科学取向教学论指导下的基本技能课课型研究——以高中化学《合成高分子化合物的基本方法》为例

1科学取向教学论指导下的基本技能课课型研究以人教版高中化学合成高分子化合物的基本方法为例一、教学设计理念科学取向的教学论对教学实践的重要贡献，就是它认识了不同类型的学习与教学策略、教学评价之间的必然联系。根据该教学论可将现有中学化学课堂教学分为如下几类课型：元素化合物课、概念课、原理课、基本技能课、高级技能课、复习课等。1、基本技能课显性教学任务：掌握解决某些单一化学问题的操作方法和步骤。2、基本技能课一般教学结构：（1）获得操作步骤：通过范例讲解呈现解决问题的操作步骤；或通过呈现正例让学生发现解决问题的操作步骤。（2）运用操作步骤解决问题：初步运用操作步骤解决典型问题，并列出操作步骤。在运用中体会操作步骤背后的化学原理和化学思想。（3）巩固操作步骤：通过典型的、题组式的、有逻辑的变式练习在不同情境中巩固操作步骤。教师的指导逐步减少，直到学生能独立解决问题。 （长期过程）二、教学内容分析1、教学内容的地位：初中化学介绍了高分子化合物的一般概念，描述了部分高分子化合物在生活中的应用；化学必修 2 介绍了高分子单体（乙烯、丙烯）的矿物来源、乙烯和丙烯等的聚合反应和应用；选修 5 的前四章又较深入地学习了常见有机化合物与天然高分子化合物的结构、性质与用途。在此基础上，本节较为简单地从相对分子质量大小说明高分子化合物与低分子化合物的区别，介绍了加成聚合反应与缩合聚合反应的基本特征。所以本节内容是在前期具有一定了解的基础上的进一步学习，属于已有知识的延续。2、教学内容的重难点分析：教材首先用乙烯聚合来说明加成聚合反应，用己二酸与乙二醇生成聚酯来说明缩合聚合反应，不介绍具体的反应条件，只介绍加聚与缩聚反应的一般特点，并借此提出单体、链节、聚合度等概念，能识别加聚反应与缩聚反应单体的区别。所以本节内容的重点之一就是：了解有机高分子化合物的单体、链节、聚合度的概念。教材利用“学与问” “思考与交流”等栏目，介绍由简单的单体写出聚合反应方程式、2聚合物结构式，或由简单的聚合物结构式分析出它的单体，为后续介绍聚合物个例奠定基础。所以本节的重点之一就是：了解加聚反应和缩聚反应的一般特点。加聚反应和缩聚反应的聚合反应方程式的书写具有一定的方法，遵循一定的步骤就能够将其正确书写；由简单的聚合物结构式分析相应的单体也具有一定的方法，遵循一定的步骤也能够将其正确写出。所以本节的难点就是：聚合反应方程式的书写和简单聚合物单体的分析方法。三、教学设计思路本节中的难点：聚合反应方程式的书写和简单聚合物单体的分析方法，这些难点的突破属于科学取向教学论指导下的基本技能课课型。基本技能课显性教学任务是掌握解决某些单一化学问题的操作方法和步骤，在本节来说就是掌握书写聚合反应方程式的书写方法和简单聚合物单体的分析方法。那么本节在处理这部分内容时应该按照以下的教学结构进行设计：1、获得操作步骤：通过范例讲解呈现解决问题的操作步骤。（1）通过乙烯加聚、聚氯乙烯加聚、1，3丁二烯加聚作为范例，讲解加成聚合反应的反应方程式（加聚物的结构简式）书写；（2）通过聚苯乙烯（PS） 、聚丁二烯（PB） 、丁苯橡胶（聚苯乙烯丁二烯，SBR）分析其单体作为范例，讲解简单加聚物单体的分析方法；（3）通过己二酸与乙二醇缩聚、氨基乙酸缩聚作为范例，讲解缩合聚合反应的反应方程式（缩聚物的结构简式）书写；（4）通过聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） 、聚乳酸（PLA ）分析其单体作为范例，讲解简单缩聚物单体的分析方法。2、运用操作步骤解决问题：（1）初步运用操作步骤解决典型问题，并列出操作步骤。通过 3 个不同的范例，列出书写加聚反应方程式（加聚物的结构简式）的一般步骤：第一步：双键（三键）放中间，即将双键（三键）所连的两个原子处于中间的位置；第二步：其它作支链，即将除双键（三键）所连的两个原子以外的其他原子（氢原子除外）或原子团都作为分支放在双键（三键）所连的两个原子的上下位置；第三步：展开双键（三键） ，即将双键（三键）其中的一个共价键打开，平放在左右两边的位置；3第四步：括号加 n，即用中括号将链节围住，并且中括号须穿过平放在左右两边的共价键，最后加上聚合度 n 完成加聚产物的结构简式；第五步：配平反应方程式。通过 3 个不同的范例，列出简单加聚物单体分析方法的一般步骤：第一步：边键箭头中间弯，即平放在中括号两边的共价键用箭头向中间弯曲；第二步：箭头相遇成新键，即两个弯箭头同时指向的地方形成新的共价键；第三步：箭尾相遇断一键，即两个弯箭头的尾部相遇在一个共价键上，则断裂这个共价键；第四步：整理书写成单体，即按照以上要求断键成键之后整理书写好最初的单体。通过 2 个不同的范例，列出书写缩聚反应方程式（缩聚物的结构简式）的一般步骤：第一步：官能团分列两边，即发生缩合反应的官能团分列在左右两边；第二步：反应缩合连起来，即将官能团按缩合反应的要求断裂部分化学键，离去小分子后连成新的产物分子；第三步：断键基团放外面，即发生反应断键的基团（原子）放在左右两边最外面；第四步：括号加 n 围起来，即用中括号穿过断键部分，且将断键基团置于中括号的外面，只将链节部分围起来，最后加上聚合度 n 完成缩聚产物的结构简式；第五步：配平反应方程式。通过 2 个不同的范例，列出简单缩聚物单体分析方法的一般步骤：第一步：看端基找缩合处，即通过观察缩聚物中括号两端的基团（原子） ，找出链节中缩合的位置；第二步：断缩合处补端基，即将链节中的缩合位置断开，补上相应的端基（原子） ；第三步：整理书写成单体，即按照以上要求断键成键之后整理书写好最初的单体。（2）在运用中体会操作步骤背后的化学原理和化学思想。指导学生分析每一步骤中断键成键的原因，让学生通过听讲解和实际练习，在运用中体会操作步骤背后的化学原理和化学思想，即加聚反应是加成反应的一种特殊情况，缩聚反应是取代（缩合）反应的一种特殊情况。3、巩固操作步骤：通过典型的、题组式的、有逻辑的变式练习在不同情境中巩固操作步骤。教师的指导逐步减少，直到学生能独立解决问题。 （长期过程）借助教材中的“思考与交流” 、 “学与问” 、 “习题”等栏目中的一些练习，并且补充一4些变式练习，让学生在不同情境中巩固操作步骤，慢慢掌握书写加聚、缩聚反应方程式（加聚物、缩聚物的结构简式）的一般步骤，以及掌握简单加聚物、缩聚物单体分析方法的一般步骤。四、教学设计1、教学目标：（1）以聚乙烯的合成为例，通过拼接球棍模型，书写反应方程式，了解加成聚合反应的特点，并能够说出反应中的单体、链节、聚合度；（2）以己二酸与乙二醇反应为例，通过拼接球棍模型，书写反应方程式，了解缩合聚合反应的特点；（3）能用常见的单体写出简单的聚合反应方程式和聚合物结构式，或从简单的聚合物结构式分析出单体。2、教学重点：（1）了解有机高分子化合物的单体、链节、聚合度的概念；（2）了解加聚反应和缩聚反应的一般特点。3、教学难点：（1）聚合反应方程式的书写；（2）简单聚合物单体的分析方法。4、课时安排：2 课时（1）加成聚合反应；（2）缩合聚合反应。5、教学过程：第一课时 加成聚合反应【环节一】了解有机高分子化合物和低分子有机物的区别【引入】展示图片、实物（塑料袋、塑料管、饭盒、矿泉水瓶等）【讲解】我们在生活中常用的这些物品都属于有机物，但是它们又和我们之前学习的乙烯、乙醇、乙酸不同，它们的相对分子质量非常巨大，一般高达 104106。大家通过阅读教材98 页，找出它们的区别，并填入下面的表格中。【学生活动】阅读并完成相应表格。有机高分子化合物 低分子有机物5相对分子质量 一般高达 104106 在 1000 以下基本结构 由若干个重复结构单元组成 单一结构性质 物理、化学性质存在较大的差别【板书】第五章 进入合成有机高分子化合物的时代【环节二】以聚乙烯的合成为例，通过拼接球棍模型，能够说出反应中的单体、链节、聚合度。【展示】聚乙烯塑料袋【讲解】塑料袋是我们常用的一种物品，其中有一种塑料是由简单的低分子有机物乙烯在一定条件下，通过加成聚合反应得到的高分子化合物聚乙烯（PE） 。下面我们就通过球棍模型的拼接，来体会一下加成聚合反应的过程。【板书】第一节 合成高分子化合物的基本方法一、加成聚合反应【学生活动】分成 3 个步骤进行：（1）学生拼装乙烯分子；（教师在指导过程中，讲解单体的概念）（2）学生打开乙烯双键中的一个共价键；（3）相邻的学生将打开双键的乙烯分子拼接起来，连成一个大型的分子模型。 （教师在指导过程中，帮助学生认识可重复的结构单元，讲解链节和聚合度的概念）【讲解】为了方便表示这种高分子化合物，我们可以将它写成下面的形式。【板书】聚乙烯：【学生活动】说出聚乙烯中的单体、链节、聚合度【板书】单体：CH 2=CH2链节：CH 2CH2聚合度：n【讲解】聚乙烯的平均相对分子质量等于链节的相对分子质量乘以聚合度 n【环节三】以聚乙烯的合成反应方程式书写为例，了解书写加聚反应方程式（加聚物的结构简式）的一般步骤。6【讲解】下面我们来看看应该如何正确书写加成聚合反应的化学方程式，以及加聚物的结构简式。【板书示例】 （教师边板书边讲解）第一步：双键（三键）放中间：CH 2=CH2第二步：其它作支链：CH 2=CH2第三步：展开双键（三键）：CH 2CH2第四步：括号加 n：第五步：配平反应方程式：【环节四】以聚氯乙烯、聚丁二烯的合成反应方程式书写为例，熟悉和掌握书写加聚反应方程式（加聚物的结构简式）的一般步骤，并通过练习巩固操作步骤。【讲解】聚氯乙烯（PVC）塑料也是我们日常用品中常见的原料（展示实物） ，下面我们来看看应该如何正确书写氯乙烯加成聚合反应的化学方程式，以及聚氯乙烯的结构简式。【板书示例】 （教师边板书边讲解）第一步：双键（三键）放中间：CH 2=CH第二步：其它作支链：第三步：展开双键（三键）：第四步：括号加 n：第五步：配平反应方程式：n CH 2=CHCl 【学生活动】说出聚氯乙烯中的单体、链节、聚合度【学生活动】写出教材 100 页“思考与交流”中乙烯、丙烯、氯乙烯、丙烯腈、丙烯酸、醋酸乙烯酯、乙炔的聚合物的结构简式。 （过程中教师进行个别指导） 。【讲解】橡胶是我们日常用品中常见的一种（展示实物） ，其原料之一是 1,3丁二烯，下面我们来看看应该如何正确书写 1,3丁二烯加成聚合反应的化学方程式，以及聚丁二烯（PB）的结构简式。【板书示例】 （教师边板书边讲解）7第一步：双键（三键）放中间：CH 2=CHCH=CH2第二步：其它作支链：CH 2=CHCH=CH2第三步：展开双键（三键）：CH 2CH=CHCH2第四步：括号加 n：第五步：配平反应方程式：n CH 2=CHCH=CH2 【学生活动】说出聚丁二烯中的单体、链节、聚合度【学生活动】写出 的聚合物的结构简式。 （过程中教师进行个别指导） 。【环节五】通过以上的范例和练习，了解加成聚合反应的特点【提问】以上这些能够发生加成聚合反应的单体具有怎样的特点？加聚物有怎样的特点？【学生活动】思考并相互讨论，归纳整理出加成聚合反应的特点。【板书】加聚反应：是指由一种或两种以上的单体结合成高聚物的反应。加聚反应的特点：（1）单体必须是含有双键、三键等不饱和键的化合物；（2）无副产物，加聚物链节的化学组成与单体的化学组成相同。【环节六】以分析聚苯乙烯（PS）的单体为例，了解简单加聚物单体的分析方法。【讲解】大家看这个 CD 包装盒（展示实物） ，它也是一种有机高分子化合物，成分是聚丙烯，下面我们尝试通过分析它的聚合物的结构简式来获取合成它的单体的结构简式。【板书示例】 （教师边板书边讲解）聚苯乙烯：第一步：边键箭头中间弯：8第二步：箭头相遇成新键：第三步：箭尾相遇断一键：第四步：整理书写成单体：【环节七】以分析聚丁二烯（PB） 、丁苯橡胶（聚苯乙烯丁二烯， SBR）的单体为例，熟悉和掌握简单加聚物单体的分析方法，并通过练习巩固操作步骤。【讲解】运用上面的方法，我们是否可以同样分析出聚丁二烯（PB） 、丁苯橡胶（聚苯乙烯丁二烯，SBR）的单体呢？【板书示例】 （教师边板书边讲解）聚丁二烯：第一步：边键箭头中间弯：第二步：箭头相遇成新键：第三步：箭尾相遇断一键：第四步：整理书写成单体：CH 2=CHCH=CH2【学生活动】写出教材 101 页“学与问”中聚氯乙烯和 的聚合物的单体的结构简式。 （过程中教师进行个别指导） 。【板书示例】 （教师边板书边讲解）聚苯乙烯丁二烯：第一步：边键箭头中间弯：9第二步：箭头相遇成新键：第三步：箭尾相遇断一键：第四步：整理书写成单体：CH 2=CHCH=CH2 和【学生活动】写出 的单体的结构简式。 （过程中教师进行个别指导） 。【环节八】进行本课时内容的总结，让学生说出单体、链节、聚合度的概念，并重述一遍书写加聚反应方程式（加聚物的结构简式）的一般步骤和简单加聚物单体的分析方法。【作业】教材 103 页 1（1） （2） 、2（2）第二课时 缩合聚合反应【环节一】以己二酸与乙二醇反应为例，通过拼接球棍模型，了解书写缩聚反应方程式（缩聚物的结构简式）的一般步骤。【讲解】我们已经知道乙酸和乙醇能够发生酯化反应，生成碳链较长的酯。如果发生反应的酸是二元酸，有两个羧基，发生反应的醇是二元醇，有两个羟基，那么它们就会连接成链生成聚合物，叫聚酯。下面我们就通过球棍模型的拼接，来体会一下缩合聚合反应的过程。【板书】第一节 合成高分子化合物的基本方法二、缩聚聚合反应【学生活动】分成 3 个步骤进行：（1）同桌两位学生分别拼装己二酸和乙二醇分子；（教师在指导过程中，要求学生指出单体）（2）同桌两位学生按照酯化反应断键成键将两个分子拼接起来，将断裂的氢原子和羟基连成水分子；（3）相邻小组的学生将另外一端的官能团断开与另一组的分子拼接起来，连成一个大型的10分子模型。 （教师在指导过程中，要求学生指出链节和聚合度）【讲解】为了方便表示这种高分子化合物，我们可以将它写成下面的形式。【板书】聚己二酸乙二醇酯：【讲解】缩聚物的结构简式与加聚物的结构简式的写法略有不同，缩聚物需要在中括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团，而加聚物的端基不确定，通常不要写出。【环节二】以聚己二酸乙二醇酯的缩聚反应方程式书写为例，了解书写缩聚反应方程式（缩聚物的结构简式）的一般步骤。【讲解】下面我们来看看应该如何正确书写缩合聚合反应的化学方程式，以及缩聚物的结构简式。【板书示例】 （教师边板书边讲解）第一步：官能团分列两边： HOCH2CH2OH第二步：反应缩合连起来：第三步：断键基团放外面：第四步：括号加 n 围起来：第五步：配平反应方程式：n + n HOCH2CH2OH + （2n1）H 2O【讲解】生成的小分子水，我们可以通过“数氧法”来配平。【环节三】以氨基乙酸的缩聚反应方程式书写为例，熟悉和掌握书写缩聚反应方程式（缩聚物的结构简式）的一般步骤，并通过练习巩固操作步骤。【讲解】在第四章我们学习了氨基酸，知道氨基酸也可以通过脱水缩合形成多肽的高分子化合物。下面我们来看看应该如何正确书写氨基乙酸缩合聚合反应的化学方程式，以及生成的多肽物质的结构简式。【板书示例】 （教师边板书边讲解）11第一步：官能团分列两边：H 2NCH2COOH第二步：反应缩合连起来：H 2NCH2COOH第三步：断键基团放外面：第四步：括号加 n 围起来：第五步：配平反应方程式：n H2NCH2COOH + （n1）H 2O【讲解】生成的小分子水，我们可以通过“数氧法”来配平。【学生活动】写出乙二酸和乙二醇发生缩聚反应的方程式、写出教材 102 页聚-6-羟基己酸酯的缩聚反应的方程式（过程中教师进行个别指导） 。【学生活动】思考教材 102 页“学与问 1”，相互讨论并回答。【讲解】高分子链间产生交联，形成体型（网状）结构。【环节四】通过以上的范例和练习，了解缩合聚合反应的特点【提问】以上这些能够发生缩合聚合反应的单体具有怎样的特点？缩聚物有怎样的特点？【学生活动】思考并相互讨论，归纳整理出缩合聚合反应的特点。【板书】缩聚反应：是指由一种或两种以上单体相互结合成聚合物，同时有小分子生成的反应。缩聚反应的特点：（1）缩聚反应单体往往是具有双官能团（如OH、COOH、NH 2 及活泼氢原子等）或多官能团的小分子；（2）产物除了聚合物外，还有小分子副产物（如 H2O 等）生成；（3）缩聚物链节的化学组成与单体的化学组成不同。【环节五】以分析聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的单体为例，了解简单缩聚物单体的分析方法。【讲解】大家看这个矿泉水瓶（展示实物） ，塑料瓶底的三角形中含有的数字，指代的是该瓶子包含的成分。 “1”表示的是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） ，那么如何分析它的单体呢？思考教材 102“学与问 2”。 下面我们尝试通过分析