[摘 要]對氯間二甲苯酚(也稱PCMX),是現(xiàn)如今許多消毒類產(chǎn)品的主要有效成分,也是家庭日常消毒的首選。文章梳理PCMX的性質(zhì)、合成方法和發(fā)展歷程,并對教師如何利用PCMX的相關(guān)知識開展教學(xué)活動、學(xué)生如何進行學(xué)習(xí)活動等多個維度給出建議,深度挖掘其對高中化學(xué)的教育價值。
[關(guān)鍵詞]PCMX;消毒劑;教育價值
[中圖分類號]" " G633.8" " " " [文獻標(biāo)識碼]" " A" " " " [文章編號]" " 1674-6058(2024)17-0076-04
近年來人們越來越重視日常消毒,84消毒液因殺菌效果快速、高效且價格低廉等優(yōu)點最常用于家庭消毒,但它也具有易使帶色織物漂白褪色、用法不當(dāng)時極易損傷皮膚和呼吸道黏膜等缺點。目前消毒產(chǎn)品中處于行業(yè)領(lǐng)先地位的是“滴露”這一消毒品牌,其主要有效成分是對氯間二甲苯酚(也稱PCMX),PCMX對絕大多數(shù)微生物有殺滅功效,此類產(chǎn)品具有對人體更溫和、無氧化漂白作用、幾乎沒有腐蝕性、化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定、可長期貯存等優(yōu)點,成為現(xiàn)如今家庭日常消毒的首選。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中明確指出:高中化學(xué)課程要促進和發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),在化學(xué)課程內(nèi)容選擇上應(yīng)該體現(xiàn)基礎(chǔ)性和時代性[1]。本文旨在梳理對氯間二甲苯酚(PCMX)的性質(zhì)、合成方法及其發(fā)展歷程,并對其中蘊含的教育價值進行挖掘,促進化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落地。
一、 對氯間二甲苯酚(PCMX)的性質(zhì)及其教育價值
(一)PCMX的性質(zhì)
對氯間二甲苯酚(PCMX),其分子式為C8H9ClO,結(jié)構(gòu)式見圖1,是一種白色粉末,具有微弱的、典型的酚類氣味;難溶于水,可溶于醇、醚、苯等有機溶劑,沸點為241.6 ℃,熔點范圍為114~116 ℃[2]。
PCMX化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,但長時間放置會像其他苯酚類化合物一樣被氧化,顏色變深。PCMX是一種具有抗菌和消毒特性的酚類有機化合物,對一些細菌、真菌和病毒,如常見的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和H1N1病毒等,都具有一定的殺菌效果。當(dāng)濃度較高時,PCMX通過破壞微生物細胞壁,與菌體蛋白結(jié)合,使蛋白質(zhì)發(fā)生變性,達到殺菌效果;當(dāng)濃度較低時,PCMX可使細胞的主要酶系統(tǒng)失去活性,抑制微生物細胞代謝和生長,增加細胞壁的滲透性,最終導(dǎo)致細胞內(nèi)容物流出,致其死亡[3]。
(二)PCMX的性質(zhì)對教育的價值
有機化學(xué)必修內(nèi)容的教學(xué)應(yīng)引起教師的高度重視。在教學(xué)過程中,必須注重傳授有效的方法和技巧,以確保學(xué)生充分體驗到化學(xué)學(xué)科所帶來的樂趣,并感受到學(xué)習(xí)化學(xué)所取得的成就感,因為有機化學(xué)必修內(nèi)容的教學(xué)效果不但關(guān)乎高考選考化學(xué)的學(xué)生人數(shù),而且關(guān)乎有機化學(xué)乃至整個化學(xué)學(xué)科的課程地位和學(xué)科價值,甚至?xí)绊懟瘜W(xué)學(xué)科未來的走向與發(fā)展,以及化學(xué)科學(xué)的研究與探索是否后繼有人[4]。
為了更有效地落實“微觀探析”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),在學(xué)生已獲得甲烷和苯環(huán)結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)上,教師可引導(dǎo)學(xué)生參與構(gòu)建球棍模型或運用多媒體演示動畫等教學(xué)活動。這樣的活動旨在模擬并建立對有機分子結(jié)構(gòu)的直觀認(rèn)識,有助于學(xué)生理解有機分子結(jié)構(gòu)的特點。通過這些教學(xué)手段,學(xué)生將進一步掌握有機化合物分子中原子共線、共面等方面的問題。此外,這些活動還有助于學(xué)生合理預(yù)測陌生有機分子的空間構(gòu)型,為初學(xué)者理解有機化學(xué)的復(fù)雜性提供重要幫助。
王磊、陳穎等[5]研究者指出,學(xué)生學(xué)習(xí)有機化學(xué)模塊的核心目的是提高其有機化學(xué)認(rèn)識素養(yǎng),而對有機物性質(zhì)的認(rèn)識能力則是有機化學(xué)認(rèn)識素養(yǎng)的核心。因此,教師可以以PCMX分子為例,通過對PCMX分子結(jié)構(gòu)的分析,組織學(xué)生開展預(yù)測其可能存在的化學(xué)性質(zhì)和可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)等相關(guān)學(xué)習(xí)活動,并命制一些有關(guān)羥基和碳鹵鍵這兩種官能團性質(zhì)的相關(guān)習(xí)題,如以PCMX分子結(jié)構(gòu)修飾[6]為主題設(shè)計習(xí)題,促進有關(guān)羥基和碳鹵鍵這兩種官能團性質(zhì)的深度學(xué)習(xí)。這種教學(xué)策略不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),還能有效地引導(dǎo)學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一化學(xué)觀念。
新課改背景下,素養(yǎng)導(dǎo)向教學(xué)提倡從關(guān)注“零碎知識點”轉(zhuǎn)向關(guān)注“大單元設(shè)計”。如可以以“揭秘PCMX”為主題,進行有機化合物主題大單元整體教學(xué)設(shè)計和實踐。此外,還可以開展“主題串聯(lián)式”有機化學(xué)單元復(fù)習(xí)[7],以PCMX作為常用消毒劑的相關(guān)化學(xué)問題為載體,在問題的提出、揭示和解決過程中,著重培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)角度觀察和分析問題的能力,此舉旨在激活并強化學(xué)生的知識和技能,同時提升其情感、態(tài)度和價值觀。此外,教師還可引導(dǎo)學(xué)生繪制關(guān)于PCMX的思維導(dǎo)圖。若學(xué)生繪制的思維導(dǎo)圖能夠達到清晰、簡潔、明了的水平,將有助于其構(gòu)建高中化學(xué)中典型物質(zhì)的相關(guān)知識體系,進一步提高學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的興趣和學(xué)習(xí)效率。
二、對氯間二甲苯酚(PCMX)的合成方法及其教育價值
(一)PCMX的合成方法
PCMX的合成,過去普遍以3,5-二甲基苯酚為原料,通過氯代反應(yīng)制得,其常用的氯化劑有氯氣、硫酰氯等。以氯氣為氯化劑是最早的方法,后來經(jīng)過研究者的不斷探索,以硫酰氯為氯化劑成為生產(chǎn)PCMX的常見方法。魏文瓏等人[8]以硫酰氯為氯化劑制得PCMX,轉(zhuǎn)化率可達82.57%。在此基礎(chǔ)上,劉玉美等人[9]通過低高溫分階段氯化制得PCMX,使轉(zhuǎn)化率提高到95%以上,且副產(chǎn)物少,成為早些年P(guān)CMX的主要生產(chǎn)方法,但是這一方法在反應(yīng)過程中會生成二氧化硫和氯化氫等副產(chǎn)品,會對環(huán)境產(chǎn)生極大的污染。
現(xiàn)如今倡導(dǎo)綠色化學(xué)理念,上述通過氯代反應(yīng)生產(chǎn)PCMX的方法已不適用于工業(yè)生產(chǎn)。通過科研人員的探索,發(fā)現(xiàn)可用氧氯化反應(yīng)法來合成PCMX。與傳統(tǒng)的氯代反應(yīng)法相比,氧氯化反應(yīng)法是一種更為環(huán)保的生產(chǎn)方法,符合綠色化學(xué)理念,也是未來工業(yè)化生產(chǎn)的首選。然而比較遺憾的是,這一方法的關(guān)鍵技術(shù)仍然掌握在國外企業(yè)手中,國內(nèi)PCMX生產(chǎn)企業(yè)還需要進一步增加技術(shù)投入,突破技術(shù)瓶頸,開發(fā)出低成本、低污染,能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)PCMX的綠色生產(chǎn)技術(shù)。
(二)PCMX的合成方法對教育的價值
了解對氯間二甲苯酚(PCMX)的合成方法對發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有著一定的教育價值,現(xiàn)就PCMX合成方法的教學(xué)提出以下建議:
(1)建構(gòu)有機化學(xué)學(xué)習(xí)的方法模型
教師在講解酚時,可以先從苯酚入手,通過講解苯酚的性質(zhì),從宏觀角度對酚類物質(zhì)的共性進行解析,最后引入PCMX并推測其可能的性質(zhì)。這種教學(xué)策略有助于培養(yǎng)學(xué)生的“宏觀辨識與微觀探析”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
PCMX的合成涉及多個化學(xué)反應(yīng)和合成路徑。學(xué)生通過了解研究人員是如何合成、分離提純PCMX的,來學(xué)習(xí)化學(xué)合成的原理。教學(xué)重點在于引導(dǎo)學(xué)生建立起“有機合成”的一般思維方法,如“正向合成分析法”“逆向合成分析法”和“切割拼接法”等[10]。此外,PCMX的合成過程涉及多種實驗方法和技巧,如何選擇反應(yīng)條件、添加適當(dāng)?shù)脑噭┮约爸虚g產(chǎn)物的處理方法等。學(xué)生還可通過這些實驗學(xué)到基本的操作技能,深刻體會實驗設(shè)計的重要性。這樣的學(xué)習(xí)經(jīng)歷使學(xué)生了解到在特定條件下有機化合物是可以相互轉(zhuǎn)化的,有助于他們構(gòu)建高中有機化學(xué)知識體系,為深入學(xué)習(xí)有機合成奠定基礎(chǔ)。
(2)不斷優(yōu)化有關(guān)內(nèi)容的認(rèn)知線索
第一,通過帶領(lǐng)學(xué)生了解PCMX合成的發(fā)展歷程,可促使其認(rèn)識到化學(xué)在生產(chǎn)生活中的重要作用,這有助于培養(yǎng)學(xué)生在日常生活中應(yīng)用化學(xué)知識的意識,進而激發(fā)其對化學(xué)學(xué)習(xí)的積極動機。
第二,PCMX的發(fā)現(xiàn)歷程是科學(xué)方法的應(yīng)用示例。學(xué)生可以學(xué)習(xí)研究者如何提出假設(shè)、設(shè)計實驗、觀察結(jié)果、得出結(jié)論,并提出自己的見解。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和批判性思維能力,發(fā)展其“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
第三,通過對PCMX多種合成方法的綜合分析,并客觀評價其優(yōu)缺點,可使學(xué)生樹立“綠色化學(xué)”理念。在此基礎(chǔ)上可以讓學(xué)生適當(dāng)開展查閱符合“綠色化學(xué)”理念的化工生產(chǎn)案例的相關(guān)學(xué)習(xí)活動。
第四,教師可以基于PCMX的合成路線開展“大概念教學(xué)”[11]。例如,在學(xué)習(xí)完P(guān)CMX的內(nèi)容后,可以設(shè)計1課時的大概念教學(xué),聚焦于“有機物合成路徑的探究”,引導(dǎo)學(xué)生整理并總結(jié)先前學(xué)過的有關(guān)有機合成的知識,概括有機合成路徑的一般性規(guī)律。這樣的活動有助于學(xué)生建構(gòu)有機合成路徑的大概念,通過解決實際問題促進其對大概念的系統(tǒng)認(rèn)識。
(3)深度挖掘有關(guān)內(nèi)容的隱含價值
教師可以從研究者不斷探索和優(yōu)化PCMX合成方法的角度,培養(yǎng)學(xué)生無論是對待化學(xué)實驗,還是化工生產(chǎn),都應(yīng)該有安全意識和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度,同時也要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。
PCMX生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)目前主要由國外專業(yè)人士掌握,教師可以以此為切入點,使學(xué)生深刻認(rèn)識到化學(xué)科學(xué)與技術(shù)在當(dāng)代社會中的重要性,強調(diào)化學(xué)科學(xué)與技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展是解決人類社會發(fā)展問題的有效途徑,有助于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到他們作為未來的社會主義建設(shè)者和接班人,需通過學(xué)習(xí)化學(xué)關(guān)注與之相關(guān)的社會問題,進而培養(yǎng)其責(zé)任感和參與意識。通過此案例的引導(dǎo),可有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性,并進一步強化他們報效祖國、造福人民的崇高理想信念。
總的來說,了解PCMX的合成方法可以為學(xué)生提供一個將有機合成理論與應(yīng)用相結(jié)合的實際案例,凸顯化學(xué)知識的多重屬性,從而豐富他們的化學(xué)學(xué)習(xí)體驗。
三、對氯間二甲苯酚(PCMX)的發(fā)展歷程及其教育價值
(一) PCMX的發(fā)展歷程
苯酚是最早被投入使用的酚類消毒劑,但由于其有較強的毒性,不能用于創(chuàng)面和皮膚的消毒。隨著科學(xué)家的不斷探索,越來越多更適合人們?nèi)粘I钍褂玫姆宇愊緞┍婚_發(fā)并投入使用,PCMX就是其中的一種。
PCMX最早是在1897年首次合成的,其性質(zhì)和用途是在隨后的研究中逐漸發(fā)現(xiàn)和確定的。在二戰(zhàn)期間,PCMX被用作外科手術(shù)和醫(yī)療設(shè)備的消毒劑。20世紀(jì)70年代,PCMX作為抗菌劑被引入到個人護理產(chǎn)品中,如抗菌肥皂、洗手液和香皂等。到了90年代,PCMX在治療皮膚感染和疾病方面被廣泛應(yīng)用。進入21世紀(jì),該產(chǎn)品的需求量逐年高速增長。
隨著PCMX在中國市場的崛起,國內(nèi)的學(xué)者也對PCMX進行了大量的研究。張紫虹等人 [12]的研究表明,PCMX消毒劑(5%)毒性較低,對皮膚、黏膜刺激小。隨著低濃度的PCMX消毒劑的良好殺菌效果和其安全性得到驗證以后,張磊及其團隊繼續(xù)針對PCMX進行了更為深入的研究與創(chuàng)新,發(fā)現(xiàn)了PCMX與乙醇復(fù)配的消毒劑具有更加良好的殺菌效果,其殺菌效果在一定程度上得到了提升[13]。
PCMX表現(xiàn)出了卓越的殺菌效果,是否可以不加限制地進行使用呢?有關(guān)研究表明,盡管接觸PCMX可能不會損傷人體的DNA,但由于近些年P(guān)CMX的使用越來越多,有必要進一步監(jiān)控長期接觸PCMX是否會對人體健康產(chǎn)生不良影響[14]。除此之外,對于生態(tài)環(huán)境方面,有研究表明雖然海水中檢測到的濃度不會對海洋生物構(gòu)成直接威脅,但可能會使河流中的無脊椎動物處于危險之中[15],這反映出PCMX對于生態(tài)系統(tǒng)存在潛在風(fēng)險。
(二)PCMX的發(fā)展歷程對教育的價值
化學(xué)教育不應(yīng)僅僅局限于讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握已有的知識,而應(yīng)致力于讓學(xué)生受到包括知識在內(nèi)的整個文化的全面熏陶。化學(xué)作為一門重要的基礎(chǔ)自然科學(xué),在其文化中蘊涵著一些特色的學(xué)科思想及方法[16],現(xiàn)就如何基于PCMX的發(fā)展歷程培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)給出以下幾點建議:
(1)樹立物質(zhì)觀念,體會化學(xué)的重要性
PCMX并非自然界原有的物質(zhì),而是人工合成的,因其具有抗菌作用,逐漸在實際應(yīng)用中推廣開來。教師可借此實例引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到合成新物質(zhì)是有機化學(xué)研究價值的重要體現(xiàn)。從PCMX的發(fā)現(xiàn)到廣泛應(yīng)用于日常消毒的角度切入,有助于促使學(xué)生深刻領(lǐng)會化學(xué)的重要性,進而體察化學(xué)在人類文明和社會發(fā)展中所發(fā)揮的促進作用。
(2)加強化學(xué)實驗,培養(yǎng)創(chuàng)新思維
創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力。當(dāng)前,國家提倡培養(yǎng)科技型人才,因此創(chuàng)新思維的培養(yǎng)顯得尤為關(guān)鍵。作為一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué),化學(xué)在創(chuàng)新思維培養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用。為此,教師在教學(xué)中可以采取多種方式。一方面,針對有能力的學(xué)生,進行PCMX相關(guān)實驗探究;另一方面,教師可以通過分享類似張磊等研究者對PCMX不斷深入研究的案例,如發(fā)現(xiàn)PCMX與乙醇復(fù)配的消毒劑在一定程度上提高了殺菌效果,以此來激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探究的熱情,培養(yǎng)其創(chuàng)新的意識,進而達到發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。
(3)建構(gòu)量變與質(zhì)變的關(guān)系,形成辯證思維
鑒于一些研究者對PCMX可能存在的潛在問題提出了疑問,包括隨著量的積累可能對人體健康產(chǎn)生的影響以及可能對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成的潛在破壞,教師可以以此為基礎(chǔ),組織學(xué)生展開討論,促進學(xué)生建構(gòu)量變與質(zhì)變的關(guān)系;還可以通過辯論賽等形式,引導(dǎo)學(xué)生辯證地審視問題,使學(xué)生能對與化學(xué)有關(guān)的熱點和爭議性的社會問題做出正確的價值判斷,培養(yǎng)學(xué)生參與社會決策的意識;也可以開設(shè)查閱相關(guān)資料的學(xué)習(xí)活動,讓學(xué)生了解關(guān)于污染防治、環(huán)境治理的相關(guān)國策、法規(guī),鼓勵學(xué)生表達個人觀點,并評判相關(guān)規(guī)定的合理性。通過這些活動,培養(yǎng)學(xué)生的挑戰(zhàn)性思維,鼓勵他們敢于質(zhì)疑,強化他們參與環(huán)境治理的責(zé)任感。同時,將PCMX與生態(tài)安全等問題進行融合,使學(xué)生在真實問題的解決過程中提升安全意識和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),樹立建設(shè)美麗中國、為全球生態(tài)安全作出貢獻的信念。
四、結(jié)語
PCMX作為目前日常生活中廣泛使用的消毒劑,其在化學(xué)教學(xué)中具有多重價值。對于PCMX這種教材以外的,但生活中常見的物質(zhì),教師應(yīng)該先對其形成深刻的認(rèn)識,只有這樣才能在教學(xué)中清楚地知道如何挖掘知識的實質(zhì)內(nèi)涵及育人功能,促進學(xué)生的知識關(guān)聯(lián)、遷移并能做出有實際應(yīng)用的設(shè)計?;瘜W(xué)教育要回歸生活,增強學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)實價值感。學(xué)生通過對PCMX的學(xué)習(xí),實現(xiàn)了從實際生活中學(xué)習(xí)化學(xué)到理論層面學(xué)習(xí)化學(xué)再到實際生活中應(yīng)用化學(xué)的飛躍,使得化學(xué)學(xué)習(xí)呈現(xiàn)螺旋上升式的發(fā)展,進而達到發(fā)展核心素養(yǎng)的目的。
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(責(zé)任編輯 羅 艷)