)科研論文《防霧霾納米濾芯及其口罩的開發(fā)與生產(chǎn)》（節(jié)選）——聚丁二酸丁二酯為濾芯材料。

[任務(wù)設(shè)計1]閱讀文獻，尋找證據(jù)說明論證聚丁二酸丁二酯作為防病毒口罩濾芯材料的優(yōu)點。

[評價設(shè)計1]從學(xué)生認(rèn)識有機物的角度和對結(jié)構(gòu)一性質(zhì)一用途之問的關(guān)聯(lián)性論證，診斷并發(fā)展學(xué)生信息篩選能力以及認(rèn)識物質(zhì)的水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）。

[任務(wù)設(shè)計2]以石油為原料，設(shè)計合成聚丁二酸丁[學(xué)生活動]見圖7。

[評價設(shè)計2]通過合成路線設(shè)計活動，診斷并發(fā)展學(xué)生對有機物轉(zhuǎn)化的認(rèn)識水平（基于物質(zhì)、反應(yīng)、官能團）。

設(shè)計意圖：通過合成方案的設(shè)計、評價、優(yōu)化及文獻佐證，提高學(xué)生的自我效能感。引導(dǎo)學(xué)生進一步體悟宏觀和微觀相結(jié)合解決實際問題的視角。

教學(xué)環(huán)節(jié)七：基于綠色化學(xué)，展望防病毒口罩濾芯材料的發(fā)展前景

[信息1]“玉米塑料”在自然環(huán)境中的循環(huán)示意圖，如圖8所示。

[任務(wù)設(shè)計]寫出乳酸合成聚乳酸的化學(xué)方程式，根據(jù)循環(huán)圖和已有知識，論證聚乳酸作為未來口罩濾芯材料所具備的優(yōu)勢。

[學(xué)生活動]交流討論，發(fā)表觀點。師生共同歸納總結(jié)，得出聚乳酸材料的優(yōu)勢：（1）聚乳酸結(jié)構(gòu)決定了其適合制作成細(xì)長的纖維，能形成孔徑較小的濾芯材料;（2）聚乳酸吸水性差;（3）聚乳酸來源于非石油資源，可再生;（4）聚乳酸可以生物降解，降解物可循環(huán)利用，廢棄物對環(huán)境沖擊小;（5）……

[評價設(shè)計]通過對該議題的討論，診斷并發(fā)展學(xué)生對化學(xué)價值的認(rèn)識水平（學(xué)科價值視角、社會價值視角、學(xué)科和社會價值視角）。

設(shè)計意圖：以聚乳酸為話題，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)特點、來源和去向等多角度分析其作為未來口罩濾芯材料所具備的優(yōu)勢，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同化工應(yīng)用中的綠色化學(xué)思想，主動關(guān)心與環(huán)境保護、資源開發(fā)等有關(guān)的社會熱點問題，形成與環(huán)境和諧共處、合理利用資源的觀念。

教學(xué)環(huán)節(jié)八：基于核心素養(yǎng)，建構(gòu)思維模型

[任務(wù)設(shè)計]梳理防病毒口罩濾芯材料的設(shè)計與發(fā)展路徑，建構(gòu)有機高分子認(rèn)知模型，如圖9所示;凝練化工產(chǎn)品設(shè)計模型，如圖10所示。

設(shè)計意圖：將核心知識和認(rèn)識思路結(jié)構(gòu)化，凝練研究有機物的關(guān)鍵角度和思路，發(fā)展學(xué)生認(rèn)識有機物的關(guān)鍵能力——滿足個人發(fā)展需求。將知識結(jié)構(gòu)進一步整合，挖掘該知識結(jié)構(gòu)框架中蘊含的物質(zhì)轉(zhuǎn)化的意義與價值，關(guān)注物質(zhì)轉(zhuǎn)化對環(huán)境和資源的影響，有助于學(xué)生形成利用化學(xué)知識改造世界所秉持的價值觀念和必備品格——滿足社會發(fā)展需求。

[課外作業(yè)]查閱資料，選擇一種能進行空氣過濾的高分子材料，從結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化等角度分析和論證其優(yōu)勢，制作成ppt，與同學(xué)分享。

5教學(xué)實踐反思

該主題的單元教學(xué)體現(xiàn)了真情境、真體驗、真探究、真分享。首先，疫情背景下，選擇“口罩”這一重要的抗疫物資為情境貫穿教學(xué)始終，學(xué)生對學(xué)習(xí)充滿了期待。其次，在課堂教學(xué)中充分調(diào)動學(xué)生的感官系統(tǒng)，初識口罩濾芯材料階段，學(xué)生剪開口罩，通過看、摸、聞、撕等活動，體驗口罩三層材料的區(qū)別（孔徑大小、纖維粗細(xì)等）。其三，以“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-用途”的核心思路引導(dǎo)學(xué)生有序地認(rèn)識和改進材料：如從環(huán)保角度要求口罩材料須可降解，引導(dǎo)學(xué)生從官能團角度思考“需要引入何種官能團以及如何引入該官能團”等問題，學(xué)生結(jié)合已有知識創(chuàng)造性地提出用聚酯代替聚丙烯作為口罩濾芯材料，實現(xiàn)了認(rèn)識水平的跨越。最后，在實踐分享階段，大多數(shù)學(xué)生都能從“外觀直覺、微觀結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、材料來源、廢棄處理”等角度介紹新型口罩濾芯材料，較好地達成了教學(xué)目標(biāo)，實現(xiàn)了學(xué)科方法建構(gòu)和學(xué)科價值引領(lǐng)。通過反思該教學(xué)實踐以及修改完善整個過程，闡述幾點教學(xué)策略。

（1）創(chuàng)造體驗機會，鏈接生活與科學(xué)。課堂教學(xué)中應(yīng)給予學(xué)生體驗的機會，眼、耳、鼻、觸等多感官刺激將有效驅(qū)動學(xué)生思考宏觀現(xiàn)象背后的微觀原理，鏈接生活世界與科學(xué)世界，同時也培養(yǎng)了學(xué)生用“化學(xué)眼光”洞察生活的能力。

（2）落實實踐活動，促進學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變。倡導(dǎo)開展課外實踐活動，如“查找新型口罩濾芯材料”并進行交流展示。教師通過學(xué)生的表現(xiàn)，評估其是否構(gòu)建起認(rèn)識高分子材料的視角和思路，并從素養(yǎng)發(fā)展的角度進行指導(dǎo);學(xué)生在分享交流過程中，拓展了視野，搭建了基礎(chǔ)知識與科技前沿之間的橋梁。將學(xué)習(xí)從課內(nèi)延伸到課外，拓展了學(xué)習(xí)的時間和空間，促進了學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。

（3）堅持STSE理念，滲透社會責(zé)任感培育。教師進行教學(xué)設(shè)計時，要敏銳地捕捉蘊含化學(xué)學(xué)科知識、與生活相關(guān)的社會問題，將科學(xué)知識和技術(shù)合理還原到真實情境中組織教學(xué);在教學(xué)實施的過程中，以STSE理念統(tǒng)攝并推進課堂，引導(dǎo)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程中樹立人與社會、自然和諧共處的價值理念。