高三復(fù)習(xí)課的整合式教學(xué)設(shè)計
——以“葡萄糖及其衍生物”為例

徐炳鋒 何雙安

（1浙江省杭州市富陽區(qū)第二中學(xué) 浙江杭州 311400；2浙江省杭州市富陽區(qū)教研室 浙江杭州 311400）

高三復(fù)習(xí)課的整合式教學(xué)設(shè)計
——以“葡萄糖及其衍生物”為例

徐炳鋒1何雙安2

（1浙江省杭州市富陽區(qū)第二中學(xué) 浙江杭州 311400；2浙江省杭州市富陽區(qū)教研室 浙江杭州 311400）

以“葡萄糖及其衍生物”整合式教學(xué)設(shè)計為例，闡述了高三復(fù)習(xí)課整合式設(shè)計的基本要素。認(rèn)為其在提升學(xué)生對復(fù)習(xí)課的學(xué)習(xí)情趣，提高知識遷移轉(zhuǎn)化能力，能發(fā)揮較好的作用。

復(fù)習(xí)；整合；教學(xué)設(shè)計

高考化學(xué)總復(fù)習(xí)主要包括兩個方面。一是對過去已學(xué)過的零星、分散的化學(xué)知識進(jìn)行歸納、梳理、加工，使之條理化、系統(tǒng)化；二是要求學(xué)生學(xué)會遷移、形成應(yīng)用化學(xué)原理解釋或解決實際問題的能力，也就是提升學(xué)生的能力品質(zhì)。如果說一輪復(fù)習(xí)側(cè)重于知識點落實，跨度較小。那么，二輪復(fù)習(xí)的主要任務(wù)應(yīng)該在系統(tǒng)把握整體知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生綜合靈活運用知識的學(xué)科能力。因此，二輪復(fù)習(xí)采用整合式設(shè)計有它的價值所在。

“葡萄糖及其衍生物”是筆者開設(shè)的一堂公開課。這堂課針對高三二輪復(fù)習(xí)進(jìn)行了整合性設(shè)計。

一、復(fù)習(xí)課整合式設(shè)計的基本要素

所謂“整合”，是指由系統(tǒng)的整體性及其系統(tǒng)核心的統(tǒng)攝、凝聚作用而導(dǎo)致的使若干相關(guān)部分或因素合成為一個新的統(tǒng)一整體的建構(gòu)、序化過程。整合思想滲透在教學(xué)中，筆者認(rèn)為，就是對教材中出現(xiàn)的相互包容、滲透的知識點進(jìn)行整合，系統(tǒng)歸納，有助于學(xué)生的認(rèn)識朝著多角度方向發(fā)展，提高學(xué)生知識的遷移轉(zhuǎn)化能力。

1．整合式設(shè)計要明確一個統(tǒng)整的核心

圍繞一個系統(tǒng)的核心，從結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途、現(xiàn)象出發(fā)，對其進(jìn)行頭腦風(fēng)暴式的分析，尋找關(guān)聯(lián)點。并以此構(gòu)建其內(nèi)在的邏輯聯(lián)系和組織的過程。如選擇“葡萄糖”這個重要有機(jī)物作為整合設(shè)計的一個系統(tǒng)核心，基于以下幾個理由。

（1）葡萄糖與能量有關(guān)：葡萄糖是一種重要的營養(yǎng)物質(zhì)，是人類生命活動所需的重要能源之一。

（2）葡萄糖可形成許多衍生物：如葡萄糖酸鈣是一種可促進(jìn)骨骼生長的營養(yǎng)物質(zhì)。

（3）葡萄糖性質(zhì)與氧化還原理論有關(guān)：它的分子結(jié)構(gòu)中含有醛基，既有還原性又有氧化性。

（4）葡萄糖應(yīng)用與電化學(xué)原理有關(guān)：微生物燃料電池的應(yīng)用。

（5）葡萄糖與環(huán)境保護(hù)有關(guān)：涉及污水處理原理。

將這些關(guān)聯(lián)點進(jìn)行整合，從而形成課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的基本框架（見圖1）。

圖1 葡萄糖復(fù)習(xí)的知識結(jié)構(gòu)

2．整合式設(shè)計要回歸學(xué)生的生活世界

整合式設(shè)計不是將各知識點的簡單拼盤，而是突出學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的基本和核心的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)各知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識、綜合運用知識的能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用。只有與實際生產(chǎn)、生活相聯(lián)系，具有真實性才是有意義的整合。所以，在問題設(shè)計或習(xí)題選擇時要關(guān)注化學(xué)情境的真實性，以葡萄糖在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用展開。

3．整合式設(shè)計要融合學(xué)科思想方法

化學(xué)概念、知識、原理都有其自身的邏輯特點，只有把化學(xué)學(xué)科豐富的知識內(nèi)容精簡為一系列化學(xué)學(xué)科思想方法，如辯證思想（量變與質(zhì)變、對立與統(tǒng)一、內(nèi)因與外因）、守恒思想、分類與比較、動態(tài)平衡與守恒、定性與定量結(jié)合、轉(zhuǎn)化思想等。才更有助于學(xué)生在深度思維水平之上進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，在整合式設(shè)計時，教師通過對學(xué)科思想方法的深刻理解與感悟，把學(xué)科中最精華和本質(zhì)的東西融合在教學(xué)案例中，學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)用、體會與領(lǐng)悟，不僅能夠有效提高課堂復(fù)習(xí)效率，還能促進(jìn)遷移，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

二、“葡萄糖及其衍生物”復(fù)習(xí)課整合式設(shè)計

1．呈現(xiàn)一個生活實例，體現(xiàn)性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)的思想

教師引入1：展示從超市買來的葡萄糖。請學(xué)生書寫葡萄糖的分子式及結(jié)構(gòu)簡式。

教師引入2：展示從超市買來的內(nèi)酯豆腐。

［信息］葡萄糖被氧化后生成葡萄糖酸，形成內(nèi)酯（具有六元環(huán)酯結(jié)構(gòu)）。葡萄糖酸內(nèi)酯簡稱GDL。是一種食品添加劑，在超市中見到的內(nèi)酯豆腐就是用它點成的。方法是把GDL和CaSO4（或其他凝固劑）按1∶3—2∶3配比混合使用。用它點出的豆腐更加細(xì)嫩，營養(yǎng)價值也高。

［學(xué)生活動］書寫葡萄糖酸形成六元環(huán)內(nèi)酯的化學(xué)方程式，體會葡萄糖的多羥基特點。

2．提供工業(yè)生產(chǎn)情境，滲透條件控制與選擇思想

教師引入3：隨著人民生活水平的提高，食品添加劑的需求量將大幅度地增加，作為食品添加劑、醫(yī)療藥物及其他醫(yī)藥、化工原料的葡萄糖酸鹽的需求量將不斷地增加。因此，將葡萄糖成功地轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸并且廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)是很有意義的。就目前而言，葡萄糖酸的生產(chǎn)方法主要有三種：生物化學(xué)法、化學(xué)法和電化學(xué)法。下面我們一起來探討下用電化學(xué)法制備葡萄糖酸。

［信息］工業(yè)上采用電解氧化葡萄糖制取葡萄糖酸，在工藝條件合適時，具有選擇性好、產(chǎn)品純度及產(chǎn)率高等特點。

本實驗采用Br2作為氧化劑。氧化劑不能太弱也不能太強(qiáng)。具體方法：在酸性條件下，把含有90．1g葡萄糖的500mL溶液與13．1g溴化鈉混合均勻后，設(shè)置攪拌477r/min，恒定電流0．7A，溫度55℃，設(shè)置完畢后，開啟工作鍵用惰性電極進(jìn)行電解，3小時后停止。

［問題1］上述電解過程中兩極的電極反應(yīng)方程式是什么？

［學(xué)生］陽極：2Br-2e-=Br2，陰極：

［學(xué)生疑問］氧化劑選擇為什么不能太弱也不能太強(qiáng)？

［教師］（及時地肯定學(xué)生提的問題。然后組織學(xué)生進(jìn)行小組討論）。

［小結(jié)］若氧化性太弱，有可能不能將葡萄糖氧化；若氧化性太強(qiáng)，有可能把葡萄糖氧化成二氧化碳。這樣就得不到葡萄糖酸了。

［問題2］已知BrO-的氧化性遠(yuǎn)強(qiáng)于Br2，則電解質(zhì)溶液能否選擇堿性，為什么？

［學(xué)生］溴單質(zhì)在堿性條件下，會轉(zhuǎn)變成BrO-。

［教師］很好，你們覺得還有什么問題嗎？

［學(xué)生疑問］為什么要用電化學(xué)的方法制取葡萄糖酸，而不用其他方法（化學(xué)法，生物化學(xué)法）制備葡萄糖酸？

點評：學(xué)生能提出這個問題，說明已經(jīng)慢慢地進(jìn)入了深度思考的階段了。已經(jīng)開始運用比較的方法去選擇和優(yōu)化工藝流程。教師隨即組織學(xué)生討論。

［學(xué)生總結(jié)］一般情況下，工藝流程的優(yōu)化除了要考慮經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)品的純度之外，還要考慮的就是環(huán)境問題，該工藝在工業(yè)化生產(chǎn)中除陰極向外排放無害的氫氣以外不向外界排放任何廢水廢渣，是名副其實的綠色化工，有巨大的社會效益。

教師引入4：工業(yè)上生產(chǎn)出大量的葡萄糖酸，可以用于制備各種葡萄糖酸鹽，葡萄糖酸鹽在我們?nèi)粘Ｉ钪械挠猛臼欠浅V泛的（理論聯(lián)系實際）。

［幻燈片放映］

［教師過渡］葡萄糖在我們生活中除了上述重要作用外，它還是一種非常重要的供能物質(zhì)。

［信息］已知葡萄糖的燃燒熱為2800kJ/mol。

［學(xué)生活動］寫出葡萄糖燃燒的熱化學(xué)方程式。

C6H12O6（s）+6O2（g）=6CO2（g）+6H2O（l）；

△H=-2800kJ/mol

現(xiàn)如今，地面三維激光掃描技術(shù)在工程測量中應(yīng)用是非常普遍的，建筑領(lǐng)域高度重視地面三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，而且從應(yīng)用中已經(jīng)了解到這種掃描技術(shù)的優(yōu)點。當(dāng)前，地面三維激光掃描技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用，具體包括測算土方量、建立三維模型以及測量竣工等等。同時，地面三維激光掃描技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用，必須要嚴(yán)格依照相關(guān)的流程進(jìn)行，其一，在掃描初期完成儲備。其二，在掃描中全方位采集點云數(shù)據(jù)。其三，配準(zhǔn)核對點云信息、其四，分析處理點云信息。

［問題1］能不能將上述反應(yīng)原理設(shè)計成一個原電池？為什么？

［信息］微生物燃料電池（MFC）是燃料電池中特殊的一類，它利用微生物作為反應(yīng)主體，將有機(jī)物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。以葡萄糖溶液作底物為例，其工作原理如圖所示：

［教師］由該微生物燃料電池的工作原理圖可以獲得什么信息？

［學(xué)生］該原理圖中用了質(zhì)子交換膜，說明該電池中可能存在H+。

［問題2］電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過。電池工作時，寫出兩極的電極反應(yīng)式____________。

點評：在該環(huán)節(jié)中，通過書寫電極反應(yīng)方程式，提升學(xué)生的解決化學(xué)問題的基本技能。

4．分析實際問題，領(lǐng)悟選擇方法與綠色化學(xué)思想

［情境］化學(xué)需氧量（COD）是重要的水質(zhì)指標(biāo)，其數(shù)值表示將1L水中的有機(jī)物氧化為CO2、H2O所需消耗的氧氣的質(zhì)量。科學(xué)家設(shè)想利用微生物燃料電池來處理某些污水，并進(jìn)行發(fā)電，該設(shè)想已經(jīng)在實驗室中獲得成功。但如果1L廢水中有機(jī)物（折算成葡萄糖）氧化提供的化學(xué)能低于5．6kJ，就沒有發(fā)電的必要。

［問題］下列污水中，不適合用微生物燃料電池發(fā)電的是____________。

污水 印染 電鍍 造紙 硫酸工業(yè)廢水C O D值（m g / L） 5 2 0 8 7 0 2 0 9 6 0 1 2 0序號 A B C D E污水類型 生活

［學(xué)生活動］先獨立練習(xí)，后交流思路與方法。

方法一：A選項生活污水，COD值為520，指1L污水中含有的有機(jī)物完全氧化為CO2、H2O時需要消耗氧氣520mg。根據(jù)葡萄糖燃燒的熱化學(xué)方程式，180g葡萄糖完全氧化時，需要消耗氧氣192g，可提供2800kJ能量。則消耗0．52g氧氣時可產(chǎn)生的熱量為7．58kJ＞5．6kJ，適合用于微生物燃料電池的發(fā)電。

相同方法，對B、C、D、E逐個計算……

方法二：根據(jù)葡萄糖燃燒的熱化學(xué)方程式計算C6H12O6（s）+6O2（g）=6CO2（g）+6H2O（l）；△H=-2800kJ/mol

192g 2800kJ

＜0．384g ＜5．6kJ

即COD值小于384mg/L的污水，不適合用微生物燃料電池。

答案：C、E。

點評：有些問題，可以通過不同的途徑得到答案，但不同的方法，解決問題的切入點是不同的。只有學(xué)生充分參與、經(jīng)歷了解題方法的探究過程，并且通過交流比較，自主評價和優(yōu)選，這樣習(xí)得的方法才能成為他們解決問題的鑰匙，才能在他們的腦海中留下深深的思維痕跡。

5．綜合化工問題，體現(xiàn)知識遷移的基本途徑

［情境］乙二酸（H2C2O4）是一種重要的化工產(chǎn)品，可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，其制備工藝流程如下：

氧化時控制反應(yīng)液溫度為55～60℃，邊攪拌邊緩慢滴加濃HNO3、H2SO4混合液，可發(fā)生下列反應(yīng)：

［問題］1、淀粉水解生成葡萄糖的化學(xué)方程式。

2、設(shè)計實驗方案，檢驗氧化后的溶液中是否仍含有葡萄糖。

3、氧化時控制反應(yīng)液溫度為55～60℃的原因是什么？

［學(xué)生回答］硝酸是一種受熱易分解的物質(zhì)，如果溫度太高硝酸會分解，而且硝酸還易揮發(fā)，若溫度太高，硝酸的揮發(fā)量增多，造成不必要的損耗；若溫度太低，則導(dǎo)致反應(yīng)速度太慢。

［問題］4、氮的氧化物NOx如果直接排放空氣中有毒，對環(huán)境有污染?？梢杂檬裁丛噭┻M(jìn)行尾氣處理？

［學(xué)生］用堿溶液吸收。

［教師］在工業(yè)生產(chǎn)中，通常要考慮原料的循環(huán)利用，以降低生產(chǎn)成本。結(jié)合本制備工藝流程，選擇什么方法更合理？

［學(xué)生］將混合氣體NOx通入水中，再通入適量氧氣，便可將NOx全部吸收，轉(zhuǎn)化為一定濃度的硝酸，硝酸可以循環(huán)使用。

［教師補(bǔ)充］4NO+3O2+2H2O=4HNO3。

［教師］葡萄糖作為一種簡單的有機(jī)物，在我們生活中占據(jù)著舉足輕重的地位。葡萄糖除了上述重要作用之外，還可以用于制備山梨醇。

［問題］5、已知山梨醇是一種僅含羥基的多元醇。請寫出葡萄糖轉(zhuǎn)化為山梨醇的化學(xué)方程式。

三、復(fù)習(xí)課中整合式設(shè)計的操作意義

1．有利于提升學(xué)生對復(fù)習(xí)課的學(xué)習(xí)情趣

復(fù)習(xí)課整合式教學(xué)設(shè)計是在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選取合適的主題，使化學(xué)知識情境化、生活化、問題化和活動化。重組的知識能給學(xué)生耳目一新的感覺，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望，活躍了學(xué)生的復(fù)習(xí)情趣。讓知識與心靈碰撞和對話，讓知識的學(xué)習(xí)超越理性的認(rèn)知范疇，擴(kuò)展到情感、態(tài)度、價值觀。

2．有利于提高學(xué)生的知識遷移轉(zhuǎn)化能力

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論特別強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)情境的作用，認(rèn)為學(xué)習(xí)是在一定的情境下即社會文化背景下，借助他人的幫助，即通過教師的指導(dǎo)活動而實現(xiàn)意義的建構(gòu)過程。因此，整合式復(fù)習(xí)設(shè)計，以物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途為主線，注重聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識也不再是局限于反應(yīng)本身，而是放在與自然界相互作用的關(guān)系中。這樣一種整體化的思考，不僅有利于學(xué)生對化學(xué)知識體系的整體把握，而且能夠幫助他們在整體思考中發(fā)現(xiàn)有利于遷移的知識，提升其對世界的整體認(rèn)知和解決問題的能力。

［1］ 谷瑩瑩．用系統(tǒng)思維指導(dǎo)高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)的實踐［J］．現(xiàn)代中小學(xué)教育，2014，（9）

［2］ 孫建明，王后雄．基于學(xué)科思想方法整合的高考化學(xué)命題研究［J］．課程·教材·教法，2014，（3）

［3］ 李文哲．知識重組是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑［J］．科技信息，2012，（3）

1008-0546（2015）11-0073-03

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