陳潔 曾昭沄

摘要：從口罩的宏觀性能、用途出發(fā)推測口罩材料具有的微觀結(jié)構(gòu)，再大膽推測其材料，最后用紅外光譜實驗進行驗證。讓學(xué)生樹立證據(jù)意識，建立證據(jù)、分析、推理三者之間的邏輯關(guān)系。從中體驗高分子材料開發(fā)通用方法：“產(chǎn)品功能一材料性質(zhì)一材料結(jié)構(gòu)一材料選擇”模型。通過對熔噴布抗病毒原理的探究，讓學(xué)生從功能出發(fā)建立熔噴布結(jié)構(gòu)模型，體會化學(xué)在人類發(fā)展進程中起到的重要作用，樹立正確的學(xué)科觀念。

關(guān)鍵詞：真實情境；防病毒口罩；核心素養(yǎng)；有機高分子

文章編號：1008-0546（2022）11-0040-05

中圖分類號：G632.41

文獻標(biāo)識碼：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.009

2015年3月教育部印發(fā)《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》，中國基礎(chǔ)教育邁人以促進學(xué)生“核心素養(yǎng)”發(fā)展為目標(biāo)，“立德樹人”為根本任務(wù)的新時代。課堂教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)從只關(guān)注知識的掌握轉(zhuǎn)變?yōu)檫\用知識解決實際問題，在問題解決中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)思維的方法和過程，探尋化學(xué)學(xué)習(xí)的意義。通過高中化學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠用科學(xué)的眼光、理性的思維看待世界，即形成正確的價值觀，成為人格健全、全面發(fā)展的人。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中指出：“化學(xué)學(xué)科教學(xué)應(yīng)以最基本的原理為核心，結(jié)構(gòu)化課程內(nèi)容，以單元整體教學(xué)設(shè)計為引領(lǐng)，將真實情境作為學(xué)習(xí)的載體應(yīng)用在教學(xué)中，確能促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展，學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動機能被積極地調(diào)動起來，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。情境教學(xué)已不是一種簡單的教學(xué)手段，而是貫穿于教學(xué)的一種教學(xué)法。[1]當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容與科學(xué)技術(shù)、現(xiàn)實生活情境結(jié)合時，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識、技能才能夠真正被理解和掌握，且易于遷移到生活中的實際問題解決情境中再應(yīng)用。

2020年初的新冠肺炎疫情，給我國人民的健康帶來了巨大威脅。在抗擊新冠肺炎疫情中，合成高分子材料發(fā)揮了關(guān)鍵作用。無論是常規(guī)防護的口罩還是專業(yè)防護設(shè)備，甚至價格昂貴的體外膜肺氧合，以及火神山、雷神山醫(yī)院的建設(shè)，展現(xiàn)了高分子材料的中堅作用。展示了有機化學(xué)在利用自然資源，創(chuàng)造美好生活方面的重大貢獻。

人教版選擇性必修3第五章“合成高分子”一章內(nèi)容包括：第一課時——學(xué)習(xí)掌握聚合反應(yīng)；第二課時——介紹常見的高分子材料；本節(jié)“高分子材料的應(yīng)用”是本單元教學(xué)的第三課時．本節(jié)課將醫(yī)用口罩作為情境素材，引領(lǐng)學(xué)生從產(chǎn)品性能人手分析產(chǎn)品材料的結(jié)構(gòu)特征，從而預(yù)測猜想產(chǎn)品原料，進而探究原料的排列方式及其如何實現(xiàn)防護的功能。

一、教學(xué)分析

高分子材料在初中和高中必修教材中都有介紹，但限于學(xué)生的知識基礎(chǔ)，其內(nèi)容多為常識性介紹。在選擇性必修3中整個模塊的最后設(shè)計了高分子材料一節(jié)內(nèi)容，目的是讓學(xué)生綜合運用多方面的知識，從微觀結(jié)構(gòu)的層面來分析和認(rèn)識高分子材料的組成、合成方法和性質(zhì)。本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了合成高分子的基本方法及介紹了常見高分子材料后進行的。以高分子材料化學(xué)知識為載體，以醫(yī)用口罩材料真實情境為橋梁，學(xué)生在探究口罩材料的學(xué)習(xí)過程中，順理成章地運用建構(gòu)主義理論，在原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上，去理解世界、解決問題，構(gòu)建新的知識體系，在建構(gòu)新知識體系過程中提高能力，提升素養(yǎng)。[2]

二、教學(xué)設(shè)計思路

以防病毒口罩材料尋找為主線，引導(dǎo)學(xué)生從口罩的宏觀性能、用途出發(fā)，推測口罩材料可能具有的微觀結(jié)構(gòu)，再進行大膽推測可能是哪種材料，最后用實驗進行驗證推測的正確性。由口罩材料的尋找讓學(xué)生體會高分子材料開發(fā)的通用方法：“產(chǎn)品功能—>材料性質(zhì)—>材料結(jié)構(gòu)—>材料選擇”。通過熔噴布組成和結(jié)構(gòu)的探究樹立學(xué)生證據(jù)意識，建立證據(jù)、分析、推理三者之間的邏輯關(guān)系。通過對熔噴布透氣性和抗病毒作用原理的探究，讓學(xué)生從功能出發(fā)建立熔噴布結(jié)構(gòu)模型，體驗功能型有機高分子材料研發(fā)過程，體會化學(xué)在人類發(fā)展進程中起到的重要作用，樹立正確的學(xué)科觀念。[3]

利用N95口罩與普通醫(yī)用口罩的熔噴布厚度的對比，再結(jié)合學(xué)生佩戴口罩的親身體驗，讓學(xué)生體會醫(yī)務(wù)工作者的艱辛。通過抗疫回顧，讓學(xué)生體會到我國社會主義制度的優(yōu)越性，增強學(xué)生的制度自信，民族白豪感進而增強愛國熱情。

大量的廢棄口罩在自然界中難降解，造成環(huán)境污染。引導(dǎo)學(xué)生從環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展的視角探討“一次性口罩”是否可以重復(fù)使用，了解可光降解或微生物降解有機高分子材料。見圖1。

三、教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)1：引入情境

回顧2020年武漢發(fā)生的新冠肺炎疫情，展示中國抗疫關(guān)鍵節(jié)點，讓學(xué)生體會中國抗疫取得的偉大成就，增強學(xué)生民族自豪感，同時引出作為防疫重要物資口罩材料的學(xué)習(xí)。

設(shè)計意圖：以口罩作為本節(jié)課學(xué)習(xí)的情境主線，使熟悉的常用物品與學(xué)科知識相融合進行教學(xué)，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，積極主動地投入學(xué)習(xí)中。

教學(xué)環(huán)節(jié)2：醫(yī)用口罩材料的選擇

設(shè)計意圖：遵循認(rèn)知規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生由宏觀性質(zhì)推測微觀結(jié)構(gòu)特征再到材料的選擇，體會結(jié)構(gòu)性質(zhì)用途的關(guān)聯(lián)性，評價和發(fā)展學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。通過分析猜想驗證這一過程的探究，讓學(xué)生體會科學(xué)研究的思路，樹立證據(jù)意識。見圖2。

教學(xué)環(huán)節(jié)3：聚丙烯的來源和制備

教師提前打印好有關(guān)石油化T的相關(guān)材料，讓學(xué)生從中找到相關(guān)有用的信息。見圖3。

學(xué)生書寫丙烯制備聚丙烯的化學(xué)反應(yīng)方程式：

設(shè)計意圖：讓學(xué)生了解口罩材料的來源，學(xué)習(xí)獲取原材料的途徑和方法。培養(yǎng)學(xué)生高效利用資料，提取有用信息的能力。見圖4。

教學(xué)環(huán)節(jié)4：如何制備柔軟的聚丙烯纖維

設(shè)計意圖：通過探究由聚丙烯樹脂制備口罩材料熔噴布，讓學(xué)生進一步認(rèn)識線性結(jié)構(gòu)和熱塑性塑料的特點。通過熔點相似的蔗糖制作棉花糖的學(xué)生實驗，培養(yǎng)學(xué)生知識的遷移類比能力、實驗?zāi)芰Γ惶岣邔W(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。通過觀看工業(yè)生產(chǎn)熔噴布視頻，增長學(xué)生見識，提高理論研究與實際生產(chǎn)的聯(lián)系性。見圖5、圖6。

教學(xué)環(huán)節(jié)5：口罩如何做到透氣且防病毒的？

設(shè)計意圖：學(xué)生先思考再動手繪制多種聚丙烯纖維排列情況，再通過發(fā)散性思維，展示多種排列方式，進而經(jīng)分析鎖定可能的結(jié)構(gòu)。能有效地對學(xué)生進行宏觀用途、性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。數(shù)碼顯微鏡的直觀觀察能樹立證據(jù)意識，得到真實的口罩材料微觀結(jié)構(gòu)。通過熔噴布的“熔噴”視頻，讓學(xué)生理解理論研究與工業(yè)生產(chǎn)的密不可分，體會到化學(xué)與我們的生活息息相關(guān)，對人類進步有著不可替代的促進作用。見圖7。

教學(xué)環(huán)節(jié)6：驗證“熔噴布”的靜電吸附性

學(xué)生使用可視數(shù)碼顯微鏡觀察到口罩纖維的微觀結(jié)構(gòu)（見圖8、圖9），口罩無紡布是無規(guī)則的網(wǎng)狀交錯結(jié)構(gòu)，交錯中有很多大小不等的空隙。對粒徑小于1um的病毒，口罩的阻隔病毒作用效果會較差。在口罩的過濾層駐極，增加靜電荷吸附病毒，增強過濾效率，還不會增加空氣阻力。[4]因此，口罩阻隔病毒的方式是兩種，一種是機械過濾，一種是靜電吸附。靜電吸附起到了更重要的作用，制作口罩時，熔噴布提前進行電暈駐極注入電荷。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)融合了學(xué)生已有的物理知識，利用簡單的方式驗證熔噴布靜電的存在。學(xué)生在實驗中可能會忽略空白對照實驗，可以在交流點評環(huán)節(jié)教師加以補充，完善思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。另外在點評環(huán)節(jié)教師也可以適時增加一些簡單有趣的靜電實驗，烘托課堂氣氛，激勵學(xué)生的創(chuàng)新意識。見圖10。

教學(xué)環(huán)節(jié)7：口罩熔噴布的污染與防治

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)從降低環(huán)境污染，可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，讓學(xué)生探尋防治污染的方法。在開發(fā)可降解的環(huán)?？谡值脑O(shè)計思路中運用到了本節(jié)課學(xué)習(xí)的新材料的研究思路和方法，是對本節(jié)課的學(xué)習(xí)檢驗和提升。培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力；增強了學(xué)生合理利用資源和環(huán)境保護意識；利于讓學(xué)生形成正確的價值觀。見圖11、圖12。

四、教學(xué)實踐反思

本節(jié)課選取防病毒口罩作為情境素材，學(xué)生每天使用口罩但對口罩的材料及防病毒原理一無所知，因此學(xué)生對本節(jié)課充滿期待，能完全投入到學(xué)習(xí)中，能真探究，真參與，真思考，實現(xiàn)學(xué)科育人的價值。

通過遠(yuǎn)程連線長春應(yīng)用化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)重點實驗室的李老師，用紅外光譜儀分析學(xué)生推測的口罩材料結(jié)構(gòu)的正確性，使得教學(xué)更有說服力，讓學(xué)生體驗科研儀器檢測的精準(zhǔn)高效性。

生物實驗室的可視化數(shù)碼顯微鏡，可以觀察不透光的實物，非常適合本節(jié)課使用?？梢暬瘮?shù)碼顯微鏡的使用讓學(xué)生能觀察口罩熔噴布的纖維結(jié)構(gòu)，對孔徑的大小、纖維的粗細(xì)有直觀的體驗，更有利于學(xué)生理解防病毒的原理，實現(xiàn)認(rèn)識水平的跨越。有效驅(qū)動學(xué)生思考宏觀現(xiàn)象背后的微觀原理，體會實際生活與化學(xué)科學(xué)的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生用“科學(xué)的眼光”洞察生活的能力。

整節(jié)課以教師引領(lǐng)學(xué)生思考、探究為主，促進了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。建立起了產(chǎn)品與原料之間關(guān)聯(lián)的設(shè)計思路，滲透了可持續(xù)發(fā)展的原料觀和可降解的產(chǎn)品觀，引起學(xué)生對科學(xué)發(fā)展觀的思考。以抗疫物資口罩為研究對象，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用科學(xué)的視角認(rèn)識和理解客觀世界，科學(xué)看待日常防疫的必要性，用化學(xué)知識和方法解決生活生產(chǎn)中的問題，在探究的過程中實現(xiàn)學(xué)科育人的思政目標(biāo)。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部．普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[s]．北京．人民教育出版社．2020.

[2]韓梅，秦冰，高中化學(xué)學(xué)科中的社會責(zé)任素養(yǎng)內(nèi)涵及課程內(nèi)容指向探析——以必修課程為例[J]．化學(xué)教學(xué)，2020（2）： 9-12．

[3]葉依叢，邵傳強．基于發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有機高分子單元教學(xué)設(shè)計——以“防病毒口罩濾芯材料的設(shè)計與發(fā)展”為例[J]．化學(xué)教學(xué)．2021（1）：52-58.

[4]顏靜，李宇琛，“新冠肺炎”抗疫中使用的重要高分子材料[J]．大學(xué)化學(xué)．2020.35（12）：71-76．