常澤英 張玉彬 尹 萍
(1.深圳明德實(shí)驗(yàn)學(xué)校香蜜校區(qū) 廣東深圳 518048;2.福田區(qū)教育科學(xué)研究院 廣東 深圳 518048;3.深圳市福田區(qū)梅林中學(xué) 廣東 深圳 518048)
大概念統(tǒng)領(lǐng)下化學(xué)大單元教學(xué)設(shè)計(jì)是當(dāng)今中學(xué)化學(xué)教學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn),也是落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng),進(jìn)一步深化化學(xué)課堂教學(xué)改革的一個(gè)重要突破點(diǎn)。核心素養(yǎng)的養(yǎng)成需要學(xué)生去探究、體驗(yàn),經(jīng)歷一個(gè)完整的學(xué)習(xí)過(guò)程,完整的學(xué)習(xí)過(guò)程體現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程中就是單元。教師要從單元整體的角度去思考學(xué)習(xí)內(nèi)容的特點(diǎn)、共性和關(guān)聯(lián),思考知識(shí)在生活中的遷移和運(yùn)用,思考每節(jié)課在單元中的價(jià)值和作用,使學(xué)生經(jīng)歷完整的學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)提煉大概念,建立知識(shí)之間、知識(shí)與生活的關(guān)聯(lián),促進(jìn)高通道遷移,發(fā)展核心素養(yǎng)。
《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》指出:進(jìn)一步精選了學(xué)科內(nèi)容,重視以學(xué)科大概念為核心,使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化,以主題為引領(lǐng),使課程內(nèi)容情境化,促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)[1]。以大概念為統(tǒng)領(lǐng),以化學(xué)大單元為載體,通過(guò)將化學(xué)中相關(guān)的概念、原理、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用等內(nèi)容進(jìn)行整合,并引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際問(wèn)題出發(fā),構(gòu)建知識(shí)體系,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力[2]。從老師的角度,以學(xué)科大概念為引領(lǐng)進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì),老師需要統(tǒng)籌教學(xué)內(nèi)容形成教學(xué)框架,使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化,更系統(tǒng)地把握單元整體特征和前后關(guān)聯(lián),創(chuàng)設(shè)單元大情境,產(chǎn)生大問(wèn)題,形成大任務(wù),對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)做到有的放矢、循序漸進(jìn)地培養(yǎng)。從學(xué)生角度,它可以幫助學(xué)生形成對(duì)單元的整體認(rèn)知,更有層次、更有系統(tǒng)地學(xué)習(xí),習(xí)得結(jié)構(gòu)化的知識(shí),掌握問(wèn)題解決的方法,促使知識(shí)在新情境中遷移和運(yùn)用。學(xué)生在復(fù)習(xí)的時(shí)候,也可以利用單元框架來(lái)復(fù)習(xí),潛移默化地提升自己的邏輯思維和自主探究的能力。
大概念統(tǒng)領(lǐng)下化學(xué)大單元教學(xué)設(shè)計(jì)可以分為統(tǒng)籌分析、整體建構(gòu)、課時(shí)設(shè)計(jì)、反思改進(jìn)四步(圖1)。第一步,統(tǒng)籌分析。研究分析教材、教參、課標(biāo)、化學(xué)史料、視頻等教學(xué)資源,整理單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖,確定單元教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和核心任務(wù),提煉出本單元化學(xué)學(xué)科大概念、核心概念(次級(jí)大概念)、基本概念。第二步,整體建構(gòu)。教師在分析學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)上,根據(jù)單元知識(shí)的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程,對(duì)單元知識(shí)進(jìn)行整合、重組、開(kāi)發(fā),創(chuàng)設(shè)單元大情境,形成關(guān)聯(lián)且遞進(jìn)的學(xué)習(xí)(問(wèn)題)任務(wù)。第三步,課時(shí)設(shè)計(jì)。在整體建構(gòu)之后,將大任務(wù)下的若干小任務(wù)進(jìn)行合理組合,依照學(xué)習(xí)任務(wù)的不同進(jìn)行課時(shí)分配,設(shè)計(jì)課時(shí)目標(biāo)和學(xué)生學(xué)科實(shí)踐活動(dòng),引領(lǐng)學(xué)生自主、合作、探究,突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)。第四步,反思改進(jìn),教師可以依據(jù)課堂教學(xué)效果及課后學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)結(jié)果修正優(yōu)化單元教學(xué)設(shè)計(jì)。
以大概念視野為基礎(chǔ)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐,強(qiáng)調(diào)了教學(xué)內(nèi)容的整合和融合[3]。基于學(xué)科大概念的單元教學(xué)設(shè)計(jì),首先需要針對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行分析。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》在選擇性必修模塊3的“生物大分子及合成高分子”主題中明確指出學(xué)生應(yīng)“了解聚合物的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)”“了解加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的特點(diǎn)”“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)域中的應(yīng)用”等內(nèi)容。因此人教版教材以高分子為主要學(xué)習(xí)對(duì)象,旨在通過(guò)有機(jī)化學(xué)的知識(shí)、方法和視角,幫助學(xué)生分析和預(yù)測(cè)高分子材料的性質(zhì),改進(jìn)其功能,并設(shè)計(jì)高分子合成路線。在合成高分子中,單體的分子結(jié)構(gòu)和聚合方式?jīng)Q定了高分子的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的不同,在進(jìn)一步的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)中,分子性質(zhì)的差異將決定其在不同的領(lǐng)域和用途中的應(yīng)用。因此,分子結(jié)構(gòu)的特征決定分子的性質(zhì),分子的性質(zhì)決定了它們?cè)诓牧项I(lǐng)域中的應(yīng)用,這三者之間的關(guān)系在分子化學(xué)中具有重要意義。通過(guò)對(duì)合成高分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,認(rèn)識(shí)合成高分子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)與應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任等化學(xué)學(xué)科素養(yǎng),以便更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)教材、教參、課標(biāo)等資料,研究分析單元內(nèi)容,整理出單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖(見(jiàn)圖2),確定核心素養(yǎng)目標(biāo)和評(píng)價(jià)目標(biāo)見(jiàn)表1所示。
在整體建構(gòu)的過(guò)程中,要充分利用學(xué)生已有的基礎(chǔ)知識(shí)和技能,以及生活體驗(yàn),從而更好地理解本單元的知識(shí)。首先,在初中和必修階段學(xué)生了解了高分子的一般概念,并在學(xué)習(xí)乙烯聚合反應(yīng)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了高分子的結(jié)構(gòu),了解了從結(jié)構(gòu)的角度理解材料的性質(zhì)。在日常生活中,學(xué)生接觸了水杯、臉盆、輪胎、橡皮筋和衣服等高分子材料,但并不了解它們的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),也不了解現(xiàn)代高分子材料的精細(xì)方向發(fā)展。本單元要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)合成高分子的兩類(lèi)基本方法,加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng),以及加聚和縮聚物的結(jié)構(gòu)特征。再讓學(xué)生了解高分子材料的主要類(lèi)別,以及各類(lèi)材料中的代表物質(zhì)的合成方法、結(jié)構(gòu)性質(zhì)和用途,以及聚酰胺纖維等體現(xiàn)化學(xué)社會(huì)價(jià)值的內(nèi)容。通過(guò)梳理學(xué)科知識(shí)的來(lái)龍去脈,分析本單元內(nèi)部的知識(shí),確定學(xué)習(xí)的先后順序,以及知識(shí)的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程,形成一些關(guān)聯(lián)且遞進(jìn)的知識(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)鏈(見(jiàn)圖3),從而更好地理解本單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

圖3 “合成高分子”單元教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)框架和課時(shí)劃分圖
化學(xué)是一門(mén)研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、變化及其規(guī)律的自然科學(xué),它不僅可以幫助我們認(rèn)識(shí)物質(zhì),還可以幫助我們創(chuàng)造物質(zhì)。比如沖鋒衣是人們?cè)谶M(jìn)行戶(hù)外活動(dòng)時(shí)常用的衣服裝備,根據(jù)沖鋒衣的應(yīng)用需求其面料應(yīng)具有哪些功能?接下來(lái)通過(guò)本單元的學(xué)習(xí)我們可以了解掌握運(yùn)用合成高分子技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)沖鋒衣面料的方法,并由此推廣聯(lián)想到合成高分子技術(shù)在人們生活和工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。
大單元任務(wù)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題:沖鋒衣在戶(hù)外主要用于應(yīng)對(duì)風(fēng)雨等惡劣環(huán)境,所以沖鋒衣面料需要具備防水功能,同時(shí)能夠保證一定的透氣性能(防止穿著不適),另外沖鋒衣作為戶(hù)外服裝其面料應(yīng)具有一定的耐磨性能。如何設(shè)計(jì)合成具有防水性能、透氣性能和耐磨性能的高分子材料,以應(yīng)用于沖鋒衣的面料制造?
第1課時(shí)——學(xué)習(xí)合成高分子的基本方法。
[情境創(chuàng)設(shè)]介紹常見(jiàn)沖鋒衣的宣傳賣(mài)點(diǎn)——防水透氣面料:當(dāng)前世界上沖鋒衣防水透氣面料知名度和認(rèn)可度最高的是GORE-TEX,實(shí)現(xiàn)其防水透氣功能的是一層叫做膨體聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜,這種薄膜每平方英寸有超過(guò)90億個(gè)小孔,這些小孔的大小約為液態(tài)水滴的萬(wàn)分之一,而又比氣態(tài)水分子大700倍,所以在實(shí)現(xiàn)防水的同時(shí)又具有很好的透氣性。
[教師]沖鋒衣防水透氣面料膨體聚四氟乙烯(ePTFE)是人工合成的高分子材料,我們根據(jù)已學(xué)知識(shí)怎樣才能設(shè)計(jì)具有這樣功能的高分子材料?
[學(xué)生]回顧合成聚氯乙烯的化學(xué)反應(yīng),從斷鍵和成鍵的角度,理解氯乙烯在一定條件下通過(guò)相互加成的方式連接成鏈狀的高分子聚氯乙烯。
[學(xué)生活動(dòng)]以四氟乙烯為原料,書(shū)寫(xiě)合成聚四氟乙烯的化學(xué)方程式,并請(qǐng)一位學(xué)生代表在黑板上從化學(xué)鍵斷裂和形成的角度與大家交流對(duì)加聚反應(yīng)的理解。
[教師講解并板書(shū)]通過(guò)觀察以上兩個(gè)反應(yīng),梳理高分子相關(guān)概念(單體、鏈節(jié)、聚合度、聚合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量)。
[小結(jié)]模型解析加聚反應(yīng),進(jìn)行方法總結(jié):推測(cè)加聚物的單體,一般用“折鍵法”——去中括號(hào)后,從右往左依次折鍵,最后一條折掉。并進(jìn)行方法運(yùn)用練習(xí)鞏固。
[教師]我們?cè)?jīng)學(xué)過(guò)乙酸和乙醇在酸催化下發(fā)生酯化反應(yīng),該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。如果用二元酸和二元醇代替一元酸和一元醇,如:乙二酸和乙二醇在酸催化下發(fā)生酯化反應(yīng),則生成連接成鏈狀的聚酯,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是什么呢?
[學(xué)生活動(dòng)]展示球棍模型模擬乙二酸和乙二醇反應(yīng)原理,并寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。
[教師引導(dǎo)]沖鋒衣的面料除了需要滿足防水透氣等性能外,還需要耐磨。介紹制作沖鋒衣面料所常用到的一種高分子材料——錦綸(聚己二酰己二胺)。
[學(xué)生活動(dòng)]閱讀教材P139聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺的合成過(guò)程,書(shū)寫(xiě)并展示合成聚己二酰己二胺的化學(xué)方程式。
[小結(jié)]模型解析縮聚反應(yīng),進(jìn)行方法總結(jié):推測(cè)縮聚物的單體一般用“斷鍵加基法”——去中括號(hào)后,將其中的酯基或肽鍵斷開(kāi),并加上對(duì)應(yīng)的端基。并進(jìn)行方法運(yùn)用練習(xí)鞏固。
[教師]加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)有何區(qū)別?
[學(xué)生活動(dòng)]從單體結(jié)構(gòu)、鏈節(jié)組成、聚合物的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)鍵(官能團(tuán))的變化、反應(yīng)過(guò)程中有無(wú)小分子生成、化學(xué)方程式的特點(diǎn)等角度總結(jié)兩類(lèi)聚合反應(yīng)的異同。
第2 課時(shí)——掌握通用高分子材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。
[情境創(chuàng)設(shè)]聚四氟乙烯是一種具有“塑料王”美譽(yù)的高分子材料,它為我們的衣食住行提供了便利。為了滿足生產(chǎn)和生活需求,人們開(kāi)發(fā)出了塑料、合成纖維、合成橡膠等具有通用用途的高分子材料,只要我們掌握它們的區(qū)別,我們可以制造出性能更優(yōu)異的材料,為我們的生活提供更多的便利。請(qǐng)大家找找生活中常見(jiàn)的通用高分子材料有哪些,并將它們進(jìn)行分類(lèi)。
[學(xué)生活動(dòng)]小組合作,展示課前收集的信息。
[教師]物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)的原則同樣適用于高分子,由于連接方式不同,高分子的結(jié)構(gòu)大致可以分為三類(lèi):線型結(jié)構(gòu)、支鏈型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),你能舉例說(shuō)明它們各自的特性嗎?
[學(xué)生活動(dòng)]分組閱讀教材P134,聯(lián)系生活,交流匯報(bào)三種結(jié)構(gòu)的差異。
[教師]觀察保鮮膜(高壓聚乙烯)和酸奶瓶(低壓聚乙烯),它們都是聚乙烯塑料,用途卻相差很大,簡(jiǎn)要總結(jié)高壓法和低壓法聚乙烯塑料的性能、用途和結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系?
[學(xué)生活動(dòng)]討論思考,根據(jù)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的基本觀念,分析分子結(jié)構(gòu)的變化,判斷物質(zhì)的性質(zhì)變化。
[教師]對(duì)比聚乙烯和酚醛樹(shù)脂,請(qǐng)大家思考它們?cè)谏钪械牟煌猛荆瑸槭裁淳€型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)材料性質(zhì)會(huì)有影響?
[學(xué)生活動(dòng)]同學(xué)觀看演示實(shí)驗(yàn):酸催化線型酚醛樹(shù)脂的形成和堿催化網(wǎng)狀酚醛樹(shù)脂的形成。討論,思考通過(guò)改變它們的結(jié)構(gòu),從而改變性能,用于生活中不同的方面。
[教師]纖維是人們生活中的必需品。棉花、羊毛、蠶絲和麻等是大自然賦予人們的天然纖維;合成纖維創(chuàng)立于20 世紀(jì)30年代。合成纖維性能優(yōu)異,用途廣泛,而且生產(chǎn)條件可控,原料來(lái)源豐富,不受自然條件影響。引導(dǎo)學(xué)生寫(xiě)出合成具有某些特殊性能的合成纖維的化學(xué)方程式。
[教師]天然橡膠為何容易老化?實(shí)驗(yàn)室盛哪些藥品的試劑瓶的瓶塞不能用橡膠塞?
[學(xué)生活動(dòng)]討論,思考順丁橡膠的缺點(diǎn)以及改進(jìn)措施,體會(huì)化學(xué)鍵的引入對(duì)材料性能的改良,了解合成高分子材料的另一種思路。
第3課時(shí)——在功能高分子材料的學(xué)習(xí)中掌握其設(shè)計(jì)和合成方法。
[情境創(chuàng)設(shè)]為適應(yīng)高科技產(chǎn)業(yè)的要求,人們開(kāi)發(fā)出具有某些特殊化學(xué)、物理及醫(yī)學(xué)功能的高分子材料,其中有一種特殊的高分子材料——聚四氟乙烯,它可以用來(lái)制作沖鋒衣,從而讓沖鋒衣具有防水透氣防風(fēng)的功能。為了更好地理解這種材料的特性,我們需要觀察它的合成路線(見(jiàn)圖4),并了解它與其他通用高分子材料的區(qū)別,以便制造出更優(yōu)異的材料,為我們的生活提供更多的便利。

圖4 聚四氟乙烯的合成路線
[教師]以上合成過(guò)程中的3步反應(yīng)分別屬于哪些反應(yīng)類(lèi)型?
[學(xué)生]傾聽(tīng)思考,并回答問(wèn)題。
[教師]將聚四氟乙烯膨體改變結(jié)構(gòu)后得到的功能高分子材料和傳統(tǒng)高分子材料相比,性能上有哪些不同?
[學(xué)生]傾聽(tīng)思考,并回答問(wèn)題。
[教師]嬰兒紙尿褲芯體材料應(yīng)具有吸水、保水且不溶于水的功能,高吸水性樹(shù)脂可以用于嬰幼兒紙尿褲。請(qǐng)大家閱讀教材,理解吸水性樹(shù)脂和高分子分離膜的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么?
[學(xué)生活動(dòng)]對(duì)比膨體聚乙烯和原料聚乙烯的分子結(jié)構(gòu),其改變了孔徑大小。分組討論交流,比較材料的性能。
[創(chuàng)新實(shí)踐]具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉是一種常用的高吸水性樹(shù)脂。以乙炔或丙烯制備聚丙烯酸鈉的合成路線(給出部分陌生有機(jī)反應(yīng)的信息)。
[學(xué)生活動(dòng)]設(shè)計(jì)合成路線,交流討論,比較不同路線的優(yōu)劣。
方案1:
乙炔→丙烯氰→丙烯酸→丙烯酸鈉→聚丙烯酸
方案2:
丙烯→3-氯-1-丙烯→丙烯醇→丙烯醛→丙烯酸→丙烯酸鈉→聚丙烯酸
方案3:
丙烯→丙烯醛→丙烯酸→丙烯酸鈉→聚丙烯酸
[教師]除了膨體聚四氟乙烯(ePTFE)外,市面上還有其他防水透氣面料技術(shù)嗎?
[展示資料]以德國(guó)Sympatex(新寶適)公司開(kāi)發(fā)的防水透氣薄膜為例,指導(dǎo)學(xué)生閱讀介紹其技術(shù)的資料。
[教師引導(dǎo)]除了戶(hù)外衣物用品外,防水透氣的聚氨酯(PU)薄膜應(yīng)該還可以應(yīng)用在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域,例如最簡(jiǎn)單的創(chuàng)可貼以及各種藥貼等,當(dāng)然還包括現(xiàn)在由于新冠疫情而需求量大增的醫(yī)用防護(hù)服、手套等。
[學(xué)生活動(dòng)]傾聽(tīng),了解我國(guó)國(guó)內(nèi)目前自主研發(fā)的防水透氣面料技術(shù)。
[小結(jié)]根據(jù)高分子結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系,我們可以?xún)?yōu)化高分子的分子結(jié)構(gòu)合成特定需求的材料,或者可以通過(guò)優(yōu)化小分子結(jié)構(gòu),合成帶有特定基團(tuán)的小分子單體,再聚合生成高分子。
依據(jù)課堂教學(xué)效果及課后學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)結(jié)果修正優(yōu)化單元教學(xué)設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)從期望學(xué)生學(xué)會(huì)什么出發(fā),根據(jù)學(xué)生學(xué)得怎么樣以及學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展是不是達(dá)到了預(yù)期,從整體上進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化、反思和改進(jìn)。
選擇性必修3《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》在編寫(xiě)上突出“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”“性質(zhì)決定用途”的科學(xué)思想,對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)起著非常重要的作用。本單元是對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)總結(jié)與綜合運(yùn)用,是有機(jī)模塊的收官之作,將有機(jī)物結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用三者聯(lián)系到一個(gè)整體單元來(lái)進(jìn)行教學(xué)是非常必要的。在課堂中可以讓學(xué)生思考有機(jī)化學(xué)知識(shí)如何聯(lián)系到實(shí)際應(yīng)用,結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)和性質(zhì)決定用途的科學(xué)思想如何體現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中,讓學(xué)生提出問(wèn)題,與其他學(xué)生進(jìn)行討論,以便更好地探究問(wèn)題,提出更多的問(wèn)題,從而更好地學(xué)習(xí)。大概念下化學(xué)大單元“四步教學(xué)設(shè)計(jì)”是筆者對(duì)大概念下大單元整體教學(xué)的一個(gè)嘗試,其核心是尊重學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展脈絡(luò),將學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展脈絡(luò)與單元任務(wù)完成過(guò)程中知識(shí)脈絡(luò)關(guān)聯(lián)起來(lái),使學(xué)生在原有認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,形成對(duì)物質(zhì)世界的整體認(rèn)識(shí),從而促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。