初中化學(xué)教學(xué)中滲透科技前沿知識的研究
——以“有機(jī)合成材料”為例

申國明，劉浩琛，韓小兵，高 潔

（1.浠水縣三店學(xué)校，湖北 黃岡 438200；2.湖北科技學(xué)院 核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院，湖北 咸寧 437100）

在2016年的全國科技創(chuàng)新大會上，習(xí)近平總書記指出：“科技創(chuàng)新和科學(xué)普及是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置?！盵1]化學(xué)作為自然科學(xué)的中心學(xué)科，全世界每天都有相關(guān)的科技知識產(chǎn)生，在化學(xué)教育的啟蒙階段滲透相關(guān)科技前沿知識，不僅對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及引導(dǎo)學(xué)生深入理解化學(xué)學(xué)科的重要性具有重要意義，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和能力，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)[2]。

在初中化學(xué)教學(xué)中滲透科技前沿知識，既是素質(zhì)教育的要求，也是化學(xué)教學(xué)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(yùn)用，前沿知識的滲透難以實(shí)現(xiàn)[3]。鑒于此，本研究在總結(jié)科技前沿知識滲透原則和方法的基礎(chǔ)上，以“有機(jī)合成材料”章節(jié)為例，充分挖掘相關(guān)科技前沿知識，并將其有機(jī)融入課堂教學(xué)中。

1 科技前沿知識滲透的原則和建議

初中化學(xué)新編教材中已經(jīng)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(chǔ)，教學(xué)過程如果不能很好地與學(xué)生的實(shí)際學(xué)情相結(jié)合，容易造成囫圇吞棗的后果。因此，在初中化學(xué)教學(xué)中進(jìn)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(xué)教學(xué)中進(jìn)行科技前沿知識的滲透需要注意3點(diǎn)：（1）注重理論聯(lián)系實(shí)際。傳統(tǒng)的講授教學(xué)往往以單純的理論輸出為主，學(xué)生對所學(xué)知識的理解比較抽象和模糊，因此需要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，將實(shí)際生活生產(chǎn)相關(guān)科技前沿知識有機(jī)融入相關(guān)理論教學(xué)中；（2）遵循學(xué)生的思維成長方式。科技前沿知識的引入容易讓學(xué)生感到突兀和不適，在教學(xué)過程中，相關(guān)內(nèi)容要以生動、形象的方式進(jìn)行滲透，并且要循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生主動思考，著力讓學(xué)生體會科技的過程與方法、情感態(tài)度與價值觀；（3）幫助學(xué)生正確認(rèn)識科學(xué)發(fā)展規(guī)律。當(dāng)前的塑料白色污染、重金屬及燃料造成的水體污染等熱點(diǎn)問題，并非科學(xué)技術(shù)存在問題，而是由于人類認(rèn)識的不完善，因此，要幫助學(xué)生全面看待事物的發(fā)展。

2 科技前沿知識滲透的方法和途徑

當(dāng)前，在初中化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行科技前沿知識的滲透已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步，但是按照較高的標(biāo)準(zhǔn)和要求來看，依然存在諸多不到位的地方。主要表現(xiàn)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(rèn)為前沿知識太過深奧、難以理解，不知道如何在教學(xué)中進(jìn)行有效滲透。因此，在初中化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行科技前沿知識的滲透需要掌握一定的方法，此處結(jié)合已有文獻(xiàn)的報(bào)道總結(jié)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(qiáng)科技前沿知識的學(xué)習(xí)，經(jīng)常閱讀化學(xué)專業(yè)中外文相關(guān)雜志、瀏覽科技前沿專業(yè)網(wǎng)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(dǎo)入是進(jìn)行科技前沿知識滲透的良好切入點(diǎn)，利用科技前沿知識導(dǎo)入新課，既能進(jìn)行科普教育，又能調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，為新課奠定良好的基礎(chǔ)；其次，化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行前沿科研實(shí)驗(yàn)的滲透，可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好化學(xué)的動力；最后，在課堂練習(xí)中也可以進(jìn)行科技前沿知識的滲透，研究結(jié)果表明，以科技前沿知識為背景的習(xí)題訓(xùn)練，既能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，又能達(dá)到通過滲透科技前沿知識進(jìn)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(xué)習(xí)，開展科技前沿知識相關(guān)內(nèi)容的探究活動，不僅能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的形成，還能拓展學(xué)生的眼界。

3 以“有機(jī)合成材料”為例進(jìn)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(xué)“有機(jī)合成材料”章節(jié)的教學(xué)為例，進(jìn)行塑料白色污染、塑料快速降解、新型可降解塑料、可循環(huán)塑料、基于廢氣的塑料、生物質(zhì)塑料等相關(guān)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(dǎo)入

介紹完化合物的分類及有機(jī)小分子化合物后，主要是普及以有機(jī)高分子為基礎(chǔ)的有機(jī)合成材料。以有機(jī)高分子為基礎(chǔ)的有機(jī)合成材料主要包括塑料、橡膠、纖維，合成材料的應(yīng)用和發(fā)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(huán)境問題，廢棄塑料造成的“白色污染”尤為嚴(yán)重。

在介紹“有機(jī)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(chǔ)上可以通過科技前沿知識深入揭示具體危害，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識。例如據(jù)世界頂級權(quán)威雜志報(bào)道[6]，每年有近萬噸塑料微粒通過河流排入大海，嚴(yán)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(fèi)的海鮮產(chǎn)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(jìn)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(zhuǎn)移，最終會進(jìn)入頂級消費(fèi)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(jìn)入魚類體內(nèi)，也已波及人們吃的海鹽。在8個國家生產(chǎn)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(fù)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(jìn)行相關(guān)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?yàn)閭鹘y(tǒng)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(wěn)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(shù)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(shí)現(xiàn)了廢棄物的重復(fù)利用[10]。對于聚苯乙烯泡沫塑料，最近的研究發(fā)現(xiàn)蠟蟲和黃粉蟲在24 h內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)聚苯乙烯的快速降解[11]，將這些塑料轉(zhuǎn)化為二氧化碳和自身的機(jī)體。礦泉水和飲料的大量消費(fèi)導(dǎo)致PET聚酯塑料瓶廢棄物驟增，一些細(xì)菌體內(nèi)的酶可以加速PET聚酯的分解，在對這些酶進(jìn)行改進(jìn)后，10 h內(nèi)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(fā)可降解塑料解決。傳統(tǒng)PET聚酯由于具有剛性結(jié)構(gòu)難以降解，近年來，人們又合成了具有柔性結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)量，還能節(jié)約資源，這里不僅可以介紹傳統(tǒng)廢棄塑料回收應(yīng)用的前沿知識，還可以滲透關(guān)于可循環(huán)利用塑料的知識。大連理工大學(xué)Liu Y等[14]以二氧化碳和環(huán)氧化合物為原料，在催化劑的作用下發(fā)生共聚得到可循環(huán)使用的聚碳酸酯塑料。當(dāng)溫度超過100 ℃，這種塑料可以完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和環(huán)氧化合物，多次循環(huán)使用后原料和塑料的性質(zhì)都沒有發(fā)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(xué)習(xí)不僅能讓學(xué)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(jié)的內(nèi)容也可以指導(dǎo)學(xué)生課后開展研究性學(xué)習(xí)。教材中在討論部分指出傳統(tǒng)塑料是由石油煉制的產(chǎn)品制成的，而石油資源是有限的，這里可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)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(yè)廢棄物進(jìn)行塑料的制備，除了前面提到的利用二氧化碳與環(huán)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(fā)了一系列可快速降解的生物質(zhì)塑料，這些塑料以動植物提取物為原料，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。例如以淀粉為原料，通過微生物發(fā)酵可以直接合成聚羥基脂肪酸酯類聚合物；以淀粉發(fā)酵得到的乳酸為原料，可以合成綠色塑料聚乳酸[13]。

4 結(jié)語

在初中化學(xué)教學(xué)中滲透科技前沿知識，既有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，又能推動教學(xué)模式的創(chuàng)新。總結(jié)了科技前沿知識在教學(xué)中滲透的原則和方法，并以“有機(jī)合成材料”章節(jié)教學(xué)為例，進(jìn)行了相關(guān)科技前沿知識的挖掘及有效滲透，希望能以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并拓展學(xué)生的知識面，同時為中學(xué)化學(xué)教學(xué)中科技前沿知識的滲透提供指導(dǎo)。