促進(jìn)學(xué)?；瘜W(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)

【摘 要】本文以《糖類的性質(zhì)》為例，基于新課標(biāo)規(guī)定的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，以“化學(xué)來(lái)源于生活，又服務(wù)于生活”的理念為指導(dǎo)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)分為糖的分類、探究葡萄糖的化學(xué)性質(zhì)、探究果糖的還原性、探究淀粉的水解、“變廢為寶”之纖維素的分解 5 個(gè)環(huán)節(jié)，闡述通過(guò)這 5 個(gè)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的具體做法。

【關(guān)鍵詞】糖類的性質(zhì) 核心素養(yǎng) 必做實(shí)驗(yàn) 教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2020）02B-0106-03

本節(jié)課內(nèi)容選自人教版高中《化學(xué)（選修 5）》第 4 章第 2 節(jié)《糖類的性質(zhì)》，新修訂的普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）（以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo)）將其安排在選擇性必修課程《模塊 3 有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中的《主題 3 生物大分子及合成高分子》中。其具體學(xué)習(xí)要求為：（1）能列舉典型糖類物質(zhì);（2）能說(shuō)明單糖、二糖和多糖的區(qū)別與聯(lián)系;（3）能探究葡萄糖的化學(xué)性質(zhì);（4）能描述淀粉、纖維素的典型性質(zhì)。在本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有機(jī)化合物的分類、常見(jiàn)的官能團(tuán)，并在必修 2 中簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)了有關(guān)糖類的知識(shí)。新一輪基礎(chǔ)教育改革以提升學(xué)生的核心素養(yǎng)為終極旨?xì)w，新課標(biāo)提倡創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，開(kāi)展基于素養(yǎng)為本的化學(xué)教學(xué)。另外新課標(biāo)規(guī)定了 18 個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，《糖類的性質(zhì)》實(shí)驗(yàn)是其中之一?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)有著重要作用，在教學(xué)中，必須落實(shí)糖類的性質(zhì)這一學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。因此本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)要結(jié)合學(xué)生必做的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，以提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)為目標(biāo)，轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的能力。因此，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、合作討論交流、自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

一、設(shè)計(jì)思路

整堂課從糖的分類、探究葡萄糖的化學(xué)性質(zhì)、探究果糖的還原性、探究淀粉的水解、“變廢為寶”之纖維素的分解這 5 個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)糖類進(jìn)行學(xué)習(xí)。這 5 個(gè)環(huán)節(jié)由情境線索、知識(shí)線索和探究活動(dòng)線索 3 條主線貫穿，使得整堂課思路清晰，內(nèi)容明確（具體思路如圖 1 所示）。學(xué)生的必做實(shí)驗(yàn)安排在環(huán)節(jié) 2、環(huán)節(jié) 3 和環(huán)節(jié) 4 中，以真實(shí)問(wèn)題情境線索帶領(lǐng)學(xué)生探究糖類的性質(zhì)。

二、教學(xué)過(guò)程

（一）教學(xué)環(huán)節(jié) 1：糖的分類

〖創(chuàng)設(shè)情境〗葡萄糖最早是在 1747 年被發(fā)現(xiàn)的，德國(guó)化學(xué)家馬格拉夫自葡萄干中分離出少量的葡萄糖。1838 年，由法國(guó)化學(xué)家尚-巴蒂斯特·杜馬正式命名為葡萄糖。1892 年德國(guó)化學(xué)家費(fèi)歇爾確定了葡萄糖的鏈狀結(jié)構(gòu)及其立體異構(gòu)體，并因此獲得 1902 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這是關(guān)于糖最初的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

[設(shè)計(jì)意圖]利用葡萄糖的發(fā)現(xiàn)史激發(fā)學(xué)生對(duì)葡萄糖的研究興趣。

問(wèn)題 1：同學(xué)們還知道哪些糖呢？能否對(duì)這些糖做一個(gè)分類呢？

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生根據(jù)生物上的知識(shí)和必修 2 的學(xué)習(xí)說(shuō)出其他糖類，并歸納總結(jié)糖的分類。在教師指導(dǎo)下完成其代表物分子式的填寫(xiě)，能簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)到單糖、二糖和多糖的區(qū)別與聯(lián)系，并以表格形式列出。

[設(shè)計(jì)意圖]這部分屬于課前復(fù)習(xí)，在學(xué)習(xí)選修 5 中已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)，但有相當(dāng)一部分同學(xué)可能已經(jīng)忘記葡萄糖的分子簡(jiǎn)式，因此，我們?cè)谡n的開(kāi)始再?gòu)?qiáng)調(diào)一次以加深記憶和理解。

（二）教學(xué)環(huán)節(jié) 2：探究葡萄糖的化學(xué)性質(zhì)

〖創(chuàng)設(shè)情境〗糖尿病是由于胰腺分泌功能缺陷或胰島素作用缺陷引起的，以血糖升高為特征的代謝性疾病。我國(guó)是全球糖尿病人數(shù)最多的國(guó)家，2017 年糖尿病人數(shù)為 1.14 億，預(yù)計(jì)到 2045 年將達(dá)到 1.5 億左右。

問(wèn)題 2：血糖的成分是什么？假如你是一名醫(yī)生，你如何利用化學(xué)知識(shí)檢驗(yàn)病人是否患有糖尿?。?/p>

學(xué)生：葡萄糖，檢查病人血糖中葡萄糖的含量是否達(dá)到了患糖尿病的指標(biāo)。

[設(shè)計(jì)意圖]從與健康有關(guān)的糖尿病入手，轉(zhuǎn)換學(xué)生的角色，以一名醫(yī)生的角度去探究如何檢驗(yàn)血糖中的葡萄糖含量。將生活中的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為化學(xué)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生探究欲望，以真實(shí)的數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注健康。

問(wèn)題 3：那么如何檢驗(yàn)血糖中含有葡萄糖呢？

學(xué)生：從葡萄糖的分子結(jié)構(gòu)中含有醛基可以預(yù)測(cè)，葡萄糖應(yīng)該具有醛基的特征反應(yīng)。

教師：非常好，同學(xué)們已經(jīng)掌握了學(xué)習(xí)有機(jī)物性質(zhì)的方法，那就是官能團(tuán)的反應(yīng)。下面請(qǐng)同學(xué)們通過(guò)兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)葡萄糖。

〈探究活動(dòng) 1〉取一支潔凈的試管，加入 2 mL 2% 的 AgNO3 溶液，再滴加 2% 的稀氨水，邊加邊振蕩，直到沉淀剛好完全溶解為止（得到澄清的銀氨溶液），再加入 1 mL 10% 的葡萄糖溶液，在 70℃ 左右的熱水中靜置，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

教師：強(qiáng)調(diào)取用潔凈的試管，銀氨溶液配制時(shí)的注意事項(xiàng);強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全，靜置時(shí)不要晃動(dòng)試管。

學(xué)生：學(xué)生根據(jù)原理和步驟動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄，最后展示自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，反思自己的實(shí)驗(yàn)操作，討論有些實(shí)驗(yàn)操作失敗的可能原因。

〈探究活動(dòng) 2〉葡萄糖與新制的氫氧化銅反應(yīng)。取少量 CuSO4 溶液和 NaOH 溶液放于潔凈的試管中，再加入 2 mL 10% 葡萄糖溶液，在酒精燈上方加熱，觀察并記錄現(xiàn)象。

教師：強(qiáng)調(diào)加熱的安全問(wèn)題。

學(xué)生：學(xué)生動(dòng)手操作，有些同學(xué)成功，有些同學(xué)的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有觀察到明顯現(xiàn)象。

教師追問(wèn)：為什么有些同學(xué)失敗了，請(qǐng)和其他同學(xué)交流比對(duì)，看是哪里出了問(wèn)題？

學(xué)生：與同學(xué)互相交流討論，發(fā)現(xiàn)成功的同學(xué)試管中 NaOH 溶液是過(guò)量的，只有這樣才能得到想要的現(xiàn)象。

[設(shè)計(jì)意圖]兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都要求每個(gè)學(xué)生親自動(dòng)手操作，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)屬于新課標(biāo)規(guī)定的選擇性必修中 9 個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)《糖類的性質(zhì)》中重要的實(shí)驗(yàn)，因此教師應(yīng)利用好學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、操作能力和思維能力。在探究活動(dòng) 2 中教師不強(qiáng)調(diào) NaOH 溶液的用量，讓同學(xué)們自己在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)必須在堿性條件下才能生成磚紅色沉淀的結(jié)論。學(xué)生通過(guò)反思交流獲得知識(shí)，創(chuàng)造性地培養(yǎng)了學(xué)生探究能力和思維能力。

（三）教學(xué)環(huán)節(jié)3：探究果糖的還原性

〖創(chuàng)設(shè)情境〗給出兩瓶未貼標(biāo)簽的透明溶液，其中一瓶是葡萄糖溶液，一瓶是果糖溶液。

問(wèn)題 3：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)鑒別兩瓶未標(biāo)明的溶液分別是什么糖類溶液？

學(xué)生：葡萄糖是還原糖，可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，我們可以探究果糖是否具有還原性，能否發(fā)生銀鏡反應(yīng)。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：和前面探究葡萄糖的銀鏡反應(yīng)一樣，探究?jī)善咳芤菏欠衲馨l(fā)生銀鏡反應(yīng)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。

學(xué)生：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)兩瓶溶液都可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，說(shuō)明果糖是還原糖，具有還原性。

補(bǔ)充資料：含有醛基的化合物可以發(fā)生銀鏡反應(yīng)，可是相應(yīng)的酮類不可以，因此我們?cè)阼b定醛和酮時(shí)利用銀鏡反應(yīng)。

學(xué)生討論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到的果糖結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)果糖中不含醛基，而是羰基化合物，為酮糖。為什么我們做出來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出果糖可發(fā)生銀鏡反應(yīng)呢？

[設(shè)計(jì)意圖]利用預(yù)先做實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論和教師給出的資料的相反性，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，引出多官能團(tuán)化合物之間官能團(tuán)之間的相互影響，揭示果糖作為酮糖具有還原性的原因。

（四）教學(xué)環(huán)節(jié) 4：探究淀粉的水解

〖創(chuàng)設(shè)情境〗2018 年 10 月 8 日武漢 59 歲市民趙女士在公交停車場(chǎng)突然癱倒在地，公交管理員立刻上前查看并喊來(lái)同事，合力攙扶趙女士并詢問(wèn)得知她患有低血糖。如果你當(dāng)時(shí)在場(chǎng)，那么你該如何做？

學(xué)生：積極回答，各抒己見(jiàn)。有的說(shuō)給她吃巧克力或者糖果，有的說(shuō)給她喝葡萄糖口服液，有的說(shuō)給她吃點(diǎn)饅頭米飯之類的。

教師：歸納總結(jié)并帶領(lǐng)學(xué)生分析使用這些辦法的原因，糖果和口服液之類是直接補(bǔ)充了葡萄糖，那么饅頭和米飯呢？

學(xué)生猜想：饅頭米飯含有淀粉，可在咀嚼的過(guò)程中反應(yīng)生成葡萄糖。

教師：很好，那么下面我們就以淀粉進(jìn)行探究，驗(yàn)證同學(xué)們的猜想。

〈探究活動(dòng) 3〉淀粉的水解實(shí)驗(yàn)。

驅(qū)動(dòng)問(wèn)題：淀粉如何轉(zhuǎn)化為葡萄糖？條件是什么？

學(xué)生：生物上學(xué)過(guò)，我們知道淀粉在酶的作用下先轉(zhuǎn)化為麥芽糖最后轉(zhuǎn)化為葡萄糖。

教師：那么在化學(xué)上淀粉如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化呢？

提供材料：淀粉在稀硫酸做催化劑且加熱條件下可以水解成為葡萄糖。接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們親手操作淀粉的水解實(shí)驗(yàn)。

讓學(xué)生動(dòng)手操作。

教師：同學(xué)們完成了淀粉的水解實(shí)驗(yàn)，那么你們能檢驗(yàn)淀粉是否完全水解嗎？如何設(shè)計(jì)方案檢驗(yàn)?zāi)?？下面大家分小組合作討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生：小組合作討論并制定實(shí)驗(yàn)方案。小組之間討論各種方案的合理性，選擇最佳的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

教師：指導(dǎo)學(xué)生完善方案，形成最佳方案，并用流程圖表示，見(jiàn)圖 2。

[設(shè)計(jì)意圖]以“低血糖”補(bǔ)糖引出淀粉水解，再讓學(xué)生探究水解液成分，步步深入，幫助學(xué)生采用自主合作、自主探究的方式，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案、評(píng)價(jià)方案。突破“淀粉水解”這一知識(shí)點(diǎn)，并在此過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識(shí)核心素養(yǎng)。

（五）教學(xué)環(huán)節(jié) 5：“變廢為寶”之纖維素的分解

〖創(chuàng)設(shè)情境〗春耕前，對(duì)于種地的農(nóng)民來(lái)說(shuō)，秸稈是最大的負(fù)擔(dān)，以前大家都是放火焚燒。這樣做污染環(huán)境不說(shuō)，還可能引起火災(zāi)。中糧生化能源有限公司纖維素乙醇項(xiàng)目組能夠?qū)⒗w維素降解成葡萄糖再制成酒精，并在這個(gè)過(guò)程中保持產(chǎn)量和質(zhì)量的大致恒定。

讓學(xué)生真實(shí)地感受到通過(guò)化學(xué)方法“變廢為寶”的過(guò)程，感受知識(shí)的價(jià)值。

教師：將 PPT 展示纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖再轉(zhuǎn)化為酒精的反應(yīng)過(guò)程。另外，展示資料卡片：纖維素對(duì)人體的作用。

[設(shè)計(jì)意圖]利用生活生產(chǎn)中的實(shí)例創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真切地感受“化學(xué)來(lái)源于生活，又服務(wù)于生活”這一理念，體會(huì)化學(xué)知識(shí)的價(jià)值和魅力。通過(guò)資料卡片了解纖維素不僅對(duì)化工生產(chǎn)來(lái)說(shuō)有重大意義，而且在人類的食物中也不可缺少。這一環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)特色

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，使學(xué)生知道“化學(xué)來(lái)源于生活，又服務(wù)于生活”

在教學(xué)探究過(guò)程中，以生活中的實(shí)際問(wèn)題情境為切入點(diǎn)，讓學(xué)生深深感受到生活中處處有化學(xué)。本節(jié)課創(chuàng)設(shè)了 5 個(gè)教學(xué)情境，以“化學(xué)來(lái)源于生活，又服務(wù)于生活”為設(shè)計(jì)理念，通過(guò) 5個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)教學(xué)。在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，設(shè)置相應(yīng)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生完成葡萄糖的檢驗(yàn)、淀粉的水解的探究實(shí)驗(yàn)。解讀糖類性質(zhì)，了解纖維素、葡萄糖和酒精之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，感受化學(xué)對(duì)人類創(chuàng)造財(cái)富的價(jià)值，體驗(yàn)“身邊的化學(xué)”“生命中的化學(xué)”，培養(yǎng)“化學(xué)來(lái)源于生活，又服務(wù)于生活”這一理念。

（二）通過(guò)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)是化學(xué)課程的重要目標(biāo)之一。楊玉琴對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膬?nèi)涵進(jìn)行了界定，認(rèn)為化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程包含操作、觀察和思維 3 種相互影響和相互交融的心理活動(dòng)。因此教師要利用好學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，盡量讓學(xué)生在自主探究中完成必做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ囵B(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)。

（三）構(gòu)建多元化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)以關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果為主，不重視實(shí)驗(yàn)的基本操作過(guò)程，甚至對(duì)導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也只流于形式，對(duì)學(xué)生在認(rèn)知思維和觀察能力上的評(píng)價(jià)比較少。因此應(yīng)構(gòu)建多元化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，既要考核學(xué)生的書(shū)面實(shí)驗(yàn)報(bào)告，又要對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和思維進(jìn)行評(píng)價(jià)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017

[2]周 騰.基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的“糖類”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教與學(xué)，2018（1）

[3]楊玉琴，王祖浩.對(duì)化學(xué)“實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α眱?nèi)涵的重新認(rèn)識(shí)[J].化學(xué)教育，2012（11）

【基金項(xiàng)目】廣西研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“基于整合學(xué)習(xí)進(jìn)階和科學(xué)論證的教學(xué)研究”（XYCSR2020065）。

【作者簡(jiǎn)介】張海艷（1993— ），女，漢族，四川廣安人，廣西師范大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)學(xué)院碩士研究生，研究方向：化學(xué)課程與教學(xué)論。

（責(zé)編 盧建龍）