《尿不濕及其活性成分》的探究教學(xué)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE1《尿不濕及其活性成分》的探究教學(xué)設(shè)計(jì)修水一中付小勤1、設(shè)計(jì)思想綠色高吸水樹(shù)脂是人教版新教材《選修5（有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)）》最后一節(jié)“功能高分子材料”的重要內(nèi)容，由于本章教材的內(nèi)容特點(diǎn)，前兩節(jié)的教學(xué)結(jié)合化學(xué)史的科普特色較濃，本節(jié)內(nèi)容再沿用此思路，課堂容易因單調(diào)而空洞，另一方面，作為綠色高吸水樹(shù)脂的代表物——尿不濕，學(xué)生既熟悉又陌生，熟悉之處無(wú)需多言，陌生之處在于目前在校的學(xué)生小時(shí)候大多沒(méi)用過(guò)尿不濕，現(xiàn)在雖然都知道，但對(duì)尿不濕的組成結(jié)構(gòu)并不了解，一般都只知其基本功能，很少有學(xué)生關(guān)注過(guò)尿不濕中的高吸水材料，因而在一定情境下，學(xué)生對(duì)探究日常生活用品尿不濕及其活性成分很容易產(chǎn)生認(rèn)知興趣，而且，經(jīng)過(guò)了較為完整的有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)之后，學(xué)生已經(jīng)具備了探究尿不濕中的活性成分的知識(shí)基礎(chǔ)和能力基礎(chǔ)，因而本節(jié)課宜定位為以學(xué)生實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的探究教學(xué)：通過(guò)高吸水材料尿不濕的填充物與傳統(tǒng)吸水材料棉花的外觀和吸水能力的比較，產(chǎn)生對(duì)尿不濕活性成分中親水基的探究熱情；通過(guò)對(duì)尿不濕中親水基探究的過(guò)程，體會(huì)已有知識(shí)對(duì)進(jìn)一步探究學(xué)習(xí)的重要性；通過(guò)對(duì)尿不濕填充物和聚丙烯酸鈉酸堿性的比較，體會(huì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)安全的重要性和產(chǎn)品設(shè)計(jì)者對(duì)嬰兒的關(guān)愛(ài)之情；通過(guò)對(duì)尿不濕具有高吸水性的原理介紹，創(chuàng)設(shè)學(xué)生提出進(jìn)一步提出探究問(wèn)題的情境，在討論解決尿不濕活性成分吸水機(jī)理問(wèn)題的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明并立即實(shí)踐。這樣，通過(guò)一個(gè)又一個(gè)問(wèn)題的探究，層層遞進(jìn)，學(xué)生探究的熱情和層次不斷在提升，思維能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫搅擞行У呐囵B(yǎng)。而對(duì)尿不濕產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能的分析，又再一次將探究的問(wèn)題回歸到生活實(shí)際，激發(fā)了課后繼續(xù)探究的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，成功的將學(xué)習(xí)從課堂引入到課外生活。2、教學(xué)過(guò)程[回顧與思考]上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了合成纖維的“六大綸”，其中有一種因具有較好的吸水性，被稱為“人造棉花”，它是什么物質(zhì)？[學(xué)生]維綸，聚乙烯醇。[教師]維綸具有吸水性的原因是什么？[學(xué)生]高分子中含有大量的親水基團(tuán)——羥基。[設(shè)置問(wèn)題情境]聚乙烯醇因具有較好的吸水性，曾被用來(lái)制造“尿不濕”，那么現(xiàn)在嬰兒廣為使用的尿不濕的吸水材料還是不是聚乙烯醇呢？(設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生的已有知識(shí)引入，貼近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，容易產(chǎn)生認(rèn)知共鳴，進(jìn)而創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，一氣呵成。)[實(shí)驗(yàn)探究]尿不濕填充物和棉花的鑒別和吸水能力的比較[分組實(shí)驗(yàn)1]仔細(xì)觀察分別盛有0.5克棉花、尿不濕填充物的燒杯，初步鑒別。[觀察交流]外觀相似，但體積相差甚遠(yuǎn)，仔細(xì)觀察，體積小的其中有小顆粒，估計(jì)為尿不濕填充物。[分組實(shí)驗(yàn)2]在燒杯中分別加入25mL的水，用玻璃棒充分?jǐn)嚢韬箪o置，觀察現(xiàn)象。[觀察交流]棉花中明顯看見(jiàn)水，尿不濕填充物“棉花”狀逐漸消失，體系呈凝膠狀。[教師演示]迅速將課前準(zhǔn)備的盛有尿不濕填充物的加水燒杯倒置，無(wú)水流出。[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]尿不濕填充物的吸水性比傳統(tǒng)吸水劑棉花要強(qiáng)得多。(設(shè)計(jì)意圖：分組實(shí)驗(yàn)1，對(duì)比觀察實(shí)驗(yàn)，相似性為后續(xù)小組討論創(chuàng)設(shè)情境，細(xì)微差異性的發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)了學(xué)生細(xì)致觀察的能力；分組實(shí)驗(yàn)2和演示實(shí)驗(yàn)，淋漓盡致地展現(xiàn)尿不濕填充物的高吸水性，尤其是教師演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的出乎意料，給同學(xué)留下了深刻的印象)(教學(xué)反思：上述教師演示實(shí)驗(yàn)的成功效果，需要在尿不濕填充物中加水幾分鐘之后進(jìn)行，教師課前準(zhǔn)備好，課堂演示，節(jié)省了教學(xué)時(shí)間。由于等一會(huì)兒自己也能做，因此學(xué)生對(duì)教師演示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，異常驚奇又深信不疑，這樣的精心設(shè)計(jì)對(duì)其它的慢速實(shí)驗(yàn)具有借鑒性。)[問(wèn)題討論]尿不濕中的填充物是“人造棉花”嗎？[學(xué)生]應(yīng)該不是，“人造棉花”和棉花的吸水性應(yīng)該較接近。[教師]為什么？[學(xué)生]因?yàn)榫垡蚁┐己屠w維素分子中都是平均每?jī)蓚€(gè)碳原子擁有一個(gè)羥基。[投影]棉花與“人造棉花”的吸水性分析[思考與交流]是什么樣的強(qiáng)親水基團(tuán)使得尿不濕填充物具有高吸水性？[分解思考1]常見(jiàn)親水性基團(tuán)有哪些？[學(xué)生]-OH、-COOH等[分解思考2]如何增加它們的親水性？[學(xué)生]將其變成鈉鹽。[分解思考3]有證據(jù)表明改良后的基團(tuán)親水性增加了嗎？[學(xué)生]苯酚鈉、苯甲酸鈉在水中的溶解度比苯酚、苯甲酸大。[實(shí)驗(yàn)探究]聚丙烯酸鈉吸水性的研究在盛有0.5克聚丙烯酸鈉的燒杯中加入25mL的水，用玻璃棒充分?jǐn)嚢韬箪o置，觀察現(xiàn)象。[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]靜置后呈凝膠狀，倒置后無(wú)液體流出。[思考與交流]如何理解聚丙烯酸鈉的高吸水性？[學(xué)生]離子與水分子之間的靜電作用比羧基與水分子之間的氫鍵要強(qiáng)得多。[投影]帶有正電荷的鈉離子和帶有負(fù)電荷的羧酸根離子的親水性比氫鍵要強(qiáng)得多。[實(shí)驗(yàn)探究]尿不濕中的填充物是聚丙烯酸鈉嗎？在兩支試管中分別放入少量的聚丙烯酸鈉和尿不濕填充物，加入5mL蒸餾水，分別滴加酚酞試液，觀察現(xiàn)象。[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]聚丙烯酸鈉溶液中加酚酞顯紅色，尿不濕填充物溶液中滴加酚酞不顯色。[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]尿不濕中的填充物不是聚丙烯酸鈉。[資料在線]尿不濕填充物聚丙烯鈉中通過(guò)保留一些羧基而使其接近中性。[思考]尿不濕填充物中為何要保留部分羧基，使其接近中性？[學(xué)生]接近中性刺激性小、安全、舒適，適于嬰兒嬌嫩皮膚。(設(shè)計(jì)意圖：本實(shí)驗(yàn)就教材提出的尿不濕填充物的活性成分——聚丙烯酸鈉，展開(kāi)探究，體現(xiàn)了用教材教的思想，探究的結(jié)論令同學(xué)和聽(tīng)課教師感到意外，但仔細(xì)想來(lái)，更加感激產(chǎn)品設(shè)計(jì)師對(duì)嬰兒的一片關(guān)愛(ài)之情。)[觀察與思考]用玻璃棒擠壓棉花、聚丙烯酸鈉和尿不濕填充物，觀察比較它們的保水性。[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]保水性：尿不濕填充物>聚丙烯酸鈉>棉花[分組討論]人們想了怎樣的辦法來(lái)增強(qiáng)高吸水材料的保水性的呢？[小組交流](1)親水基團(tuán)含量越多、親水性越強(qiáng)，保水性越好。(2)適度交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。[思考與交流]1、下列綠色高吸水樹(shù)脂的交聯(lián)劑是什么？交聯(lián)的原理是什么？聚丙烯酸及其鹽交聯(lián)后的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)示意圖[學(xué)生]丙三醇，，通過(guò)酯化反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)。[教師]除了丙三醇通過(guò)酯化反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)外，還有其它的交聯(lián)原理，請(qǐng)看思考2。[思考與交流]2、下列綠色高吸水樹(shù)脂的交聯(lián)劑是什么？交聯(lián)的原理又是什么？聚丙烯酸及其鹽交聯(lián)后的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)示意圖[學(xué)生]，通過(guò)加聚反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)。(教學(xué)反思：交聯(lián)劑的尋找是教學(xué)難點(diǎn)，教師要充分了解學(xué)生的已有知識(shí)，實(shí)際教學(xué)中思考題的順序與本設(shè)計(jì)相反，結(jié)果表明學(xué)生對(duì)酯化反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)很容易解答，而通過(guò)加聚反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)，只有極個(gè)別學(xué)生有思路，因而本設(shè)計(jì)將其對(duì)調(diào)。)[思考與交流]上述交聯(lián)劑為何不用更簡(jiǎn)單的交聯(lián)劑如：乙二醇、1，3-丁二烯？[學(xué)生]上述交聯(lián)劑中還含有親水性的基團(tuán)如：-NH-、-OH。[思考與交流]請(qǐng)解釋高吸水樹(shù)脂的吸水機(jī)理。[分解討論1]吸水前，高吸水樹(shù)脂呈什么狀態(tài)？[學(xué)生]高分子網(wǎng)絡(luò)是固態(tài)網(wǎng)束，未電離[分解討論2]吸水中，高吸水樹(shù)脂有何變化？[學(xué)生]首先水分子通過(guò)氫鍵與樹(shù)脂分子鏈上的大量親水基團(tuán)發(fā)生水合作用，親水基團(tuán)離解。[分解討論3]電離產(chǎn)生的陽(yáng)離子和陰離子都能自由移動(dòng)嗎？[學(xué)生]陽(yáng)離子鈉離子能自由移動(dòng)，陰離子羧酸根離子固定在高分子鏈上不能自由移動(dòng)。[投影、講解]電離產(chǎn)生的陰離子固定在高分子鏈上，陰離子之間的排斥作用使高分子網(wǎng)束張展，形成孔穴。[分解討論4]陽(yáng)離子能在整個(gè)體系中自由運(yùn)動(dòng)嗎？[學(xué)生]應(yīng)該不會(huì)，因?yàn)殛庪x子不能自由移動(dòng)，如果陽(yáng)離子在整個(gè)體系中自由運(yùn)動(dòng)，從燒杯中取一些溶液出來(lái)，溶液中將只有鈉離子，這樣就帶電了。[講解]為了維持電中性，陽(yáng)離子并不能向外部溶劑擴(kuò)散，導(dǎo)致可移動(dòng)陽(yáng)離子在樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的濃度增大，從而造成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓。水分子通過(guò)滲透壓作用不斷向網(wǎng)內(nèi)滲透，隨著水的滲透，網(wǎng)內(nèi)離子濃度逐漸減小，滲透壓逐漸減小。同時(shí)三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)擴(kuò)張也產(chǎn)生相應(yīng)的彈性收縮力，逐漸抵消陰離子的靜電斥力，最終達(dá)到吸水平衡。(設(shè)計(jì)思想：將高吸水樹(shù)脂的較復(fù)雜的吸水機(jī)理按吸水過(guò)程分解成幾個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，結(jié)合學(xué)生討論和教師講解共同完成，是對(duì)傳統(tǒng)講授式教學(xué)的一種改進(jìn)。)(教學(xué)反思：高吸水樹(shù)脂的吸水機(jī)理，教材不作要求，但能預(yù)見(jiàn)教學(xué)時(shí)學(xué)生很可能提出這樣的問(wèn)題，實(shí)際教學(xué)時(shí)學(xué)生也確實(shí)提出了高吸水樹(shù)脂是如何吸水、保水的問(wèn)題，因而花些時(shí)間深入淺出的作些討論是值得的。)[實(shí)驗(yàn)探究]請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)說(shuō)明高吸水樹(shù)脂的吸水主要原因之一是聚電解質(zhì)的離子滲透壓。[設(shè)計(jì)方案1]通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)比較高吸水樹(shù)脂分別在蒸餾水中、生理鹽水中的吸水能力。[設(shè)計(jì)方案2]在已吸水的高吸水樹(shù)脂中加入少量食鹽固體，觀察該樹(shù)脂是否失水。[分組實(shí)驗(yàn)]請(qǐng)按小組討論的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。[方案1現(xiàn)象]高吸水樹(shù)脂分別在蒸餾水中的吸水能力顯著大于生理鹽水中的吸水能力。[方案2現(xiàn)象]樹(shù)脂明顯失水，燒杯中出現(xiàn)大量的鹽水。[過(guò)渡設(shè)置情境]除了具有高吸水性、安全、舒適的尿不濕填充物之外，尿不濕產(chǎn)品還有哪些輔助材料，它們又應(yīng)具有怎樣的功能？[小組討論]至少還應(yīng)有內(nèi)外兩層，相當(dāng)于構(gòu)成一個(gè)容器，內(nèi)層緊靠嬰兒皮膚應(yīng)當(dāng)很舒適，最好具有單向透水性