课题3 有机合成材料教学设计第一课时

基于科学探究和实验改进的小组合作学习

——《有机合成材料》教学设计

侯楚东

宜昌市东山中学

湖北

宜昌 443000

摘要：以小组合作学习为主要形式，以爬虫机器人为主线，通过组成该玩具的眼球、电池盒、触角、车胎、装饰膜等部位材料的不同，将塑料、合成纤维、橡胶、复合材料等内容串联起来

，在课本原有实验的基础上进行科学探究和实验改进，使学生在了解不同材料的结构、性质和用途的基础上，深化认识“结构决定性质，性质决定用途”，提升学生的探究能力和合作精神，同时引出人体健康、慈善捐赠、环境保护、生物降解等话题，帮助学生形成科学价值观。

关键词：科学探究 实验改进 小组合作学习 有机合成材料

《有机合成材料》是人教版九年级化学第十二单元课题3的内容，即九年级化学的最后一课。涉及的知识浅、内容多而杂，中考很少涉及。每次学到这里，由于学生即将中考，学业任务繁重，教师经常三言两语带过。这样做看似节约了时间，却限制了学生的发展。

《初中化学新课程标准》指出：新的化学课程倡导从学生和社会发展的需要出发，发挥学科自身的优势，将科学探究作为课程改革的突破口，激发学生的主动性和创新意识，促使学生积极主动地学习，使获得化学知识和技能的过程也成为理解化学、进行科学探究、联系社会生活实际和形成科学价值观的过程。《有机合成材料》隶属于“化学与社会发展”，与日常生活、社会热点联系紧密，可供选择的情景素材丰富，笔者尝试将教材中的实验进行改进与拓展，以小组合作的形式，通过科学探究激发学生的主动性，以期培养学生的创新能力和合作精神，帮助学生形成科学价值观。

1课前准备 提前一个月准备，按“组内异质、组间同质”的原则将同学们分成六个小组，学生根据兴趣和能力挑选本组任务，然后在教师的指导下分工合作，通过查阅资料、主题研讨、调查访问和实验验证等方法完成核心议题，初步成型后交教师审阅，教师提出意见后，组内成员再次讨论、修改，最后定稿，制成PPT，推选出一个主要发言人在全班汇报交流,其他人补充。

2课堂结构

学生分成学习小组，教师组织主要发言人汇报交流。以爬虫机器人为主线，通过该玩具的眼球、电池盒、触角、车胎、装饰膜等部位材料的不同，将塑料、合成纤维、橡胶、复合材料等内容串联起来

，每组由一个与学生紧密相连的问题引领，这些问题来自化学理论、家庭生活、人体健康、环境保护、生物降解、慈善捐赠、化学实验等方面，再通过分组实验、模型建构、角色扮演、科学探究等活动将核心议题引向深入，最后学生互评，教师点评。

3教学用具

PPT、自己拍摄的实验视频、有机分子模型、爬虫机器人、纸剪的连成链状的小人等。

4课堂设计

4.1教学环节一：创设情境

引出新课

[教师]我们班同学在学校创客节的比赛中，组装了一个爬虫机器人，下面我们来请他表演一下。

[学生A]展示爬虫机器人。其动作夸张，引起同学们的极大兴趣。

[教师]让我们从材料的角度认识一下爬虫机器人，用到的材料有小木块、铁、铜、泡沫塑料、酚醛树脂、合成纤维、橡胶、碳纤维等，其中哪些是有机物，哪些属于有机合成材料呢？

[板书]课题

有机合成材料 [教师]为了更好地学习这一内容，我们事先将同学们分成了六个组，每组有一个小课题，通过查阅资料、主题研讨、调查访问、实验验证等多种方法，对课题进行了研究，下面，我们请他们做精彩展示。

4.2教学环节二：交流展示

分享表达 4.2.1爬虫机器人使用的材料哪些是有机物？

[学生甲] 我们的任务是，组成爬虫机器人的材料中哪些是有机物。要想解决这一问题，请同学们先填写课本中的表格。

[学生] 填写表格。

[讲解]填完表格后，我们发现：甲烷、乙醇、葡萄糖、淀粉、蛋白质，这些物质中都含有碳元素和氢元素，是有机物。氢氧化钠，氯化钠中都不含碳元素，他们是无机物。有机物中，甲醇和葡萄糖，它们的相对分子质量较小，属于有机小分子，淀粉、蛋白质的相对分子质量都很大，被称为有机高分子。

[归纳]现在我们重新对物质进行分类。

[讲解]这是最简单的有机物甲烷，分子中有碳原子和氢原子，这是到复杂的有机物蛋白质，分子中有碳、氢、氧、氮、硫、磷等原子。

有机物的特点是种类多，数目大。下面我以含四个碳原子的丁烷分子为例来解释一下原因：碳原子可以连接成链状，也可以连接成环状；碳原子可以与碳原子直接相连，也可以与氮原子、硫原子相连，所以有机物的特点是种类多，数目大。已经发现的几千万种物质中，有机物占了绝大多数。

[练习]爬虫机器人中哪些物质是有机物？

A．铜 B．纤维素 C．泡沫塑料 D．酚醛树脂 E．铁 F．橡胶 G．合成纤维

[板书]一、有机合成材料

4.2.2塑料

[学生乙]我们组研究的是组成爬虫机器人的眼球和电池盒等部分的材料——塑料。

[讲解]我曾尝试纵向撕开一个聚乙烯塑料袋，可撕开的方向总是横向，这是为什么呢？结构决定性质，我决定从结构入手。资料显示，聚乙烯分子为链状结构，这个链状结构是如何形成的呢？

[演示]同组四名同学演示。

[讲解]由此可见，高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，也被称为聚合物。它们的名称里往往有一个“聚”字。

[演示]用两条剪成长链状的小人演示。

[讲解]聚乙烯分子为链状，很多聚乙烯分子聚集在一起，构成了塑料袋。撕塑料袋的时候只能沿着分子链的方向将分子分开，分子并没有分成原子，发生的是物理变化，只能横向撕开。

[讲解]链状结构的塑料在常温下化学性质如何？我们做了一个实验。

[播放视频]用于说明塑料在常温下化学性质稳定，不易降解。

实验探究

实验用品：铁片、木片、塑料片、A4打印纸、铲子。

提出问题：铁片、塑料、木片埋入潮湿的土壤，会有什么变化？

做出假设：铁片会生锈；塑料不会有变化；木片会降解。

实验验证：将铁片（美工刀片）、塑料（取自一次性透明方便盒）、木片（1cm厚）埋入学校后花园潮湿的腐殖质土壤中，深约10cm。两周后取出。

观察记录：铁片锈蚀；塑料和木片均无明显变化。

质疑：木片为什么没有降解？（由于木片没有降解，与假设不符，立即引起了同学们的好奇。）

证据收集：1、木片是生产者死去后的部分遗体，一定会被自然界中的分解者分解。2、有同学在九寨沟见过木头泡在水中，几十年甚至几百年不降解。当然这有可能是复杂的环境条件使木头表面形成了保护层，但该证据也使同学们意识到，分解者分解生产者，是一个长期的过程。

解决办法：增设A4打印纸为实验材料。因为我们不能无限制地延长实验时间，A4打印纸和木片的主要成分都是纤维素，但A4打印纸薄，与周围土壤接触更充分，如果A4打印纸能降解，就证明木片的降解只是时间长短的问题了。

再次验证：在相同实验条件下，原实验地点埋入A4打印纸。

观察记录：两个星期后，A4打印纸消失不见了。

得出结论：铁在有氧气和水的条件下容易锈蚀；纤维素能降解，且A4打印纸降解速度比木片快；塑料不易降解。

实验改进：将木片换成A4打印纸，突出塑料难以降解。

评价：本设计不仅关注实验结果，也关注探究的全过程。学生在探究过程中收集数据、设计实验、观察记录、思考分析、发现异常敢于提出见解，提升了自身的科学素养。

[质疑]稍微加热一下塑料会有什么变化？我们来完成实验一，实验材料在实验桌上，做实验的时候请同学们分工合作，一名同学念实验步骤，一名同学动手操作，其他同学观察实验现象，还有一名同学记录实验现象，大家一起得出实验结论。

[学生]做实验。

学生实验

实验用品：保鲜膜、试管、酒精灯、试管夹、火柴。

实验改进：教材中要求，将聚乙烯加热至熔化，待冷却固化后再加热，通过聚乙烯能在固态、液态之间转变来说明它是热塑性塑料。此处学生实验时，选用的聚乙烯材料是保鲜膜，剪成条状后加热至熔化，待冷却即将固化时增加用玻璃棒拉丝这一环节。

改进评价：聚乙烯由膜状变成丝状，有形状的改变，更进一步说明它是热塑性塑料。也能说明聚乙烯分子为链状，同时帮助学生理解热塑性塑料为什么能回收再利用。

[讲解]聚乙烯加热后熔化，冷却固化后再加热，还是可以熔化，熔化时能抽出丝，改变了原有形状，因此叫做热塑性塑料，在加热的条件下聚乙烯的化学性质也比

较稳定，只是长链间发生滑动（拿着纸剪的小人讲解），温度高，分子间距离远一点，熔化成液体，冷却后，分子间距离变小，又变成固体。聚苯乙烯也是热塑性塑料。还有一类塑料，它们一旦加工成型，受热后就不再熔化，叫做热固性塑料，比如脲醛塑料。热固性塑料是网状结构，分子的滑动受到限制，所以不会熔化（拿着模型讲解）。这就是结构决定性质。

[讲解]举例说明哪些塑料是热塑性塑料。

[应用]1、锅铲的手柄应该用热固性塑料还是热塑性塑料？手柄坏了，能不能热修补？

2、装食品用的聚乙烯塑料袋应如何封口？

[讲解]回到爬虫机器人上来，它的眼球是聚苯乙烯，电线外面起绝缘作用的是聚氯乙烯，它们都是热塑性塑料。车轮、电池盒、发动机箱是酚醛树脂，它们在使用的过程中不容许有形变，是热固性塑料。

[板书]塑料

4.2.3喝水的杯子是什么材质的？

[学生丙]我们调查了水杯的材质，有搪瓷，陶瓷，塑料，不锈钢和玻璃。哪一种比较好？

[讲解]依次介绍塑料代码为01到07号塑料。

[展示]出示酸奶瓶、药瓶、洗涤剂包装瓶，观察塑料制品底部的塑料代码和塑料缩写代号。

[讲解]从健康的角度考虑，水杯首选玻璃杯，其次是搪瓷杯，不含有害物质。陶瓷杯有裂纹就不能再用。不锈钢要有304不锈钢标志。如果你选塑料杯，一定要选择符合国家标准的食用级塑料。

[过渡]我们班同学的水杯，绝大多数是塑料的，少数是不锈钢的。大多数塑料制品对人体有害，可为什么人们还在大量使用呢？说明塑料确实有它不可替代的优点。

[归纳]塑料的“利”。

[过渡]正由于塑料的优点明显，才使得它在生产生活中大量使用，也给我们带来了一系列负面的影响。

[归纳]塑料的“弊”

[质疑]塑料给我们带来了“白色污染”，这一问题如何解决？我们组尝试了生物降解的方法。

[播放视频]黄粉虫能降解聚苯乙烯吗？

课外实验：

实验用品：黄粉虫、水槽、药匙、聚苯乙烯、麦麸。

实验原理：黄粉虫体内有可以降解聚苯乙烯的细菌。

实验步骤：将体长2——3cm、相同数量、健康状况良好的黄粉虫分别放入A、B两水槽，一组喂麦麸，一组喂泡沫塑料。

观察记录：两组黄粉虫都有在幼虫期就发黑死亡 的，也有在蛹期死亡的，但数量比较少，绝大多数都能成功化蛹，还有的羽化成成虫。

实验结论：对比实验和重复实验证明，黄粉虫能降解泡沫塑料。

实验评价：该方法不仅能解决白色污染问题，还能带来一定的经济效益（黄粉虫是优良的蛋白质饲料），可谓一举两得。该实验将化学和生物进行了学科融合，为初中化学实验内容的增设提供了新的思路。

[总结]回到爬虫机器人上，它给我们带来的快乐，有化学的一份功劳，这是材料科学进步给我们带来的好处。可是玩具玩完了，不能随意丢弃，而应根据它的材质进行分类回收。尤其是塑料，要根据01到07的不同种类分类回收，避免环境污染。另外，我们还可以寻求生物降解的方法解决环境污染问题。

4.2.4我们捐赠的衣服哪里去了？

[学生丁]从衣物捐赠箱上的旧衣服收集处理流程引出衣服的材质是不同的。

[讲解]按照人们对纤维利用的历史依次介绍棉、麻、丝、毛等织物的特点，以《出师表》中“臣本布衣，躬耕于南阳。”解说衣服材质可以代表人的身份，以马王堆出土的素纱襌衣为例介绍西汉织造工艺的高超。

[讲解]合成纤维的发展史及分类，以中学生校服为例说明合成纤维的特点。

[讲解]2018年我国合成纤维产量4000多万吨，相对于80亿只绵羊一年的产毛量。合成纤维的大量生产，使吃不饱饭的非洲难民也衣着光鲜，这是化学在本世纪对人类最伟大的贡献之一。

[过渡]怎么知道衣服是哪种材质？买衣服的时候可以看商标。比如100%棉，100%聚酯纤维。也有的是两种纤维混纺的，比如棉97%，氨纶3%。怎样知道商标标的是否准确？可以用灼烧法对单一成分的纤维进行鉴别。

[学生] 完成实验。 学生实验：

实验用品：鸡毛、棉线、羊毛线、蚕丝、合成纤维、镊子、玻璃棒。

实验改进：1、酒精灯先灼烧鸡毛，感受烧焦羽毛气味，再用灼烧法鉴别羊毛线，最后灼烧某种纤维（蚕丝），并通过气味判断是哪种纤维。2、灼烧合成纤维时也用玻璃棒拉丝。 实验评价：1、灼烧羊毛线要求学生描述实验现象为烧焦羽毛气味，可是现在的学生恐怕只吃过鸡肉，没见过鸡毛。先灼烧鸡毛，让学生们了解什么是烧焦羽毛气味，为鉴别羊毛线做铺垫，最后通过灼烧蚕丝检验是否掌握。2、通过合成纤维拉丝可以帮助学生理解纤维的定义以及合成纤维为什么能回收再利用。 [总结] 我讲述的是爬虫机器人的黄色触角——合成纤维，我国合成纤维年产量以千万吨计，数目庞大。不注重回收，势必污染环境。今后有不穿的衣服，请记得捐赠。低碳环保，再生利用；衣旧情深，爱在宜昌。

[板书]合成纤维

4.2.5橡胶塞可以变大吗？

[学生戊]播放视频：橡胶的溶胀性实验。

课外实验：

实验用品：广口瓶、细口瓶、汽油、橡胶塞、镊子等。

实验内容（情景剧）：某同学要配制一瓶氢氧化钠溶液，需要细口瓶和橡胶塞，实验室只有小号橡胶塞，将小号橡胶塞浸泡在密闭容器中，十个小时后取出，刚好与细口瓶匹配。一天后再去实验室，发现汽油挥发之后，橡胶塞又缩小了。

实验评价：让学生了解橡胶的特性。该实验不仅具有趣味性，还可以让同学们了解到汽油具有挥发性，进一步理解分子在不停地运动着。

[讲解]举例说明橡胶的性质和用途。

[总结]再来看爬虫机器人，如果没有轮胎，它就会走得更加颠簸。橡胶的弹性、绝缘性、难溶于水等性质决定了橡胶用途广泛。

[板书]橡胶

4.2.6你家的水管生锈了吗？

[学生己]我们调查了自己家包在橱柜里的水管、裸露在楼房外的下水管道。如果是很多年的旧楼房，是铁制品，就容易生锈。近些年基本上用的是日丰管，不生锈。

[过渡]引出复合材料。

[讲解]讲解最原始的复合材料和近代最早的复合材料以及其优点。 演示实验

实验用品：碳纤维防火垫、碳纤维手机后膜。

实验步骤：用打火机点碳纤维防火垫、用刀片刮小木块和贴了手机后膜的小木块，借以说明复合材料的优越性能。

实验评价：熟悉又陌生的新兴材料引进课堂，给同学们带来新奇的感受，使同学们意识到复合材料就在我们身边，化学对生活的影响无处不在，从而激发大家学习化学的热情。

[讲解]碳纤维的用处远不止于此。

[播放视频]碳纤维在国防科技中的重要应用。

[过渡]我们未来的生活是怎样的？

[播放视频]未来的教育、医疗、交通、日常生活。

[总结]我讲解的是爬虫机器人表面起装饰作用的膜——复合材料。复合材料是未来的主导材料，进一步和同学们一起展望未来。

[板书]二、复合材料

教学环节三：反思评价

感悟提升 [教师]你对以上同学的展示有哪些建议？或给你带来哪些收获、启发或者感悟，请同学们畅所欲言。

[学生]发言。

[教师]点评。

5 结束语

《美国国家科学教育标准》指出：“科学学习要以探究为核心”

“

学习科学是学生们要亲自动手做，而不是要别人做给他们看的事情”。笔者对课本实验进行改进和拓展，由真实且急需解决的问题引领，让学生在对问题的追寻中展开科学探究，切身的体验使学生意识到科学探究既需要观察和实验，也需要查阅资料和论证，还需要推理和判断。学生们在探究中不仅掌握了有机合成材料的分类、性质和用途，深化了对“结构决定性质，性质决定用途”的认识，还培养了面对

异常现象敢于质疑、勇于探寻解决方案的科学精神。对学生今后合理选择健康的生活方式、理智地参与与化学有关的社会活动必将产生深远的影响。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012：1-2. [2]（美）国家研究理事会.美国国家科学教育标准（1999年版）[S]. 上海：科学技术文献出版社，1999：5