基于社会性科学议题的高中化学教学设计

摘要：以“PLA能否取代传统塑料”为议题，对人教版高中化学选择性必修3第三章第三节“羧酸 羧酸衍生物”和第五章“合成高分子”进行单元整合复习。本设计主要包括引入议题，议题论证，议题决策三个环节，引导学生在所构建的情境中提出主张、收集证据、和进行论证，将“结构决定性质，性质决定用途”学科观念贯穿课堂，帮助学生在探究、论证、决策等活动中发展化学学科核心素养，同时希望能为广大一线化学教师的教学提供参考。

关键词：高中化学 社会性科学议题 复习课 核心素养

1 问题的提出

素养导向下的科学教育立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，引导学生关注人类面临的与化学有关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。社会性科学议题常被认为可以用作一种教学情境而广泛地运用在课堂教学之中[1]。开展社会性科学议题的教学，有助于学生在面对有争议性的话题时，作为一名合格的公民应该能自由地思考、冷静地分析[2]；持有合理的态度与观点并说服他人；利用更多的知识优势做出决策并承担社会决策的结果。人教版高中化学选修三《有机化学基础》教材中，高分子材料一节中的内容较多为常识性的介绍，以社会性科学议题为背景，帮助学生复习和应用有机化合物的性质与有机合成的知识，提高问题的解决能力和决策能力。

2 教学目标

本课例以“PLA能否取代传统塑料”为议题，对人教版高中化学选择性必修3第三章“烃的衍生物”和第五章“合成高分子”进行单元整合复习。具体教学目标为：（1）在探究乳酸来源的过程中，了解淀粉与葡萄糖的关系。（2）在探究聚乳酸的合成中，能够从原子经济的角度分析聚乳酸的合成路线，理解绿色化学的实际应用意义。（3）通过比较聚乙烯和聚乳酸的降解速度，学会探究实验的设计与实施，培养证据意识。（4）通过对聚乳酸的结构分析，从酯键的化学键能角度，分析PLA可降解的本质原因，进一步体会结构决定性质，性质决定用途的化学观念。（5）通过PLA替代传统塑料的可行性分析，培养科学决策能力。

3 教学思路

教师引导学生围绕“PLA能否替代传统塑料”为议题，探究聚乳酸替代传统塑料制品的可行性，主要包括引入议题，议题论证，议题决策三个环节，将结构决定性质，性质决定用途的学科观念贯穿课堂，帮助学生在探究、论证、决策等活动中发展化学学科核心素养。具体思路如

图1所示。

4 教学流程

环节一：议题引入

【教师】播放《蓝色星球2》片段，呈现海洋生物误食塑料的画面。

【问题驱动】（1）“为什么海洋生物会误食塑料？”

【学生1】这些塑料形状像食物。

【学生2】塑料释放吸引性气味。

【学生3】有些海洋生物体型庞大，比较小的塑料会不经意被海洋生物误食。

【教师】很好，同学们的想法都有道理。有些体积较小的，例如微塑料就是指直径小于5毫米的塑料颗粒，它对我们的海洋和土壤都有危害。

【教师】回顾以前所学知识，塑料的主要成分是什么？哪些结构会导致其难降解？

【学生】主要成分是合成树脂，比如聚乙烯。

【教师】展示C-C、C-H的键能（见表1）。从化学键的角度分析为何聚乙烯难以降解。

【学生】聚乙烯里面含有碳碳单键，属于极性键，并且键能高所以难降解。

【教师】那么微塑料会通过什么途径影响人类？

【学生】因为微塑料的直径很小，而且难以降解，所以可能会从食物链的传递影响我们。

【提出问题】是否应该禁止使用塑料制品？

【学生1】我觉得应该严禁塑料制品，因为它会我们的身体健康造成巨大危害。

【学生2】我觉得没必要全面禁止塑料制品，因为我发现身边有些塑料制品是印着可降解环保制品的。

【确定议题】可降解塑料PLA能否替代传统塑料？

环节二：议题论证，认识可降解塑料——PLA

【提出问题】你认识可降解塑料PLA吗？

【教师】展示可降解环保用品，奶茶吸管、一次性塑料袋，观察使用的材料，如图2。

【资料卡片】PLA即聚乳酸，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料。

【教师】乳酸这个物质同学们并不陌生，请同学们思考一下乳酸的可能来源？

【学生1】在缺氧的条件下，丙酮酸可在酶的作用下转化成乳酸。

【教师】我们知道葡萄糖可以水解成葡萄糖，在乳酸菌的作用下进而产生乳酸。而淀粉在自然界中通常存在于植物的种子或块根。基于对生活的观察，同学们可以举一些富含淀粉植物的例子吗？

【学生1】玉米淀粉、木薯淀粉。

【学生2】甘蔗。

【教师】很好，同学们在生活中都善于观察。像玉米这类植物是富含淀粉的，请同学们用方程式表达淀粉水解成葡萄糖的化学方程式。

【学生活动】书写方程式

【教师】点评方程式。展示乳酸分子的球棍模型（如图3），请同学们观察乳酸分子的结构，思考讨论乳酸分子如何聚合成聚乳酸。

【学生】乳酸分子中含有既含有—COOH，又含有—OH，可以发生脱水的缩聚反应。

【教师】很好，从分类上看，乳酸分子属于羧酸衍生物，从乳酸的结构式我们可以看出乳酸分子有两种官能团，既有羧基又有羟基，于是可以发生酯化反应，请同学们试着用化学方程式表示乳酸分子缩聚成链状聚乳酸的反应。

【学生活动】写出乳酸聚合成聚乳酸的反应方程式。

【教师】同学们观察方程式，如果你是工厂的工程师，这样来合成聚乳酸你认为有什么缺点？

【学生】从反应机理来看，这是酯化反应，反应是可逆的，产率不高。

【教师】从反应来看，这是一个可逆反应，反应会有一个限度导致产率不高。同时，产物会有水，随着聚乳酸分子量的增加，反应体系粘度增加，水分子很难逸出，因此一步法合成聚乳酸很难得到高分子量的聚乳酸。请同学们继续观察乳酸分子的结构和官能团，除了可以一步分子间脱水聚合成链状聚乳酸，是否还可以由其他路径来实现生产聚乳酸呢？

【学生】乳酸分子中既含有羧基又含有羟基，应该可以完全酯化生成环状酯，然后再进行断键聚合获得聚乳酸。

【展示资料】是的，同学们的这个想法很好，现在也有相关的研究人员研究用二步法来获得聚乳酸[3]。如图和图所示。

【教师】在合成过程中我们发现多处有温度的控制，在前面的阶段为何要控制高温的条件？

【学生】因为在高温的条件下就可以帮助产物水的蒸出。

【教师】对的，并且脱水缩合过程中是可逆反应，高温把水蒸出后有助于反应向生成二聚体即丙交酯的方向进行，进而形成的丙交酯再开环聚合形成聚乳酸，这样一来原子利用率接近100%且聚乳酸分子量可控，经济效益也可观。请同学们思考形成丙交酯的聚合与形成聚乳酸的聚合是同一种类型吗？

【学生】不是，形成丙交酯的时候脱去了水分子是属于缩合反应，形成聚乳酸的时候是属于加聚反应。

【教师】很好。在生成丙交酯后开环聚合成聚丙交酯，是属于加聚反应。请同学们用化学方程式表达这个反应。

【学生】书写方程式。

【教师】点评方程式。

环节三：PLA的降解

【展示资料】欧盟规定2030年前淘汰一次性石化塑料餐具，PLA制品市场份额增长200%，预计年减碳480万吨。为什么市场要提倡使用PLA代替PE（聚乙烯）呢？

【学生】因为它可以降解，是环保的。

【教师】我们知道聚乳酸是可降解的，那它的降解机理是什么呢？请同学们观察聚乳酸的结构，从化学键的角度看其可以发生什么反应？

【学生】聚乳酸里面有酯基，可以发生水解反应。

【教师】非常好，那请同学们写出聚乳酸水解的反应方程式。然后设计实验进行验证。

【学生】酯基在碱性条件下可以完全水解。

【学生活动】聚乳酸的碱性水解实验。

【教师】从实验中我们可以看见在碱性条件下PLA具有明显的软化开裂，这也进一步证明了聚乳酸中含有酯基。

【教师补充】聚乳酸除了可以发生水解反应外，还可以在微生物的作用下氧化生成二氧化碳和水。这样同学们也不难看出聚乳酸降解的产物仍有温室气体二氧化碳，其实现在已经有科学家研究出以二氧化碳为主要原料生产可降解高分子材料的技术。这样二氧化碳又得以利用，有助于我们实现碳中和。

【教师】展示实验，传统塑料降解与可降解塑料的降解对比实验。

【小结】对比传统塑料制品和可降解塑料下来，从结构上看，聚乙烯里化学键都是C-C键和C-H键，无法发生水解反应，降解时间也是需要非常久的。

【学生】完成全生命周期碳排放对比表格，如表2

【展示情境】PLA制品宣传片

【教师】如果PLA如此完美，为什么生活中传统塑料依旧占主导地位呢？

【学生】猜测成本、性能？

【展示数据】PLA降解率（工业堆肥下90% vs 自然环境下20%）；PLA与传统塑料价格对比（3美元/kg vs 1.2美元/kg）

【进行实验】测试PLA耐热性：用PLA杯（100℃热水）与PP杯（100℃热水）对比形变，记录现象并分析化学键差异。

【得出结论】PLA成本高，耐热性能较弱。

环节四：议题论证

【教师】那基于本节课我们对塑料的一些了解，同学们是否支持PLA替代传统塑料呢？

【学生】虽然这些塑料是可降解的，但是它的降解还是需要时间的，所以我们还是要尽量少使用一次性塑料制品。

【学生活动】根据所得证据，代入不同角色讨论一次性塑料制品的使用，辩论记录如图所示

【教师】经过激烈的讨论，同学们对PLA的结构、性质、用途都有了比较清晰的认识，现在请同学们结合刚刚我们所列举的证据，说说对“PLA取代传统塑料的可行性”的看法。

【学生1】PLA的使用有利有弊，PLA的来源是植物，降解产物二氧化碳又可以被植物利用，实现了碳循环，但是在PLA降解吸管的介绍中，发现聚乳酸并不耐高温，所以使用的场所有所局限。但是随着技术的发展，我们有希望从结构上改善它的性能，所以我支持使用PLA替代传统塑料。

【学生2】我认为PLA还是不能替代传统塑料，但是可以分场所使用PLA。在高温环境下可以运用传统的塑料，在类似吸管、塑料袋子等一次性塑料制品可以用PLA作为原料。同时PLA是属于易降解的聚酯类物质[4]，它对我们的人体健康或许也会有潜在的健康风险。所以，分不同的场合使用不同的材料会更加环保。

【教师】是的，一方面，从表2中的数据对比我们可以看出，塑料降解是需要时间的，量变造成质变，随着时间的流逝，累积的塑料会给自然环境造成很大的负担。另一方面，常温下PLA水解很慢，若我们随意丢弃，PLA也可能会以微塑料的形式存在，它会污染我们的土壤和海洋，慢慢地也会在食物链中影响我们人类自身。同时有资料显示，全球每年生产4亿吨塑料，50%为一次性用品。所以，PLA可以在特定场所替代传统塑料。同时，我们应该减轻环境的负担，尽可能地少使用一次性塑料制品，例如从去超市自备购物袋等小事做起。

【课后活动】如果学校开展一次环保宣传活动，请你为活动制作一份环保宣传画报。

【总结】本节课以“可降解塑料PLA”为议题，融入“结构决定性质，性质决定用途”、“绿色化学”等化学观念，引导学生从官能团的化学学科视角出发，综合化学反应平衡的原理，选择合适的聚乳酸合成路线，再引导学生设计实验验证，聚乳酸因含酯基所以降解优于聚乙烯。最后通过收集证据，对议题的论证，引导学生辩证地看待可降解塑料的利与弊，做出与自己社会角色紧密相关的科学决策。

5 总结与展望

本课例通过“情境-问题-证据-行动”的闭环设计，帮助学生实现知识迁移和价值引领。教师播放纪录片片段，通过直观案例让学生感知冲突，激发学生的环保意识。从学生的日常生活切入，以“PLA是否能替代传统塑料制品”为议题，引导学生在教师构建的情境中进行探究、论证、辩论、决策等活动，有助于促进学生能力的全面发展。同时，在教学过程中，要注意引导的程度，要给予学生足够的思考空间。随着社会的发展，会有更多的社会性科学议题出现，我们需要帮助学生构建思维模型去收集证据，结合证据分析做出科学的决策，以帮助学生更好地适应未来的生活和挑战。

参考文献

[1]杨淑萍， 高瑞好， 桂磊， 等.近20年国内外SSI教育文献比较研究——基于CNKI和WOS数据库的文献计量学分析 [J]. 兵团教育学院学报， 2024， 34 （03）：60.

[2]何林泽. 高中化学教学中高阶思维的培养研究 [D]. 2020.

[3]刘冬丽， 丁龙龙， 蒋沅峰， 等.开环聚合法合成聚乳酸 [J]. 塑料， 2024， 53 （04）：185.

[4]邓永锋， 赵爱林， 时长志， 等. 可降解塑料潜在健康风险和未来研究展望：以可降解微塑料为例 [J]. 化学进展， 2025， 37 （01）：59.

作者简介：洪晓（2000—），在读研究生，研究方向：中学化学教学.

通讯作者：王高军（1968—），博士，硕士生导师，研究方向：教育教学；电化学

基金项目：浙江省教育厅科研项目资助（Y202455304）