聚焦核心素養的高中化學“四線”聯動課堂研究

何笑凡

摘 要：真實情境、學生活動、化學知識是化學課堂重要部分，通過它們之間的不斷聯動可以推動課堂，實現化學學科核心素養的落實。在“點線面”視角下引導學生認識高分子材料微觀結構與材料性能之間的聯系，開展情境線、活動線、知識線、素養線“四線”聯動的化學課堂，培養學生化學學科核心素養，增強社會責任感。

關鍵詞：核心素養；“四線”聯動；點線面；有機高分子材料；綠色化學

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，普通高中的培養目標是進一步提升學生的綜合素質，著力發展核心素養，使學生具有理想信念和社會責任感，具有科學文化素養和終身學習能力，具有自主發展能力和溝通合作能力[1]。高中化學“四線”聯動課堂的“四線”指的是情境線、知識線、活動線和素養線。素養線是“核”，其他三線作為“三翼”圍繞素養線相互聯系，共同推動學生素養線的不斷延伸。情境中不斷出現的問題，激發學生思考并設計探究活動方案，學生在教師引導下進行相關化學知識的學習，逐漸形成化學學習的關鍵能力和必備品格，落實化學核心素養。利用活動線的探究和知識線的學習，引導學生辯證地看待問題和正確尋找解決問題的方法。

一、“四線”聯動教學的意義

高中化學課堂中，情境推動的明線和知識的暗線是教師的常規設計，與言語傳授的教學方式相比，情境學習能夠讓學生在一種真實而自然的情境中，潛移默化地習得大量的內隱知識，又在現實環境中自然而然地運用這些顯性知識和內隱知識[2]。但課堂應是學生為主體的課堂，學生活動是課堂的重要組成部分，對情境問題的解決和化學知識的學習有著推動作用。學生在活動中圍繞情境問題進行化學知識的學習與建構，在知識建構過程中實現核心素養的提升。而活動中出現的新情境問題反過來再次激發學生的熱情，開展新的探究活動和學習知識。這樣，核心素養線的落實變成一種自然持續、自主延伸的過程。

二、教學目標和思路的確立

（一）教學目標

以必修《化學》第二冊第七章第二單元“乙烯與有機高分子材料”內容為例。從知識層面而言，學生已認識乙烯的性質，學習了加成反應；對生活中一些常見的有機高分子材料有接觸；對“白色污染”也有一定的認知。從能力層面來看，知道微觀結構決定性質，已有從微觀角度去認知宏觀事物性質的意識[3]。基于此，本節課要求學生認識常見有機高分子材料，理解加聚反應，能從有關材料、環境等方面進行必要的探討和分析，預設如下教學目標：

1.通過認識常見有機高分子材料，了解其在生活方面應用。辯證地看待“白色污染”問題產生的原因，落實科學態度與社會責任的素養。

2.通過球棍模型拼搭活動，學會利用微觀模型去解釋性能特點的思維方法。建立結構、性能和應用之間的聯系，培養證據推理與模型認知、宏觀辨識和微觀探析的素養。

3.探索減少“白色污染”的途徑，提升應用知識和解決問題的能力，體現科學探究和創新意識的素養。

（二）設計思路

在真實情境下設計活動，解決實際生活中的問題，有利于夯實學生的基本知識，發展學生的關鍵能力，培養學生的核心素養[4]。“四線聯動”教學設計思路如下：

情境線索：“限塑令”限制吸管使用—分析汽車輪胎橡膠性能要求—如何增加橡膠強度—回扣頒布“限塑令”的原因—進行白色污染問題解決辦法的探討

活動線索：調查吸管使用體驗—拼搭線型分子（PE、PP）模型—天然橡膠球游戲—“交聯”設計拼搭—PET瓶受熱實驗—閱讀回收PET瓶制大衣新聞—使用可降解PLA吸管

知識線索：了解常見高分子樹脂—單體、鏈節、聚合度概念，聚合反應方程式—線型分子交聯增強—熱塑性—有機高分子的降解

素養線索：證據推理和模型認知—宏觀辨識和微觀探析—科學態度與社會責任—科學探究和創新意識

以“點線面”的幾何視角，采用跨學科聯系從微觀結構變化去體會宏觀性能改變，把學習的主動權交給學生，創新設計如下：“點”對應單體，“線”對應線型高分子，“面”對應體型高分子；由“點”（單體）聚合成“線”（線型高分子），由“線”交聯成“面”（體型高分子）。另一方面，“面”可變“線”，“線”也可變“點”，線型高分子因熱塑性可回收成新產品，線型高分子降解成單體小分子，可實現環境友好。

（三）課堂實錄

教學環節一 生活情境，引入思考問題

在課前活動環節，教師安排學生分組調查奶茶店使用的一次性吸管種類，隨機采訪消費者對于吸管使用的體驗，查閱生產吸管材料的相關信息。

在調查后，教師要創設情境設置疑問：學生匯報調查情況，總結“限塑令”實行后消費者對紙吸管使用體驗。顧客普遍抱怨紙吸管用著很快就變軟了，還有較難戳破奶茶的包裝的問題。傳統的一次性吸管的材質是什么成分？國家為什么要出臺“限塑令”呢？

這期間教師要適度地引導學生了解常見的一次性吸管材料是聚乙烯或聚丙烯，屬于一種塑料，是有機高分子材料的一種。

【知識問題1】上節課我們已經學習了乙烯的性質，那么乙烯到聚乙烯的變化如何實現？

【學生活動1】四名同學一組，利用先前組裝好的一些乙烯分子球棍模型，結合 “聚”的釋義（本意指“會集”），進行分組討論，提出聚乙烯可能的形成方式。請各小組展示本小組的聚乙烯球棍模型片段，說明組裝的方式，并把相同思路小組的模型片段繼續連接。

【生1】碳原子最外層有四個電子，與其他碳原子以共價鍵連接。

【生2】乙烯分子中碳原子之間呈雙鍵，聚乙烯是把一些乙烯分子按一定規律“聚”在一起，很可能是雙鍵發生斷裂，兩分子乙烯之間成鍵連接。

【教師小結】高分子材料由小分子聚合而成。

設計意圖：本節課以學生常見的吸管種類引入，引導學生對發布“限塑令”原因的思考，以已知乙烯結構特點及中文“聚”的含義，借助球棍模型拼搭，激發學生自主認知加聚反應，從而培養學生主動思考習慣。

教學環節二 從“點”到“線”，鏈狀聚合

在教學環節二開始，教師要引導學生了解一個知識點：乙烯分子斷開雙鍵中一根鍵，乙烯小分子通過共價鍵連接成較長鏈分子，最終會變成分子量很大的高分子，這樣的反應叫作聚合反應，乙烯變成了聚乙烯。從反應的機理上看，這種連接方式也是加成反應的一種形式，即加聚反應。

【知識活動1】單體、鏈節、聚合度、聚合物的概念，加聚方程式的書寫。

【學生活動2】既然乙烯形成聚乙烯是小分子的“點”到“線”的過程，那么丙烯也可以是這種“點”。請分組搭建聚丙烯的球棍模型，并寫出合成聚丙烯的方程式。兩名同學負責搭建聚丙烯模型，兩名同學書寫生成聚丙烯的方程式，各自完成后對比。

【學生活動3】閱讀資料，根據生活使用需求，將人工合成有機高分子材料與常見用途連線。

【教師小結】數學中我們知道點能連成線，我們把單體小分子看作是“點”，如果替換單體的“點”，就能得到更多種類的“線”，而每一種“線”就是一種新的聚合物。

設計意圖：數學幾何中有“點線面”的概念，通過學生拼搭活動，直觀理解小分子單體如何形成聚合物，學會書寫加聚反應方程式，活動作載體，情境作延伸，知識作學習，從而培養證據推理與模型認知的核心素養。

教學環節三 引導探究，由“線”到“面”

在這個環節我們要做一個情境延續：有機高分子材料中的天然橡膠也是一種線型分子，廣泛用作輪胎原料，展示天然橡膠球。

【學生活動4】學生用天然橡膠球游戲，并思考天然橡膠是否能夠滿足輪胎的性能要求？

【生3】輪胎要有一定的強度，需要能夠支持一噸多的載重量，還需要有很好的耐磨性能。

【生4】除了有一定強度外，還需要一定的彈性，乘客的體驗會好些。

【生5】天然橡膠是一種線型結構，這個天然橡膠球彈性的確不錯，但強度似乎還不夠。

【知識資料1】①線型分子結構有一定彈性，但強度和韌性差。②網狀分子結構具有更好的強度、韌性、彈性和化學穩定性。

【知識問題2】如何對天然橡膠進行改良？因為天然橡膠沒有足夠的強度，不能直接用來制造輪胎。網狀分子能很好地提高輪胎的強度等性能。

【知識問題3】線型到網狀分子如何轉化？觀察天然橡膠片段，從結構上看有什么可能？

【知識資料2】熱固性高分子是指先形成預聚物，成型時經加熱使其中潛在的官能團繼續反應成交聯網絡結構而固化，再加熱時不能熔融塑化，也不溶于溶劑，高強度、耐熱性好，如硫化橡膠等。

【學生活動5】觀察拼搭好球棍模型結構，嘗試將進行網狀連接。

【教師小結】結構變化：點—線型—三維結構；物質變化：異戊二烯單體—聚異戊二烯—硫化橡膠（交聯后的聚異戊二烯）

設計意圖：通過天然橡膠球的實物感受和輪胎性能需求之間產生認知沖突，結合已知高分子結構性能知識，引導學生對線型微觀結構觀察，找到改良強度的可能方式，再次通過球棍模型拼搭，直觀感受結構改變帶來的性能變化，培養學生宏觀辨識和微觀探析的素養。

教學環節四 “線”型再生，循環利用

【情境回扣】展示垃圾圍城的圖片，我們生活已經離不開高分子材料，但同時面對“白色污染”，我們該怎么辦？

【學生活動6】PET（聚對苯二甲酸乙二酯）塑料的受熱實驗。取兩個PET材質大小一樣的塑料瓶，一個注滿冷水，另一個注入熱水。稍等片刻后，比較兩個瓶子形狀變化。

【知識資料3】PET是線型熱塑性高分子。受熱會變軟，在一定溫度范圍內熔融流動，能反復加熱熔化，冷卻后成型。PET塑料瓶制造的時候一般通過吹塑工藝“拉”出而存在殘余應力，受熱變軟后應力釋放，分子鏈段重新蜷縮，宏觀表現就是瓶子縮小。

【學生活動7】閱讀“PET瓶搖身變大衣”的新聞：我們身邊礦泉水瓶大多是PET材質，如果把PET原料被按色分類，切成碎片，然后熔化，是進行紡織品的制造是一個循環利用的途徑。一個16升容積的瓶的原料可以做成一件毛衣，在商場里的售價是原料的100倍以上。

【教師小結】介紹有機高分子材料之一—纖維

教學環節五? 破“線”成“點”，環境友好

【情境回扣】奶茶店使用另一種聚乳酸（PLA）吸管，為什么它不在限塑令內？

【知識資料4】聚合物的分子骨架結構斷裂成小的鏈段，繼續變成小分子物質，就實現降解。

【知識問題4】請比較聚乳酸和聚乙烯斷裂部位共價鍵差異。

【生6】聚乳酸通過一定條件下酯鍵的斷裂，變成水和二氧化碳，從而實現物質循環。傳統塑料如聚乙烯分子中是碳原子與碳原子連接形式是碳碳單鍵。

【教師小結】可以用水解或一些微生物對聚乳酸進行降解，變成小分子，進行生態循環。而聚乙烯的碳碳單鍵穩定性較高，不易被破壞，在泥土里也找不到能將其降解的微生物或酶。

【課堂總結】從“點線面”的角度再看有機高分子材料特點

【課后拓展】查相關資料，思考PLA材質如何進行物質循環，實現環境友好。

設計意圖：以上兩個環節設計是“白色污染”的解決可能途徑，途徑一通過PET瓶受熱變化的學生實驗及礦泉水瓶變大衣的新聞，讓學生了解線型的有機高分子材料是可以回收利用的。活動線實驗支撐知識線延伸，情境線可循環回收地拓展，增強了學生愛護環境，綠色環保的社會責任。途徑二是通過情境線另一種PLA吸管的結構分析，破“線”成“點”，進行物質循環，激發學生科學探究和創新意識。

（四）教學反思

1.依托生活情境線，推動課堂發展

在本節授課前，讓學生對一次性吸管使用情況進行調查后發現“限塑令”和塑料吸管的優良性能之間的情境沖突，激發學生學習熱情，了解有機高分子材料的優良性能和應用，再從輪胎材料性能要求到PET塑料的回收利用及“白色污染”解決方向，一連串真實情境問題循序漸進，讓學習目標具體化，始終引導學生探知活動，體會到學習化學知識的意義。

2.設計階梯知識線，豐富教學內容

學生在本課前已經學習了乙烯及加成反應，結合“聚”的釋義，使學生自主理解聚合反應。有機高分子材料雖種類繁多，但理解聚合反應就能觸類旁通。通過“點”到“線”的聚合反應和 “線”到“面”的交聯過程，從化學微觀層面，數學幾何角度，將單體、鏈段、長鏈分子等知識串聯，又把塑料、橡膠、纖維知識自然地融入課堂活動中。由PET塑料的受熱變形的實驗過渡到纖維材料的介紹，傳遞“線”型分子可循環利用的環保意識。

3.活動線直析結構，幫助學生理解

課堂采用球棍模型進行高分子片段的搭建，橡膠長鏈的交聯，高分子材料鏈的拆解等學生活動。不僅讓學生理解透聚合反應過程，寫出聚合反應方程式，還滲透了結構決定性質是化學學科的重要思想，培養宏觀辨識和微觀探析的化學核心素養。結合“點線面”的幾何概念類比，直觀表達高分子產品的生產和降解循環，很好地滲透科學態度與社會責任。

4.落實核心素養，增強社會責任感

通過搭建的微觀模型，印證宏觀性質結論，是培養學生宏觀辨識和微觀探析的核心素養重要手段；查閱相關信息，并能運用模型預測和解釋材料性能，落實學生證據推理和模型認知的核心素養；學習化學知識嘗試解決“白色污染”問題，培養學生科學態度和社會責任的學科核心素養。

結束語

“四線”聯動方式不僅在課堂發揮重要作用，課前準備和課后拓展也是課堂的延伸，引導學生建立情境、知識、活動的自主聯動，進行認知方法再應用和知識的拓展，不斷提升學生的化學核心素養。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]付天嬋.基于核心素養的高中化學情境教學實踐：以“探究鐵鹽和亞鐵鹽的性質”教學為例[J].中學課程資源，2023，19（1）：59-62，71.

[3]陳亞文.高中化學教學中“宏觀辨識與微觀探析”課堂建構[J].天津教育，2022（36）：55-57.

[4]張夢針，李海燕.項目式學習在中學化學課堂中的應用：以“如何解決生活中的白色污染”為例[J].教育現代化，2019，6（97）：241-243，251.