德国高中教材《今日化学》中“塑料”的特色及启示

邓育红1  倪娟2

1.南京市第二十七高级中学  江苏南京  210001

2.江苏省教育科学研究院  江苏南京  210013

摘要：德国高中化学教材《今日化学》充分体现了德国人求实的教育理念，分析其中“塑料”一章的内容及编排方式，发现教材具有重视应用型知识、细化技术性内容、强化理论性知识的特色，并据此对国内教材的编写和使用提出了一些建议。

关键词：德国化学教材；塑料；应用技术；教材编写

一、德国教材《今日化学》的内容及特色

德国教材《今日化学》的第14章以“塑料——多效用的物质”为题介绍了有机高分子材料，现将这一章的内容及编排方式呈现如表1。

表1  《今日化学》“塑料”一章的内容及编排方式

重视应用型知识

塑料属于化学知识中应用背景很强的内容，教材中对塑料这一部分内容的处理体现了编写者对化学知识应用的重视程度。《今日化学》用整章篇幅介绍以塑料为代表的有机高分子材料，包含有机高分子化合物的结构特征，如何合成有机高分子材料，常见有机高分子材料的性质、用途及合成方法，高分子化学的发展史等，充分突出了有机高分子化合物多效用这一主题。本章还有加聚反应、缩聚反应、聚硅氧烷及功能材料3大实验专题，每个实验专题中包含3～4个独立的实验，帮助学生从实践层面深化、理解高分子材料的知识。如缩聚反应实验专题包含由AH盐（己二酸己二胺盐）合成尼龙66、界面缩聚、ε-己内酰胺合成尼龙6和氨基树脂的合成4个实验，通过常见有机高分子材料的实验合成，掌握合成这些材料的方法和反应原理，既知晓了常见高分子材料的生产原料和生产方式，又加深了对有机高分子材料的结构、性能和用途之间关系的认识。

本章中还以附录的形式介绍了聚合工艺、Zie-gler-Natta催化剂等与应用密切相关的知识；以化学-检索的形式让学生了解纤维、薄膜和特种塑料等生活中应用广泛的有机高分子化合物；以概要的形式介绍工业有机化学：从石油到快速粘接剂。教材从篇幅比例、内容覆盖面、知识的深度和广度等多个方面均强化了以塑料为代表的有机高分子材料方面的内容，体现了对化学知识应用的高度重视。

细化技术性内容

《今日化学》在塑料这一章的内容选择中十分重视技术的介绍。在介绍聚四氟乙烯等特种塑料时，不仅介绍其结构、性质和用途，还介绍了它的商品名称TeflonR(特氟隆)和HostaflonR，体现了对技术的尊重。又如，对聚丙烯腈的介绍如下：“第一次实现丙烯腈的聚合是在1930年初。由于聚合反应控制得不正确，起初的产品没有工业价值。聚丙烯腈的加工是一个难题，因为它的熔化区域在分解温度之上。因此探索用溶液进行加工。经过多年试探以后才发现在二甲亚砜溶液中能纺出聚丙烯腈纤维，才使这种最重要的人造纤维的生产成为可能。”这样的行文可以帮助学生了解突破技术难点的方法以及技术在生产、生活中的重要性，将科学的抽象化、理论化与技术的具体化、操作化真正结合起来。

汽车工业是德国的传统工业，汽车外壳的涂层属于高分子材料，教材不是简单地介绍这一技术，而是在附录 “汽车为什么很少生锈”中，利用图片（见图1）和文字详细地说明了其工艺过程及原理，在图片中精确地标注出每一覆盖层的厚度，体现了对技术细节的尊重。在文字说明中也详细说明了原料、操作规程及作用，如喷涂填料漆的说明为：“电浸漆层上凹凸不平的地方由下一步喷涂的填料漆抺平。有弹性的填料漆层防护小石子或其他碎片的撞击。填料漆中有作为粘附剂的聚酯或聚氨酯，作为填料的滑石粉、高岭土或白垩土以及颜料。填料漆是用自动的喷涂装置涂上去的，并在170 ℃硬化”。通过图片和文字介绍，学生对汽车防腐的原理有了较为深入的了解，学会运用所学知识对与化学有关的技术问题做出合理的分析，强化应用意识和实践能力。

图1  汽车的表面处理

教材中的实验体现了应用技术的重要性。如“聚硅氧烷及功能材料”中有如下几个小实验：用聚硅氧烷来制一种物件的模型，超强吸收剂的溶胀性，超强吸收剂与正离子和负离子的作用，用实验的方式了解聚硅氧烷、高吸水性树脂在生活中的应用。同样，在教材的练习中也注意结合生活中的技术问题，如本章练习第1题：“A1 补牙中的聚合反应”题目要求如下：牙医用塑料补牙时，用一种即时使用的软膏来堵塞牙齿上的空洞，然后用紫外光照射，由光聚合使其固化。软膏中含有各种各样的双甲基丙烯酸酯作单体，如三乙二醇二甲基丙烯酸酯等，此外软膏中还含有高达70%的粉末状石英作填料，二氧化钛作颜料，增塑剂以及樟脑醌作光敏性物质。①用紫外线照射时，樟脑醌分子分解生成自由基R·，而引发聚合，写出总反应式及链反应的反应式。②不能用甲基丙烯酸甲酯作单体，因为聚合反应会使其收缩约21%，列举塑料补牙的要求并说明如何达到这些要求。③说明为什么软膏中单体/引发剂的混合比要准确。④聚合反应也可以用过氧化二苯甲酰引发，这样做有什么缺点？通过这些实例，帮助学生了解现代化学发展和应用的趋势，知晓在应用科学知识时必须考虑多方面因素，能够对自己所学的知识获得深层次和有意义的理解，学会解释问题、解决问题，为进一步学习打下坚实的基础。

强化理论性知识

在很多教材中，应用性的知识往往介绍得比较肤浅，但《今日化学》中对应用化学中的理论性知识介绍得十分系统，内容丰富且有深度。第2节“塑料是怎样生成的”介绍了聚合反应的种类；第3节“聚合”中介绍了自由基聚合反应的机理——聚合反应可以分为3个基元反应：链引发、链增长和链终止，并以苯乙烯的自由基聚合反应为例详细描述了聚合反应的历程。由此可见，教材对合成有机高分子化合物的聚合机理等理论性知识十分重视。

第7节“缩聚反应”的练习题体现了教材对于理论性知识的关注，练习要求学生熟练掌握常见聚合反应原理、化学方程式以及结构与性能的关系，难度超过国内教材。其内容如下：①(a)写出对苯二甲酸与甘油发生缩聚反应的方程式。(b)说明产物的性能。②由顺丁烯二酸、乙二醇和苯乙烯得到硬塑料，写出聚合反应方程式。③写出双酚A与光气发生缩聚反应的方程式。④有一系列化合物：甲醇、乙二醇、丙酮、甲醛溶液、乙酸、丁二酸、1，2-二氨基乙烷、氨基乙酸、尿素。(a)哪些化合物适于用来合成聚酰胺？(b)写出相应的反应方程式。(c)写出2个可能的聚合物的分子片断。⑤(a)写出生成AH盐（己二酸己二胺盐）的反应方程式。(b)画出拉伸后的聚酰胺纤维的结构片断。教材对有机高分子化合物的结构及相关的化学反应原理的重视在实验中也得到了充分体现。“加聚反应”实验专题中，包含苯乙烯的聚合、苯乙烯与顺丁烯二酐的共聚、有机玻璃的生成、光聚合反应，既能帮助学生理解常见的加聚反应，掌握常见塑料的合成原理，又能了解光聚合等特殊的聚合反应方式。

《今日化学》特别注重高中化学课程的理论性，对于化学学科的核心概念和基础知识阐述得很到位。有人说过，德国的高中教育相当于其他国家的大学教育，由此可见德国高中教材知识既有广度也有深度，由“塑料”一章可见一斑。也许，这就是百年来德国科学家荣获诺贝尔科学奖的人数占总人数近半的基础。

来源：化学教育期刊