1、1功能高分子材料课题 元功能高分子材料总课时 2班级（类型）学习目标了解功能高分子材料的结构特点、一般性能及在 STS 中的作用；重点以吸水性高分子材料和复合材料为例，了解其原理及主要用途。培养学生用科学的方法发现问题、认识问题的意识。理论联系实际的能力。重、难点从权威杂志对发明的评比报道生活中司空见惯的现象 高科技航天事业的应用 “尿不湿 ”的结构设计强吸水性高分子材料与传统吸水性材料实验对比对人类惨痛案例的反思等一系列跌宕起伏的教学设计，引导学生大胆推测、自主设计、相互探讨、积极体验 ，感受化学的魅力。学习环节和内容 学生活动教师反思教学设计及过程2教师活动 学生活动 设计意图展示美国时代
2、周刊杂志封面图片。设问：同学们听说过美国时代周刊这份杂志吗？它在全美乃至全球都很有影响力。时代周刊评出 20 世纪最伟大的100 项发明，其中“尿不湿” 榜上有名。展示使用“尿不湿”的可爱宝宝的图片。悄悄问同学们：你们小时候是否使用过“尿不湿”？同学们对此话题很好奇、很兴奋。同学们颇感遗憾地摇头说：“没有！”引导学生站在一个宽广的平台、以全新的视角看待世界、看待周围的事物。老师对同学们的遗憾深表同情。引出问题：现代尤其是城市的婴幼儿使用“尿不湿”是再平常不过的事了。为什么“尿不湿” 能评为 20 世纪最伟大的 100 项发明呢！最初是为谁专门设计的呢？老师肯定表扬回答的同学，并进一步介绍：美国
3、在上世纪六十年代初，航天事业崛起， （展示美国从 1959 起甄选的 7位宇航员合影） ，如何解决宇航员的排尿问题迫在眉睫，华人唐鑫源成为“尿不湿”的发明人，后来他被誉为美国“太空服之父” 。介绍我国“神舟 5 号” 、 “神舟 6号”上天的三位航天员先后也都使用了“尿不湿” 。当然航天员专用“尿不湿”1 克能吸收约 1000 克水 ，吸水性远强于一般婴儿使用的“尿不湿” 。“尿不湿”是航天产品“下凡”的成功典范！现在不仅是婴幼儿使用，还有供特殊成人使用的，更有趣的是有些宠物也系上了“尿不湿”出门溜达，以保护公共卫生。 （图片展示略）资料显示：1987 年，英国一次性尿布销售利润达 2 亿英镑
4、。设想一下我们中国这样一个人口大国，利润有多么惊人！同学们相互询问，大多同学不很了解，个别同学似乎略知一、二。学生感叹高尖的航天事业居然能对人们的日常生活产生如此大的影响！适时地宣传华人对航天事业的杰出贡献，激起学生的民族自豪感！激发学生对高深科学的热情。思考：“尿不湿”应具备哪些重要性能？学生争相回答：有强吸湿能力吸收大量液体有防渗漏功能不让液体渗漏舒适、刺激性小适于婴儿娇嫩皮肤便于一次性处理可以燃烧处理或通过细菌分解等培养学生对实际问题的探究兴趣。3设问：你了解“尿不湿”的结构吗？若请你设计， “尿不湿”应分几层？每一层材料应具有哪些性能？展示“尿不湿”实物样品，为了便于描述清楚，投影一次
5、性尿布结构示意图探讨：(1) 衬里功能性“单向”渗水面料，尿液渗过以后遗留水份很少，并具优异的抗反渗能力，与人体接触的一面可保持相对干爽,避免皮肤浸泡于尿液中 。(2) 外层作为“尿不湿”外层材料，必须柔软、不透水。拓展介绍：美国最近时代周刊评出 2006 年最佳发明：衣料类绝水雨伞。伞面是由纳米技术的聚脂纤维制成的，在设计上可以阻挡雨水的渗入，轻轻一摇，使雨水绝不会在你的身上或者地板上“安营扎寨” 。设计者是由怎样的灵感而发的？同学们一定见过荷花，你知道她为什么能“出污泥而不染”吗？介绍：“荷叶效应” 。(3) 衬垫“尿不湿”的吸水功能主要由衬垫来承担，它是一种怎样的材料？打开看一看！思考：
6、“尿不湿”中的填充物外观如同棉花，它与传统吸水性的材料有何区别呢？我们如何通过实验来感受？学生小组讨论回答。发明者的灵感来源于对生活的细心观察 “绝水”的过程类似于水珠、泥土从荷花叶上滚落“荷叶效应” 。学生探究实验：（1）拆开“尿不湿” ，取出其中的填充物，观察其性状。学生观察后发现“尿不湿”中的填充物外观如同棉花。（2）实验：比较不同材料的吸水性强弱取 4 个装有 80mL 水的同样大的烧杯，依次加入适量棉花、纸巾、海棉 、 “尿不湿”填充物。用玻棒搅拌使其与水充分接触浸湿。通过对“尿不湿”的功能研究探索对不同层材料的要求。引导学生从不同的角度看待事物。让学生了解最新的世界发明，感受时代的
7、气息。绝妙的发明及灵感的迸发，都给人极其珍贵的启示。让学生从科学发现的过程中，体会到探索自然奥秘的幸福。强吸水性！“单向” 衬里 外层:柔软、不透水衬垫4介绍：“尿不湿”填充物由强吸湿力的高聚物与纤维浆状物混合制成，其中的颗粒状物质即为高吸水性树脂，常用网状结构的聚丙烯酸钠。思考：（1）如何由 CH2=CHCOOH 制得网状结构的聚丙烯酸钠？（2）加交联剂的目的是什么？图片展示 并讲解：引导学生小结传统吸水性的材料和高吸水性材料在性能、用途上的区别。发现前三个烧杯中均剩余较多量水，用手拎出其中的棉花、纸巾、海棉，轻轻挤压，很易把水挤出。迅速倒置加“尿不湿”填充物的烧杯，发现物体呈凝胶状，无液体
8、流出。仔细观察“尿不湿”填充物中含有颗粒状物质。学生惊呼！学生讨论合成路线：CH2=CHCOOH CH2=CHCOONa交 联 剂引 发 剂交 联 剂引 发 剂学生探讨、得出结论。高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。用简易的定性对比实验即可有强的说服力，免去教材繁琐的定量试验。突出教材重点，加强学科基础，但又不拘泥于教材。过渡：聚丙烯酸钠的吸水性主要归功于功能基COONa，那传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水性？引导学生从纤维素的结构简式入手考虑。结合以下图示，讲解纤维素的吸水原理。思考：强吸水能力的功能高分子材料除了用于“尿不湿” ，还有哪
9、些用途？学生写出纤维素的结构简式如下:发现其每个链节上都有OH，它是一种亲水基。学生畅所欲言，争相发表个人见解：如干旱季节或沙漠地带使土壤保水。用化学的视角审视日常生活中传统材料的性能及原理。网状结构聚丙烯酸钠加水吸 水 性 高 分 子 材 料传 统 吸 水 性 材 料 吸 水 性 高 分 子 材 料传 统 吸 水 性 材 料吸 水 性 吸 收 与 自 重 等 量 或最 多 几 十 倍 水 吸 收 相 当 于 自 重 几百 倍 到 几 千 倍 水遭 受 外 力 易 挤 出 水保 水 性 遭 受 外 力 不 挤 出 水十 分 有 限用 途 惊 人 效 益纸 、 棉 布 (纤 维 素 )、 动物
10、胶 、 海 绵 、 泡 沫 塑 料种 类 聚 丙 烯 酸 钠 等小 结 ：结 论 良 好 吸 水 性 优 异 吸 水 性 、保 水 性亲 水 基OHOHOH纤 维 素 链亲 水 基 纤 维 素 链纤 维 素 链（ C6H7O2） Hn（ ）5。介绍：保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。无毒无害，反复吸水、释水 “微型水库” 。同时，它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑等。 展示相关图片（如右图）什么叫功能高分子材料呢？一、概念：在合成高分子的主链或支链上带有某种特点官能团，使其具有特殊的功能。二、种类（一） 吸水性高分子制法：（1）
11、对天然吸水性高分子材料（淀粉、纤维素）进行改性，形成接枝共聚物(如与丙烯酸钠共聚)（2）以带有强亲水基的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水性高聚物如聚丙烯酸钠（同时加入交联剂） 。通过上述的探讨过程引出功能高分子材料的概念，让学生有直观的体验和深入的理解。过渡：提起吸水性高分子材料，自然会想起隐形眼镜。上世纪 70 年代发展起来的亲水隐形眼镜具有特点：吸收相当于自重 80%水，才变得柔软、透气、舒适、戴时长。提出思考问题：1.制备隐形眼镜所用的原料主要是丙烯酸羟乙酯（CH 2=CHCOOCH2CH2OH），请写出上述单体在一定条件下生成高聚物，以成为透明的有一定折光率的隐形眼镜时所发生的反应化学
12、方程式。2.为何在制备隐形眼镜的过程中采用乙二醇而不用乙醇与丙烯酸进行酯化反应？其优点是什么？老师评点练习书写情况3. 在生产隐形眼镜的原料中，往往要加入一定量的下列单体，试分析加入该单体的作用：_。图片展示：一个学生上黑板书写反应化学方程式，其余同学自行练习。学生结合前面刚学的网状结构的聚丙烯酸钠相关知识作出分析判断。加入该单体的作用：（1）含有两个双键的交联剂6（2）网状结构的吸水性聚合物（二） 医用高分子材料呈现图片：第二次世界大战中飞行员驾驶着战斗机讲述：偶然的发现第二次世界大战中，飞机失事，座舱盖炸碎，有机玻璃碎片嵌入飞行员眼睛，虽多年未取出，但并未引起不良反应。这说明了什么？可以给
13、医生什么启示？拓展：功能有机高分子材料在医学领域蓬勃发展。图片介绍：人造血管、人工心脏、人工膀胱、用高分子材料制成的人工皮肤（见右图） 。2005.3.7，世界首次看到人与“人造肌肉”驱动的仿生胳膊较量比赛。 智能高分子使无生命的有机材料变得有了“感觉”和“知觉” 。列表展示：人造器官与对应高分子材料（略）学生思考回答：说明某些有机玻璃有好的生物相容性。它透光性好、化学稳定性强、无毒、易加工成型。 可用作人工角膜传奇故事能诱发学生对神奇的科学世界的向往过渡：医用高分子材料的使用为人类的延年益寿作出了杰出的贡献。同样一次人类的惨痛教训也将对材料的发展起一定的推动作用。实例 1故事简述：1963.
14、11.22 美国总统肯尼迪遇刺身亡经过（附系列图片略） 。总统的不幸遇难，进一步促进了科学家对安全玻璃的研究，也推动了这一领域的发展。分析：安全玻璃的原理。配以特定的历史图片，将所叙述的历史事件变得生动、直观、使人仿佛身临COCH22OCH3CH2 CH23 COH2COCH3CH23CH2 H2OOCOCOCH2 CH2OO28在受到外界强烈冲击时，PVB 膜片能够吸收冲击能量，不产生破碎片。具有安全特性的同时，还有优异的隔音、光控、保温、隔热、防雾等性能。实例 2 ：对比 9 11 事件”与“7 28 事件”试问：同学们一定知道“9 11 事件” ，你们知道同样发生在美国的“7 28 事件
15、”吗？图片对比：雄伟壮观的世贸大厦和高耸入云的帝国大厦。飞机撞向世贸大厦燃气熊熊大火。“双子楼”先后倒塌。讲述：1945.7.28,雾.一架 B-25 飞机意外撞向帝国大厦第 79 层.后果：造成 11 人丧生、25 人受伤。第 79 层一道边梁和部分楼板受损。 思考：为什么同样是飞机撞楼，为何后果大相径庭？同学们知道其中的奥秘吗？ 合金钢比较：两楼的结构材料不同世贸大厦-合金钢结构（采用当时世界上最先进的合金材料）帝国大厦-钢筋水泥混凝土结构（一种传统的复合材料） 。思考：为什么反而世贸大厦楼毁人亡、损失惨重？引导考虑合金钢本有哪些特性？学生对后者知之甚少。迫切想知道是怎么回事。同学相互交流
16、探讨可能原因： 可能是飞机型号不同，撞击时能量大小不同； 可能是撞击大楼位置是否为要害部分。 两楼的结构不同 两楼的材料不同学生回答：合金钢有优良的导热性、机械强度等其境、9试问：世贸大厦是被飞机撞击后立即倒塌的吗？讲述：据有关专家研究表明“满载油料的飞机撞击爆炸后产生的高温使世贸大厦倒塌的主要原因。而帝国大厦遭创后能依然挺立，从某个角度说明传统的复合材料依然有其优越性。现在具有优良性能的复合材料更被大家所亲睐。学生回答：不是！学生顿悟：合金钢结构的大楼受热升温，使整体变软、熔化、解体。引出：复合材料1 .组成：复合材料是两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。其中一种材料作为基体，其他材料作
17、增强剂。2 .特点：综合性能超过单一材料质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀。3.用途：交通工具、运动器材、宇航材料等。实例 1介绍：美国最近时代周刊评出 2006 年最佳发明：安全类 简洁、轻量级救生索，能抵抗高达 1100 华氏度的高温，但真正的创新之处还在于其允许使用者自己控制降落速度的杠杆装置。发明者： 纽约消防局 实例 2图片展示：（见右）隔热性能极佳的陶瓷即使中心部分温度很高，还可以用手拿。学生感叹不可思议！实例 3航天器、先进飞机等大量使用复合材料。图片展示：（见右，部分略）前后三次使用美国时代周刊杂志作为载体，目的是倡导学生关注课本、课堂以外的丰富多彩的世界。让人在欣赏精美图片的同时
18、产生对科学的敬仰之情。8小结： 布置课外作业请学生利用课外时间对你所感兴趣的某功能高分子材料作信息的收集、实物的研究等。写出你的小报告。促使学生对功能高分子材料有个全貌的了解。功能高分子材料 物 理 功 能强 吸 水 性 高 分 子 、 导 电高 分 子 、 高 分 子 半 导 体 、光 敏 高 分 子 、 压 电 及 热电 高 分 子 、 磁 性 高 分 子 、液 晶 高 分 子 和 信 息 高 分子 材 料 等 。化 学 功 能 反 应 性 高 分 子 、 离 子 交换 树 脂 、 高 分 子 分 离 膜 、高 分 子 催 化 剂 、 高 分 子药 物 及 智 能 高 分 子 、 仿生 高 分 子 等 。功能高分子材料 物 理 功 能强 吸 水 性 高 分 子 、 导 电高 分 子 、 高 分 子 半 导 体 、光 敏 高 分 子 、 压 电 及 热电 高 分 子 、 磁 性 高 分 子 、液 晶 高 分 子 和 信 息 高 分子 材 料 等 。化 学 功 能 反 应 性 高 分 子 、 离 子 交换 树 脂 、 高 分 子 分 离 膜 、高 分 子 催 化 剂 、 高 分 子药 物 及 智 能 高 分 子 、 仿生 高 分 子 等 。
