核心素养导向的科技热点情境教学设计与实践

一、知识背景

“探秘神奇的医用胶”是鲁科版选择性必修 3《有机化学基础》第二章“官能团与有机化学反应 烃的衍生物”第 4 节“羧酸 氨基酸和蛋白质”中的微项目模块。

医用胶（医用黏合剂）中，α- 氰基丙烯酸酯类（如 504、508 医用胶）是目前在临床上被广泛应用的医用手术专用胶，其结构兼具氰基、酯基、碳碳双键等多种官能团，能直观体现有机化合物中官能团的相互影响，为学生理解“结构决定性质、性质决定用途“的化学思想提供真实载体。同时，该主题可自然融入生物学中“生物相容性”、“组织修复”等知识，具有较强的跨学科综合性。

二、学习目标

1. 通过探究医用胶的结构与性能关系，深化对“结构决定性质、性质反映结构”化学思想的理解，发展学生的宏观辨识与微观探析素养。

2. 建立有机物宏观性能与微观结构的关联，体验有机化学反应在医用材料研发中的创造性应用，培育学生的科学态度与社会责任素养。

3. 通过分析医用胶的改性思路，形成“基于性质分析实际现象、利用有机反应解决材料优化问题”的思维路径，提升学生的科学探究与创新意识素养。

三、学情分析

学生已掌握典型官能团（如羟基、羧基、碳碳双键）的性质及基本有机反应类型（如加成、聚合），具备初步的信息提取与分析加工能力，但在陌生情境中仍存在以下不足：一是难以自主运用“官能团相互影响”规律分析物质性质；二是缺乏“性能—性质—结构”的逆向推理能力。

基于以上分析，本节课旨在通过任务驱动，帮助学生构建“目标性能→核心性质→关键结构→优化设计”的思维模型，形成从“认识物质”到“创造物质”的认知进阶。

四、项目流程设计

本项目以“探秘医用胶”为主题，构建“任务线—活动线—问题线—素养线”四维融合的教学流程（见表 1），实现知识学习与素养培育的同步推进。

表1 教学流程

五、教学实施过程

5.1 环节一：探秘医用胶的分子结构与黏合原理

情境引入：展示手术中医用胶替代缝合的临床视频，对比传统缝合与医用胶的优势（如创伤小、愈合快），引出核心问题：“医用胶为何能实现快速黏合？其神奇性能背后的化学原理是什么？”

任务驱动：分析医用胶的关键性能—快速固化与强黏合性，将其转化为化学问题。

教师提问：“从液态到固态的固化过程中，可能发生何种反应？强黏合性的本质是什么？”

学生讨论：

a. 结合“液态 $$ 固态”的状态变化，推测可能发生聚合反应；通过对比加聚反应（无小分子生成，反应速率快）与缩聚反应（需脱除小分子，可能影响组织），推断快速固化更可能是加聚反应。

b. 联系微粒间作用力（氢键、范德华力），推测强黏合性可能与医用胶分子与人体组织（如蛋白质）间的氢键有关。

设计意图：通过“临床需求→化学问题”的转化，引导学生运用已有知识（如聚合反应、分子间作用力）分析陌生现象，初步感知官能团对物质性质的影响，发展宏观辨识与微观探析素养。

进阶探究：教师提供 α- 氰基丙烯酸酯类医用胶的结构简式，引导学生结合电负性、官能团吸/ 推电子效应分析反应活性。

教师追问：“分子中的氰基（—CN）、酯基（—COOR）如何影响碳碳双键的反应活性？为何该类化合物能快速发生加聚反应？”

学生活动：通过对比实验（如不同取代基的丙烯酸酯聚合速率），验证“吸电子基团（—CN、—COOR）使双键电子云密度降低，更易发生加聚”的假设。

设计意图：通过实验探究与理论分析，深化学生对“官能团相互影响”规律的理解，培养证据推理与实验探究能力。

5.2 环节二：医用胶的性能改进与技术创新

情境过渡：展示临床反馈：α- 氰基丙烯酸酯类医用胶固化时放热可能损伤组织，固化后薄膜韧性不足导致黏合稳定性差。提出问题：如何通过结构改性优化性能？

教师引导：以“有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）与隐形眼镜（聚甲基丙烯酸羟乙酯）”为例，介绍共聚、交联等结构修饰方法对材料性能的影响（如柔韧性、亲水性）。

学生讨论：基于“结构决定性质”，提出改性思路： ① 延长酯基碳链（如引入长链烷基）以降低结晶度，提升柔韧性； ② 引入羟基（—OH）增强与组织的氢键作用，改善生物相容性。

创新拓展：介绍 2017 年澳大利亚悉尼大学研发出无毒、无害且具有生物活性的“超级胶水 Me Tro”（含醛基，可与组织中氨基形成席夫碱键），引导学生思考：“能否引入可与蛋白质中氨基、羧基反应的官能团（如醛基、酰氯基），通过化学键增强黏合性？”

设计意图：通过“问题—方案—验证”的探究链，引导学生逆向运用“结构—性质”模型，培养创新思维与工程意识，落实科学精神与社会责任素养。

5.3 环节三：总结与升华

教师总结：本节课以医用胶为载体，构建了“性能需求→结构分析→原理探究→优化设计”的认知路径，其核心是“从宏观现象追溯微观结构，从化学原理解决实际问题”的思维方式。

学生反思：结合本节课内容，绘制“医用胶研发中的化学知识网络”，明确官能团性质、有机反应与材料性能的关联。

设计意图：通过知识结构化与思维可视化，帮助学生形成系统化的认知模型，实现从“学会”到“会学”的转变。

六、教学效果与反思

6.1 教学效果

选取同年级 2 个平行班（各 50 人）进行对比实验：实验班采用本教学设计，对照班采用传统“讲授—练习”模式。课后测评显示：

1. 核心知识掌握：实验班对“官能团相互影响”的理解评分较对照班提升 141.1% ，能更灵活运用该规律分析陌生有机物性质。

2. 问题解决能力：在陌生有机合成题（如“设计某医用黏合剂的合成路线”）中，实验班得分较对照班提升 124.2% ，信息提取与推理能力显著增强。

3. 学习兴趣：实验班对“化学与医学交叉领域”的探究兴趣评分较对照班提升 127.3% ，体现出更强的主动学习意愿。

6.2 教学反思

1. 情境创设的适切性：科技热点情境需兼顾“科学性”与“贴近性”。医用胶作为临床常用材料，既能引发学生兴趣，又能承载核心知识，是理想的教学载体。

2. 任务设计的层次性：问题需从“基础认知”（如“什么是氢键”）逐步过渡到“创新应用”（如“如何设计更优结构”），确保不同认知水平的学生均能获得发展。

3. 跨学科融合的深度：未来可进一步引入医学案例（如“不同组织对医用胶的性能要求差异”），增强学科间的关联性，提升学生的综合素养。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017 年版2020 年修订 ）[S]. 北京 ： 人民教育出版社 ，2020.

[2] 王磊， 支瑶. 化学学科核心素养的内涵与落实路径 [J]. 课程·教材·教法，2018（9）：64-70.

[3] 李明. 基于核心素养的高中化学情境教学实践研究 [J]. 化学教育 （ 中英文 ），2021，42（11）：23-27.

李永洛 男 1978 年8 月27 日 民族：汉 籍贯： 河南孟津 最高学历：本科 职称：中小学高级教师 研究方向：高中化学 邮编：单位：