融合科學(xué)閱讀和學(xué)科觀念的《糖類》（2課時(shí)）整合設(shè)計(jì)

顧瑩+陳凱+徐惠

[摘 要]

從生活和學(xué)科的視角看待糖類，在學(xué)生已有認(rèn)知基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生的舊知和新知產(chǎn)生碰撞并促進(jìn)知識(shí)體系重組;教學(xué)設(shè)計(jì)中多處用化學(xué)視角理解生活中的糖;強(qiáng)調(diào)學(xué)科觀念建構(gòu)，特別彰顯變化觀和能量觀;滲透科學(xué)閱讀的學(xué)習(xí)策略，將科學(xué)新聞、社會(huì)報(bào)道、化學(xué)史、科學(xué)數(shù)據(jù)等文本，作為教科書之外的學(xué)習(xí)資源。

[關(guān)鍵詞]

化學(xué)性質(zhì);科學(xué)閱讀;能量;生活

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路分析

《基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)》是高中化學(xué)必修二有機(jī)化學(xué)與生活實(shí)際的重要連接點(diǎn)，我們選取了糖類這種人類所需的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)——此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過甲烷、乙烯、苯等重要的基礎(chǔ)化工原料，也了解了乙醇、乙酸這兩種生活密切關(guān)聯(lián)的烴的衍生物，繼續(xù)學(xué)習(xí)糖類等基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可促使必修階段有機(jī)物的知識(shí)體系相對(duì)完整，也為以后學(xué)習(xí)選修做準(zhǔn)備。

學(xué)生在小學(xué)科學(xué)和初中生物及化學(xué)階段就已經(jīng)接觸了糖類，學(xué)生在生活中也積累了不少認(rèn)識(shí)，但也存在著一些錯(cuò)誤前概念。良好的認(rèn)知基礎(chǔ)有利于學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)，而課堂之內(nèi)的正式學(xué)習(xí)更有必要修正學(xué)生的科學(xué)前概念。

由于糖類的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)錯(cuò)綜復(fù)雜，必修階段教學(xué)不宜在結(jié)構(gòu)上盲目拔高，課標(biāo)建議要從生活經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)探究出發(fā)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和過程，所以我們著重將糖類的性質(zhì)和用途緊密聯(lián)系，結(jié)合化學(xué)史、新聞、生活經(jīng)驗(yàn)、明星食譜等文本素材，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系基礎(chǔ)知識(shí)開展科學(xué)閱讀，嘗試以各種糖類性質(zhì)的應(yīng)用串聯(lián)學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生理解化學(xué)學(xué)習(xí)意義，凸顯對(duì)事實(shí)證據(jù)的閱讀分析以及隨之帶來的邏輯推理，這是嘗試的一種創(chuàng)新?？茖W(xué)閱讀在教學(xué)過程中主要分為先存知識(shí)的喚起，知識(shí)概念的完善和分享式閱讀三個(gè)階段，而不只限于情境的簡(jiǎn)單呈現(xiàn)。

但如果一味停留于聯(lián)系生活科普化，不免失去了化學(xué)味道。所以從體現(xiàn)化學(xué)性質(zhì)的多元變化以及體現(xiàn)應(yīng)用意義的能量釋放，兩個(gè)角度幫助學(xué)生強(qiáng)化學(xué)科觀念，是本設(shè)計(jì)反復(fù)強(qiáng)化的線索和思想。

需要說明的是，對(duì)于必修二糖的教學(xué)，安排兩課時(shí)完成，我們的設(shè)計(jì)體現(xiàn)整體性和系統(tǒng)性，所以并沒有割裂兩課時(shí);適當(dāng)拓展內(nèi)容，也意在豐富中學(xué)生在必修階段學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的實(shí)用性，強(qiáng)調(diào)學(xué)科觀念和學(xué)科邏輯。

二、教學(xué)目標(biāo)

【知識(shí)與技能】

（1）了解糖類的常見代表物葡萄糖、蔗糖、淀粉、纖維素的組成及主要性質(zhì)。

（2）掌握葡萄糖、蔗糖、淀粉的基本鑒別方法，能簡(jiǎn)單辨別葡萄糖和果糖。

（3）了解糖類對(duì)生命活動(dòng)的重要性，以及糖類攝取與人體健康之間的關(guān)系。

【過程與方法】

結(jié)合化學(xué)史，生活經(jīng)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)探究等基本方法，討論交流，了解葡萄糖，蔗糖，淀粉和纖維素的主要性質(zhì)。

【情感態(tài)度與價(jià)值觀】

辨識(shí)科學(xué)信息真?zhèn)?，追求科學(xué)邏輯思維。

三、教學(xué)過程

（一）開門見山，回顧舊知

【教師提問】同學(xué)們，今天你們吃糖了嗎？請(qǐng)談?wù)勗诔踔须A段你對(duì)糖化學(xué)的了解。

【學(xué)生】回答

【設(shè)計(jì)意圖】了解學(xué)生對(duì)糖的已有認(rèn)識(shí)，活躍學(xué)生思維。

（二）基于糖類化學(xué)式的分類和歸納

【教師】請(qǐng)同學(xué)根據(jù)所查資料，將糖類分類匯總。

【板書】

[分類＼&元素組成＼&代表物質(zhì)＼&化學(xué)式＼&來源＼&______糖＼&＼&葡萄糖、______＼&＼&______、＼&______糖＼&＼&蔗糖______、＼&＼&______、＼&______糖＼&＼&淀粉______、＼&＼&______、＼&]

【過渡】根據(jù)表格填寫情況，老師進(jìn)行補(bǔ)充說明。

【教師小結(jié)】如何根據(jù)化學(xué)式初步判斷單糖、雙糖和多糖？

【過渡】這些糖類的化學(xué)式有什么特征，有什么規(guī)律可循，我們能不能歸納出一個(gè)通式來代表所有糖類？

【學(xué)生】發(fā)現(xiàn)規(guī)律，總結(jié)

【教師】是不是糖類都符合Cn（H2O）m這個(gè)公式？是不是符合這個(gè)公式的就是糖？

【學(xué)生】討論、回答。

【補(bǔ)充】符合這個(gè)公式的不一定是糖，前面所學(xué)乙酸的化學(xué)式C2H4O2就是一個(gè)典型的反例。

鼠李糖的化學(xué)式C6H12O5：它是糖但是它的化學(xué)式不符合糖類的通式。

【教師小結(jié)】通式的應(yīng)用是有限度的，因此糖類大部分通式是Cn（H2O）m，但不是全部。

【設(shè)計(jì)意圖】作為教師進(jìn)一步了解學(xué)生對(duì)糖的已有認(rèn)識(shí)，并更正部分錯(cuò)誤前概念。

（三）從結(jié)構(gòu)上辨別葡萄糖和果糖

【板書】繪制葡萄糖和果糖的結(jié)構(gòu)式

【教師】葡萄糖和果糖，它們都是單糖。它們的化學(xué)式都是C6H12O6，但是它們是兩種不同的物質(zhì)。請(qǐng)同學(xué)們觀察并發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)式上不同的地方。

【學(xué)生】觀察、討論交流

【教師小結(jié)】它們的官能團(tuán)不同，結(jié)構(gòu)不同。葡萄糖含有醛基，果糖含有酮基。兩種物質(zhì)擁有相同的化學(xué)式但是卻擁有不同的結(jié)構(gòu)，我們稱之為同分異構(gòu)體。

【教師】糖類中除了葡萄糖和果糖，還有哪些物質(zhì)互為同分異構(gòu)體呢？

【學(xué)生】討論交流并做出猜想。

【教師小結(jié)】蔗糖和麥芽糖互為同分異構(gòu)體，但淀粉和纖維素不是，因?yàn)樗鼈兓瘜W(xué)式不能確保一樣。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生通過觀察兩者的結(jié)構(gòu)式，發(fā)現(xiàn)官能團(tuán)差異，由此發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不同。它們是什么關(guān)系？這是學(xué)生腦海中的疑問，老師從而強(qiáng)化同分異構(gòu)體的概念。必修階段學(xué)生對(duì)醛基和酮基并不熟悉，但是簡(jiǎn)單提及、強(qiáng)化結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念是有必要的，不只是為選修做鋪墊。更是為了建構(gòu)學(xué)科觀念必經(jīng)的過程：讓學(xué)生充分了解到有機(jī)化學(xué)的復(fù)雜性是結(jié)構(gòu)決定的。

（四）應(yīng)用廣泛的葡萄糖特征反應(yīng)

（1）血糖檢測(cè)——斐林試劑

【教師】有同學(xué)知道醫(yī)院里血糖檢測(cè)的原理嗎？根據(jù)血糖試紙的變紅程度，就可以大致推斷出血液中葡萄糖的含量高低。

【學(xué)生】回憶生物知識(shí)。

【演示】呈現(xiàn)照片或?qū)嶒?yàn)演示：實(shí)驗(yàn)過程中藍(lán)色Cu（OH）2變成了磚紅色沉淀。

【教師小結(jié)】葡萄糖的醛基決定特征反應(yīng)，Cu2+變成了Cu+被還原。因此葡萄糖是一種還原糖。斐林試劑檢驗(yàn)葡萄糖，作為葡萄糖的特征反應(yīng)之一可以用來血糖檢測(cè)。

（2）鍍銀的原理——銀鏡反應(yīng)

【科學(xué)閱讀】閱讀科學(xué)史：13世紀(jì)后半期，威尼斯人制得了玻璃鏡子，后來變?yōu)樗y鏡子，但因?yàn)樗y有毒。直到一百多年前，人們才想出一個(gè)法子用金屬銀來代替水銀鏡子。在硝酸銀的氨水溶液里加進(jìn)去葡萄糖水，葡萄糖水把看不見的銀離子變成銀微粒，沉積在玻璃上做成銀鏡子。

【教師】根據(jù)該原理實(shí)驗(yàn)室里如何制銀？

【演示】在銀氨溶液中加入葡萄糖溶液，水浴加熱，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

【學(xué)生活動(dòng)】觀察現(xiàn)象，討論交流

【教師小結(jié)】再次強(qiáng)調(diào)葡萄糖的還原性。并拓展以前家里用的水瓶膽，利用銀鏡反應(yīng)的原理。

【設(shè)計(jì)意圖】了解必修里的葡萄糖，一是對(duì)醛基的初步認(rèn)識(shí)但不必深究，二是對(duì)有機(jī)化學(xué)中氧化還原的深入了解，不用太糾結(jié)于葡萄糖的氧化產(chǎn)物，卻可以通過反應(yīng)對(duì)象無機(jī)物的化合價(jià)改變來體會(huì)葡萄糖的還原性，這是學(xué)生建構(gòu)變化觀的重要過程：從初中分別認(rèn)識(shí)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，到必修一中整體認(rèn)識(shí)氧化還原反應(yīng)，再到有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)中重新“割裂”氧化和還原——這種回歸是對(duì)氧化還原反應(yīng)深層理解的必經(jīng)階段。

（五）由提供能量提到糖類的水解反應(yīng)

【過渡】糖類對(duì)人類的最大意義是提供能量

【科學(xué)閱讀】提供數(shù)據(jù)資料：“游泳界傳奇人物、22枚奧運(yùn)金牌得主菲爾普斯的一日食譜與眾不同。早餐：3個(gè)煎蛋三明治、2杯黑咖啡、5個(gè)雞蛋餅、3片法式吐司面包、3塊巧克力小煎餅和1碗玉米粥。午餐：約455克的意大利通心粉、2個(gè)火腿奶酪三明治和特制的能量飲料。晚餐：約455克的意大利通心粉、1大塊比薩餅和特制能量飲料?！?/p>

【提問】為什么菲爾普斯沒有像很多其他運(yùn)動(dòng)員一樣大魚大肉補(bǔ)充高蛋白營(yíng)養(yǎng)食品？喜歡參加體育運(yùn)動(dòng)的同學(xué)愿意結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)談下么？

【學(xué)生活動(dòng)】發(fā)言

【補(bǔ)充】菲爾普斯的食譜中有很多碳水化合物，比如面包、小煎餅、通心粉等。這樣的飲食結(jié)構(gòu)特別適合菲爾普斯這樣的運(yùn)動(dòng)員。人在運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的能量來源有三種，糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。這其中，通過食物攝入的糖變成血糖，而血糖供給能量的速度是最快的。也就是說，喜歡運(yùn)動(dòng)的人一旦有需要，其體內(nèi)的糖將在第一時(shí)間變成能量“沖上去”。所以，人們?nèi)绻?jīng)常從事短跑、游泳等需要短時(shí)間內(nèi)爆發(fā)很大力量的運(yùn)動(dòng)，就應(yīng)該多吃些碳水化合物，好保證能量的及時(shí)供應(yīng)。

（1）如何最快獲得能量——直接攝取葡萄糖

【科學(xué)閱讀】提供新聞素材作為情境：2016年合肥某醫(yī)院一醫(yī)生在手術(shù)室內(nèi)連續(xù)工作24小時(shí)，手術(shù)結(jié)束后疲憊不堪直接坐在地上喝葡萄糖液。

【教師】單糖是糖類水解的最終產(chǎn)物，單糖不發(fā)生水解反應(yīng)。糖類水解需要一定的時(shí)間，因此恢復(fù)精力最快的方法就是直接接受葡萄糖。

【板書】葡萄糖在人體氧化的化學(xué)方程式

【科學(xué)閱讀】提供新聞素材作為情境：各類葡萄糖燃料電池的最新研究進(jìn)展。

【提問】如何設(shè)計(jì)葡萄糖燃料電池的電極反應(yīng)式。

【設(shè)計(jì)意圖】具體事實(shí)的學(xué)習(xí)，是化學(xué)能量觀形成的發(fā)展和基礎(chǔ)，沒有一定的事實(shí)積累，很難形成一定的化學(xué)能量觀。（1）當(dāng)實(shí)驗(yàn)無法表征葡萄糖化學(xué)反應(yīng)的能量變化時(shí)，科學(xué)閱讀的文本就成為一種間接素材。從最初的葡萄糖人體攝入，到葡萄糖燃料電池的前沿進(jìn)展，給予科學(xué)視野的同時(shí)，更加引領(lǐng)學(xué)生對(duì)能量的轉(zhuǎn)換途徑有了更深認(rèn)識(shí)。

（2）蜂蜜的水解切入到蔗糖的水解

【閱讀材料】甜言蜜語，蜂蜜是甜滋滋的。蜂蜜可以減肥美容補(bǔ)充能量，恢復(fù)疲勞，蜜蜂從花中采得花粉，花粉中含有蔗糖，在體內(nèi)多種轉(zhuǎn)化的作用下，把花蜜中的多糖轉(zhuǎn)變成人體可直接吸收的單糖葡萄糖、果糖。

【教師】根據(jù)閱讀材料，填寫下列表格，并寫出化學(xué)反應(yīng)方程式

[蜂蜜＼&反應(yīng)物＼&催化劑＼&生成物＼&應(yīng)用＼&＼&＼&＼&＼&]

【實(shí)驗(yàn)探究】取1mL 20%的蔗糖溶液，加入3～5滴稀硫酸。水浴加熱5min后取少量溶液，加氫氧化鈉溶液調(diào)溶液pH至堿性，再加入新制的氫氧化銅，加熱煮沸3～5min，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生活動(dòng)】觀察現(xiàn)象，代表書寫蔗糖水解的化學(xué)反應(yīng)方程式

【拓展提問】為什么我們不直接使用蜂蜜來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)？

【設(shè)計(jì)意圖】沒有單獨(dú)通過實(shí)驗(yàn)室中蔗糖的水解來說明雙糖的轉(zhuǎn)化，而是另辟蹊徑，結(jié)合蜂蜜的制成來講述蔗糖的水解——蜂蜜主要成分是蔗糖，不能發(fā)生和葡萄糖類似的反應(yīng)，但是它水解后的產(chǎn)物有葡萄糖，可以根據(jù)葡萄糖的特征反應(yīng)來判斷，所以就可以順其自然地引出雙糖的水解反應(yīng)方程式。

（3）多糖的水解供能

【教師】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和已學(xué)知識(shí)羅列其他糖類的水解。

【學(xué)生活動(dòng)】討論交流，暢所欲言。

【補(bǔ)充】淀粉和纖維素的最終水解產(chǎn)物相同，都是葡萄糖。

板書：多糖水解的化學(xué)反應(yīng)方程式

【教師小結(jié)】糖類在實(shí)驗(yàn)室中水解常用H2SO4作催化劑，在動(dòng)物體內(nèi)水解則是用酶作催化劑。纖維素只有在食草動(dòng)物胃中水解。淀粉可以水解為葡萄糖，為人們提供能量。纖維素幫助人們消化，有些營(yíng)養(yǎng)學(xué)家稱之為膳食纖維。

【科學(xué)閱讀】回顧之前的菲爾普斯的食譜中進(jìn)行分析：兩次出現(xiàn)了“通心粉”。菲爾普斯為何對(duì)它情有獨(dú)鐘？

【拓展解析】這和通心粉在胃里被消化吸收的速度較慢有關(guān)系。對(duì)于喜歡運(yùn)動(dòng)的人來說，不應(yīng)該讓主食在胃里消化得過快，否則容易引起血糖的快速升高。而快速升高的血糖水平在胰島素的作用下又會(huì)迅速下降。于是，人又一下子沒了力氣。反觀消化速度慢的食品，它們能夠像“緩釋膠囊”一樣讓血糖水平保持在相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)，人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)相應(yīng)穩(wěn)定，因此特別適合喜歡運(yùn)動(dòng)的人來吃。除了通心粉，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷拇旨Z、豆類、薯類都是消化速度慢的主食，纖維素含量豐富，在一定程度上影響了淀粉的水解速率。它們比精米、白面更能讓人在較長(zhǎng)時(shí)間里維持不錯(cuò)的體能。

【教師】“飯要一口一口地吃”的科學(xué)依據(jù)是什么？為什么吃飯時(shí)要強(qiáng)調(diào)細(xì)嚼慢咽，為什么倉(cāng)促嚼的米飯味道和細(xì)嚼慢咽的米飯味道不一樣？

【學(xué)生】結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，討論交流，做出猜想。

【實(shí)驗(yàn)探究】探究淀粉的水解程度

? 【學(xué)生活動(dòng)】邊做實(shí)驗(yàn)，邊觀察現(xiàn)象。記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【教師】請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，做出相應(yīng)的猜想。

[現(xiàn)象A＼&現(xiàn)象B＼&猜想＼&變藍(lán)＼&未出現(xiàn)磚紅色沉淀＼&＼&變藍(lán)＼&部分出現(xiàn)磚紅色沉淀＼&＼&未變藍(lán)＼&都是磚紅色沉淀＼&＼&]

【設(shè)計(jì)意圖】因?yàn)閷W(xué)生通過先前的學(xué)習(xí)早已了解淀粉的水解反應(yīng)，因此另辟蹊徑，探究淀粉水解程度。影響淀粉水解程度的因素有：時(shí)間，溫度和試劑的量等。運(yùn)用控制變量的科學(xué)方法，可以科學(xué)地探究淀粉的水解程度。

【設(shè)計(jì)意圖】圍繞提供能量的主線來說明糖類的水解反應(yīng)，最終還是為了給人體提供能量。化學(xué)能量觀是一個(gè)不斷深化、有機(jī)聯(lián)系的結(jié)構(gòu)化內(nèi)容，因此學(xué)生的化學(xué)能量觀建構(gòu)應(yīng)該注重認(rèn)識(shí)和理解的重要性。（2）對(duì)于多糖的水解探究，終究還是一種科學(xué)方法的訓(xùn)練，化學(xué)教學(xué)不能停留在知識(shí)教學(xué)，需要重視方法教育。

（4）代糖不是糖——不提供能量

【教師】代糖結(jié)構(gòu)和糖類相似，但是代糖不是糖。代糖不提供能量，只提供甜味，糖類既提供能量又提供甜味。

【補(bǔ)充】對(duì)于一些嗜甜卻又必須要控制糖分的人時(shí)，除了控制糖類的攝取外，用代糖代替也是個(gè)很好的選擇。但代糖不可以吃多，會(huì)消化不良。

【設(shè)計(jì)意圖】選修才仔細(xì)通過結(jié)構(gòu)來說明代糖不是糖，必修方面就一帶而過。糖類在人們的認(rèn)知中代表著 “甜”和“供能”。為了解決人們追求甜味，但也要抑制攝取糖類過度的問題，人們發(fā)明了代糖。但是人們解決了“甜”，也成功使血糖濃度保持穩(wěn)定，但代糖無法解決“能量”問題，這是一種對(duì)比，更是一種觀念強(qiáng)化?？茖W(xué)觀念形成于學(xué)習(xí)、實(shí)踐活動(dòng)之中，又左右著人們的學(xué)習(xí)和實(shí)踐活動(dòng)（3），所以代糖的補(bǔ)充教學(xué)意義更在生活實(shí)踐之中。

（六）課堂總結(jié)

用流程圖表示糖類各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。總結(jié)糖類是什么，糖怎么轉(zhuǎn)化，糖的意義是什么，如何合理攝取糖類保障人體健康。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]姚遠(yuǎn)遠(yuǎn)，陳凱.初中化學(xué)教科書中能量觀的建構(gòu)[J].化學(xué)教育，2013，（5）：7-22.

[2]梁永平.論化學(xué)學(xué)習(xí)中的能量觀建構(gòu)[J].化學(xué)教育，2008，29（8）：7-12.

[3]何彩霞.對(duì)“科學(xué)主題”、“科學(xué)觀念”的認(rèn)識(shí)[J].北京教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，15（3）：51-54.

（責(zé)任編輯：張華偉）

基金項(xiàng)目：本文系2016年江蘇省高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究一般項(xiàng)目“中小學(xué)科學(xué)教育中的語言素養(yǎng)研究——科學(xué)讀寫的教學(xué)設(shè)計(jì)與活動(dòng)開發(fā)”（2016SJD880022）;2014年南京曉莊學(xué)院教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)立項(xiàng)項(xiàng)目“基于教師學(xué)習(xí)視角的卓越教師職前培養(yǎng)行動(dòng)研究——以化學(xué)師范生培養(yǎng)為例”;南京曉莊學(xué)院2016年大學(xué)生科研基金項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目“科學(xué)素養(yǎng)與語言素養(yǎng)融合的實(shí)證研究——基于核心素養(yǎng)的科學(xué)讀寫水平調(diào)研和培養(yǎng)策略”（2016XSKY036）;江蘇省高校“青藍(lán)工程”培養(yǎng)對(duì)象基金贊助。

作者簡(jiǎn)介：陳凱（1980-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院副教授，南京師范大學(xué)在讀博士研究生，主要研究化學(xué)課程與教學(xué)論。