初中化學教學中滲透科技前沿知識的研究
——以“有機合成材料”為例

申國明，劉浩琛，韓小兵，高 潔

（1.浠水縣三店學校，湖北 黃岡 438200；2.湖北科技學院 核技術與化學生物學院，湖北 咸寧 437100）

在2016年的全國科技創新大會上，習近平總書記指出：“科技創新和科學普及是實現創新發展的兩翼，要把科學普及放在與科技創新同等重要的位置。”[1]化學作為自然科學的中心學科，全世界每天都有相關的科技知識產生，在化學教育的啟蒙階段滲透相關科技前沿知識，不僅對激發學生的學習興趣及引導學生深入理解化學學科的重要性具有重要意義，還有助于培養學生的探究意識和能力，促進學生自主學習[2]。

在初中化學教學中滲透科技前沿知識，既是素質教育的要求，也是化學教學改革的方向和趨勢。由于部分教師對科技前沿知識理解不足、知之甚少或不會運用，前沿知識的滲透難以實現[3]。鑒于此，本研究在總結科技前沿知識滲透原則和方法的基礎上，以“有機合成材料”章節為例，充分挖掘相關科技前沿知識，并將其有機融入課堂教學中。

1 科技前沿知識滲透的原則和建議

初中化學新編教材中已經開始重視科技前沿知識的編排，然而科技前沿知識的滲透需要較好的理論基礎，教學過程如果不能很好地與學生的實際學情相結合，容易造成囫圇吞棗的后果。因此，在初中化學教學中進行科技前沿知識的滲透需要注意一定的原則[4]。

在初中化學教學中進行科技前沿知識的滲透需要注意3點：（1）注重理論聯系實際。傳統的講授教學往往以單純的理論輸出為主，學生對所學知識的理解比較抽象和模糊，因此需要轉變教學理念，將實際生活生產相關科技前沿知識有機融入相關理論教學中；（2）遵循學生的思維成長方式。科技前沿知識的引入容易讓學生感到突兀和不適，在教學過程中，相關內容要以生動、形象的方式進行滲透，并且要循序漸進地引導學生主動思考，著力讓學生體會科技的過程與方法、情感態度與價值觀；（3）幫助學生正確認識科學發展規律。當前的塑料白色污染、重金屬及燃料造成的水體污染等熱點問題，并非科學技術存在問題，而是由于人類認識的不完善，因此，要幫助學生全面看待事物的發展。

2 科技前沿知識滲透的方法和途徑

當前，在初中化學教學中進行科技前沿知識的滲透已經取得了一定的進步，但是按照較高的標準和要求來看，依然存在諸多不到位的地方。主要表現為一些教師對前沿知識知之甚少，巧婦難為無米之炊；還有部分教師認為前沿知識太過深奧、難以理解，不知道如何在教學中進行有效滲透。因此，在初中化學教學中進行科技前沿知識的滲透需要掌握一定的方法，此處結合已有文獻的報道總結出以下途徑[3，5]。

（1）課前滲透。主要是指備課滲透，教師要加強科技前沿知識的學習，經常閱讀化學專業中外文相關雜志、瀏覽科技前沿專業網站、觀看電視科技欄目，確保有充足的前沿科技知識來源，在備課時胸有成竹。（2）課堂滲透。首先，課程的導入是進行科技前沿知識滲透的良好切入點，利用科技前沿知識導入新課，既能進行科普教育，又能調動學習的積極性，為新課奠定良好的基礎；其次，化學是一門以實驗為基礎的學科，在探究性實驗教學中進行前沿科研實驗的滲透，可以增強學生學好化學的動力；最后，在課堂練習中也可以進行科技前沿知識的滲透，研究結果表明，以科技前沿知識為背景的習題訓練，既能調動學生學習的積極性，又能達到通過滲透科技前沿知識進行教育的目的。（3）課后滲透。課后以小組為單位開展研究性學習，開展科技前沿知識相關內容的探究活動，不僅能促進學生科學思維的形成，還能拓展學生的眼界。

3 以“有機合成材料”為例進行科技前沿知識的挖掘和滲透

基于以上科技前沿知識滲透的原則和途徑，以初中化學“有機合成材料”章節的教學為例，進行塑料白色污染、塑料快速降解、新型可降解塑料、可循環塑料、基于廢氣的塑料、生物質塑料等相關科技前沿知識的挖掘與滲透。

3.1 以塑料“白色污染”危害的科技前沿知識導入

介紹完化合物的分類及有機小分子化合物后，主要是普及以有機高分子為基礎的有機合成材料。以有機高分子為基礎的有機合成材料主要包括塑料、橡膠、纖維，合成材料的應用和發展大大方便了人類的生活，但是合成材料廢棄物的急劇增加也造成了環境問題，廢棄塑料造成的“白色污染”尤為嚴重。

在介紹“有機合成材料”之前，可以通過圖片、視頻等形式突出“白色污染”的危害，在此基礎上可以通過科技前沿知識深入揭示具體危害，增強學生的環保意識。例如據世界頂級權威雜志報道[6]，每年有近萬噸塑料微粒通過河流排入大海，嚴重威脅了海洋生物的生長。最新的研究成果表明，在人類消費的海鮮產品中檢測到了塑料微粒和短纖維，這些難以降解的有害污染物會隨著人類進食在人體中富集[7]。海洋中的塑料微粒會降低浮游生物的存活率，魚類吸食塑料微粒會造成腦損傷和行為障礙，這些塑料微粒通過食物鏈向上轉移，最終會進入頂級消費者的大腦并影響其行為[8]。此外，還有研究表明，海洋中的塑料污染不僅會進入魚類體內，也已波及人們吃的海鹽。在8個國家生產的16種不同品牌的海鹽中，檢測出72種顆粒物，其中包括30種塑料顆粒物[9]。

3.2 在“白色污染”解決方案中拓展科技前沿知識

教材中在介紹解決“白色污染”問題時提到了可以從減少使用、重復使用、使用可降解塑料和回收廢棄塑料4個方面著手，這里也可以進行相關科技前沿知識的拓展。

塑料的使用之所以會造成“白色污染”，主要是因為傳統的塑料制品以聚乙烯、聚苯乙烯、PET聚酯為主要原料，這些鏈狀高分子在自然條件下都十分穩定。雖然這些塑料在自然條件下降解得比較慢，但是可以利用新的技術加速降解。例如利用一種新的催化劑，可以在溫和的條件下將聚乙烯塑料袋快速分解為液體燃料，不僅解決了污染問題，還實現了廢棄物的重復利用[10]。對于聚苯乙烯泡沫塑料，最近的研究發現蠟蟲和黃粉蟲在24 h內可以實現聚苯乙烯的快速降解[11]，將這些塑料轉化為二氧化碳和自身的機體。礦泉水和飲料的大量消費導致PET聚酯塑料瓶廢棄物驟增，一些細菌體內的酶可以加速PET聚酯的分解，在對這些酶進行改進后，10 h內至少有90%的PET聚酯分解為單體[12]。

對于塑料降解難的問題，除了利用上述新科技加速分解外，還可以通過教材中提到的開發可降解塑料解決。傳統PET聚酯由于具有剛性結構難以降解，近年來，人們又合成了具有柔性結構的PBS、PBSA、PBAT等聚酯，不僅具有較好的耐熱性和抗沖擊性能，還可以被自然界中的多種微生物或動植物體內的酶分解代謝，最終生成二氧化碳和水[13]。

教材中還提到了回收廢棄塑料不僅可以減少廢棄塑料的數量，還能節約資源，這里不僅可以介紹傳統廢棄塑料回收應用的前沿知識，還可以滲透關于可循環利用塑料的知識。大連理工大學Liu Y等[14]以二氧化碳和環氧化合物為原料，在催化劑的作用下發生共聚得到可循環使用的聚碳酸酯塑料。當溫度超過100 ℃，這種塑料可以完全轉化為二氧化碳和環氧化合物，多次循環使用后原料和塑料的性質都沒有發生改變。

3.3 開展基于非石油資源塑料的科技前沿知識探究

研究性學習不僅能讓學生拓展知識面，還能提高合作交流和解決問題的能力，本章節的內容也可以指導學生課后開展研究性學習。教材中在討論部分指出傳統塑料是由石油煉制的產品制成的，而石油資源是有限的，這里可以引導學生進行基于非石油資源塑料的科技前沿知識探究。例如為了減少石油這種不可再生資源在塑料中的使用，人們開始利用工業廢棄物進行塑料的制備，除了前面提到的利用二氧化碳與環氧化合物合成聚碳酸酯外，人們又利用一氧化碳與苯乙烯或乙烯合成了新型的聚酮塑料[15]。此外，為了完全消除對石油資源的依賴，人們又開發了一系列可快速降解的生物質塑料，這些塑料以動植物提取物為原料，符合可持續發展的要求。例如以淀粉為原料，通過微生物發酵可以直接合成聚羥基脂肪酸酯類聚合物；以淀粉發酵得到的乳酸為原料，可以合成綠色塑料聚乳酸[13]。

4 結語

在初中化學教學中滲透科技前沿知識，既有利于學生綜合素質的提高，又能推動教學模式的創新。總結了科技前沿知識在教學中滲透的原則和方法，并以“有機合成材料”章節教學為例，進行了相關科技前沿知識的挖掘及有效滲透，希望能以此激發學生的學習興趣并拓展學生的知識面，同時為中學化學教學中科技前沿知識的滲透提供指導。