朱汝葵 周歡

【摘要】本文基于項目式教學(xué)法理論，以“二氧化碳合成淀粉”教學(xué)為例，從項目主題內(nèi)容的分析、項目目標的確定、項目任務(wù)的設(shè)計、項目教學(xué)的實施、項目教學(xué)的評價等5個方面，論述項目式教學(xué)法在化學(xué)課程教學(xué)中的具體應(yīng)用，同時對項目式教學(xué)法的應(yīng)用實踐進行反思。

【關(guān)鍵詞】項目式教學(xué)法 二氧化碳合成淀粉

診斷能力 單糖與多糖轉(zhuǎn)化

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）14-0104-05

所謂項目式教學(xué)，就是以學(xué)生為中心，通過聯(lián)系真實的生活、生產(chǎn)情境設(shè)計學(xué)習(xí)項目任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生以小組合作的形式開展學(xué)習(xí)、解決問題的教學(xué)方式。本文以“二氧化碳合成淀粉”教學(xué)為例，具體論述基于能力診斷的“單糖與多糖轉(zhuǎn)化”項目式教學(xué)的設(shè)計與實施。

一、項目主題內(nèi)容的分析

淀粉（C6H10O5）n是最常見的多糖，是植物光合作用的主要產(chǎn)物之一，是動植物生存能量的主要來源。在自然界中，淀粉的產(chǎn)生是一個極漫長、復(fù)雜的過程，涉及水在陽光下的分解、高能化合物ATP的形成與還原、二氧化碳的固定、C3與C5的轉(zhuǎn)化等60多個環(huán)節(jié)的生化反應(yīng)，但近年來我國科學(xué)家通過11步反應(yīng)便成功合成了淀粉（如圖1所示）。本文以“二氧化碳合成淀粉”的教學(xué)為為例，引導(dǎo)學(xué)生充分了解國家新科技，促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。教學(xué)中，首先讓學(xué)生觀看我國科學(xué)家利用二氧化碳合成淀粉的新聞及相關(guān)視頻，初步認識“單碳化合物→三碳糖→六碳糖→淀粉”的合成過程;其次，通過引導(dǎo)學(xué)生分析六碳糖的官能團，預(yù)測單糖可能具有的性質(zhì);再次，通過引導(dǎo)學(xué)生分析淀粉合成路線，學(xué)習(xí)“淀粉由葡萄糖分子組合形成”這一知識，并結(jié)合相關(guān)材料推測淀粉的水解產(chǎn)物;最后，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，驗證猜想。

二、項目教學(xué)目標的確定

（一）確定項目教學(xué)目標的依據(jù)

根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱化學(xué)課程標準）的要求，在化學(xué)必修模塊學(xué)習(xí)中學(xué)生應(yīng)能辨識有機物中的官能團，能從化合物性質(zhì)的角度討論與人類健康、環(huán)境相關(guān)的實際問題;在選擇性必修模塊學(xué)習(xí)中學(xué)生應(yīng)能簡單分析淀粉的合成路線，能夠探究葡萄糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等。要實現(xiàn)這些教學(xué)目標，化學(xué)課程標準倡導(dǎo)實施基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教、學(xué)、評一體化課堂教學(xué)，并及時評價學(xué)生在不同學(xué)習(xí)階段的核心素養(yǎng)發(fā)展情況。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和知識特點分析，“糖類”知識點雖然不是高考考查的重點，但“糖”作為生命活動的基本營養(yǎng)物質(zhì)，與人類生活、生命息息相關(guān)，貫穿于化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的始末，是引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活與社會的重要教學(xué)知識點之一，具有較好的育人價值。因此，在教學(xué)中教師要重視“糖”的知識的教學(xué)，創(chuàng)設(shè)真實的生活與問題情境，為學(xué)生學(xué)習(xí)有機化合物知識提供科學(xué)的引導(dǎo)。

根據(jù)教學(xué)重、難點的分析，“糖類”知識的學(xué)習(xí)應(yīng)遵循有機化合物的學(xué)習(xí)方法，即以學(xué)習(xí)糖類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及性質(zhì)的驗證為主。但對學(xué)生而言，在陌生情境中探究有機化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是比較困難的。因此，教師在施教前要明確如下教學(xué)重點、難點：重點應(yīng)為分析葡萄糖與果糖的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，了解淀粉的水解;難點應(yīng)為掌握葡萄糖和果糖結(jié)構(gòu)的確定方法。

（二）項目教學(xué)與評價目標的設(shè)計

據(jù)上文對教學(xué)目標確定依據(jù)的分析，教師設(shè)計了本課的教學(xué)目標：①能夠繪制淀粉合成路線簡圖并能做簡單的分析;②了解常見的有機化合物結(jié)構(gòu)的確定方法;③掌握葡萄糖和淀粉的性質(zhì)及其特征反應(yīng)。同時，確定了課程評價的目標：①通過從官能團分析的角度預(yù)測單糖的性質(zhì)以及特征反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生的“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”化學(xué)學(xué)習(xí)觀念;②通過設(shè)計實驗方案并驗證淀粉的水解產(chǎn)物及程度，診斷并發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力與科學(xué)探究素養(yǎng);③通過分享交流讓學(xué)生認識二氧化碳合成淀粉的重要意義，逐漸認識化學(xué)的重要作用，從而培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心和學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、項目任務(wù)的設(shè)計

根據(jù)化學(xué)課程標準和項目教學(xué)的目標要求，以發(fā)展學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)與實踐能力為導(dǎo)向，教師要明確項目教學(xué)的具體任務(wù)，在教學(xué)過程中學(xué)生需要完成的活動和活動設(shè)計意圖，以及教師需要給學(xué)生提供哪些學(xué)習(xí)支持（如表1所示）。

四、項目教學(xué)的實施

項目式教學(xué)法的核心是“項目”，即以學(xué)習(xí)項目為驅(qū)動，讓學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中深刻理解學(xué)科知識，并學(xué)會運用相關(guān)知識解決實際問題，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。在具體教學(xué)過程中，教師首先要設(shè)計具有梯度性、啟發(fā)性、可操作性的項目任務(wù)，然后通過創(chuàng)設(shè)生活化學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生合作完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)項目，并由教師進行分析點評，及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。在本課教學(xué)中，教師設(shè)計了如下5個教學(xué)項目任務(wù)。

【任務(wù)一】繪制合成路線簡圖

利用多媒體播放關(guān)于在實驗室內(nèi)用二氧化碳合成淀粉的新聞報道視頻，展示文字材料，文字材料如下：“我國科學(xué)家首次以二氧化碳為原料，經(jīng)過11步反應(yīng)在實驗室合成了淀粉。我國科學(xué)家以電解水制取的氫氣和二氧化碳為原料首先制成甲醇，再氧化為甲醛，在通過甲醛酶合成三碳糖，再合成六碳糖，最后借助高能量物質(zhì)ADP與ATP將葡萄糖轉(zhuǎn)換為淀粉。此方法是植物合成淀粉效率的8.5倍，是世界上首次在細胞外合成淀粉的偉大突破。”根據(jù)這則材料，教師拋出問題：從二氧化碳到合成淀粉經(jīng)歷了哪些關(guān)鍵步驟？你能依據(jù)以上的信息繪制出簡單的合成路線嗎？根據(jù)問題，學(xué)生進行小組討論、小組合作研究，然后通過觀看視頻，并結(jié)合相關(guān)圖片閱讀文字材料，完成合成路線簡圖的繪制。結(jié)合學(xué)生項目任務(wù)的完成情況，教師進行深度分析：從宏觀角度來分析，實驗室利用二氧化碳合成淀粉的本質(zhì)過程主要涉及三碳糖→六碳糖→淀粉的轉(zhuǎn)化過程，從微觀角度來分析，其過程則主要涉及二羥基丙酮→果糖-6-磷酸→葡萄糖-6-磷酸的轉(zhuǎn)化過程。同時，教師出示單糖合成多糖分析圖（如圖2所示），引導(dǎo)學(xué)生做整體觀察，從而全面地理解二氧化碳合成淀粉的原理。

【任務(wù)二】預(yù)測六碳糖的性質(zhì)

為了更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在該任務(wù)教學(xué)中，教師首先出示化學(xué)史料，引導(dǎo)學(xué)生進入真實的學(xué)習(xí)情境，具體史料為：18世紀德國化學(xué)家馬格拉夫從葡萄干中分離出一種具有甜味的白色晶粒狀粉末，這種物質(zhì)直到1838年才被命名為葡萄糖（glucose），這是一種碳水化合物，到了19世紀“糖化學(xué)之父”費歇爾最終確定了它的分子結(jié)構(gòu)。據(jù)此，教師拋出問題：已知葡萄糖和果糖互為同分異構(gòu)體，分子式為C6H12O6，各含有5個-OH，請你嘗試猜想它們的空間結(jié)構(gòu)是怎樣的？你能利用手中的球棍模型嘗試搭建它們的結(jié)構(gòu)嗎？學(xué)生根據(jù)問題進行小組合作，搭建果糖與葡萄糖的球棍模型。教師針對學(xué)生的討論結(jié)果進行分析，并出示葡萄糖與果糖的分子結(jié)構(gòu)（如圖3所示），同時拋出問題：科學(xué)家如何確定合成的產(chǎn)物是葡萄糖和果糖呢？請大家找出葡萄糖與果糖分子中的官能團，說一說該官能團有哪些特征反應(yīng)？學(xué)生結(jié)合問題進一步合作學(xué)習(xí)，得出結(jié)論：葡萄糖分子中具有醛基，能夠發(fā)生銀鏡反應(yīng)，還能與新制的氫氧化銅溶液反應(yīng)生成磚紅色沉淀;果糖分子中有羰基，應(yīng)該沒有明顯的特征反應(yīng)來檢驗，但是可以通過核磁共振圖譜來判斷。

【任務(wù)三】體驗六碳糖合成淀粉的過程

在該任務(wù)教學(xué)中，教師直接拋出問題：淀粉的分子結(jié)構(gòu)是什么樣的？你能利用葡萄糖分子搭建淀粉部分結(jié)構(gòu)的球棍模型嗎？小組之間將葡萄糖單分子連接起來，是不是需要走動消耗能量？大家知道科學(xué)家借助了哪些手段從葡萄糖合成淀粉？根據(jù)這些問題，學(xué)生以小組為單位開展合作學(xué)習(xí)，搭建了淀粉部分結(jié)構(gòu)的球棍模型，并得出結(jié)論：ATP是一種不穩(wěn)定的高能化合物，是傳遞和儲存能量的重要物質(zhì)，ADP可以看作ATP的水解產(chǎn)物，二者的相互轉(zhuǎn)化既確保了能量在生物體中的儲存與轉(zhuǎn)運，也是綠色植物進行光合作用合成淀粉的關(guān)鍵步驟之一。

【任務(wù)四】設(shè)計實驗，驗證猜想

在該任務(wù)教學(xué)中，教師首先提出“科學(xué)家合成淀粉后，是如何利用簡單的方法檢驗淀粉呢？你有什么簡單的檢驗方法嗎？”等問題，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗操作，讓學(xué)生初步認識如何合成淀粉，然后創(chuàng)設(shè)如下任務(wù)情境：淀粉作為一種主要的能源物質(zhì)，是生命活動的主要能量來源之一，但由于它是高分子聚合物，無法直接被人體吸收，往往要在人體內(nèi)水解為簡單的六碳糖才能被吸收，請你根據(jù)人體的環(huán)境并結(jié)合以上材料預(yù)測淀粉水解的產(chǎn)物及水解程度，同時小組合作設(shè)計實驗并驗證猜想。通過討論后，學(xué)生提出如下猜想：①淀粉是由葡萄糖合成的，所以水解的最終產(chǎn)物是葡萄糖;②淀粉雖然是葡萄糖直接合成的，但水解產(chǎn)生有可能是六碳糖，也有可能是果糖。結(jié)合學(xué)生的猜想，教師提出“淀粉在什么環(huán)境中才能發(fā)生水解反應(yīng)？”的問題，要求學(xué)生根據(jù)實驗需求設(shè)計實驗方案，然后學(xué)生按照實驗方案，分組完成實驗（第一組滴加少量稀硫酸，第二組滴加適量稀硫酸，第三組滴加過量稀硫酸），同時記錄實驗現(xiàn)象（如下頁表2所示）。接著，教師拋出“你能由此確定淀粉的水解產(chǎn)物就是葡萄糖嗎？”的問題，同時提供兩個資料卡片，供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。（投屏展示卡片1：果糖中雖然沒有醛基，但是由于受到多羥基的影響，同樣具有醛的性質(zhì)，能夠產(chǎn)生銀鏡，也能使新制的氫氧化銅產(chǎn)生磚紅色沉淀?？ㄆ?：核磁共振圖譜是一種測定有機物分子結(jié)構(gòu)的有效工具。除此以外，科學(xué)家還會借助質(zhì)譜儀測定分子的分子量等，通過多種儀器的配合快速準確地得到復(fù)雜有機物的分子結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家最終采用核磁共振譜圖工具確定了實驗室合成的淀粉與自然界合成的淀粉在結(jié)構(gòu)上完全是一致的）

【任務(wù)五】分享與交流

在該任務(wù)教學(xué)中，教師通過多媒體設(shè)備，展示如下3個討論任務(wù)：①談一談你學(xué)習(xí)本課的收獲與思考，②談一談你對科學(xué)研究的認識，③說一說二氧化碳對環(huán)境有哪些危害？二氧化碳合成淀粉技術(shù)的突破對“碳中和”目標達成具有哪些意義？同時，教師讓學(xué)生以小組為單位嘗試總結(jié)本課學(xué)習(xí)所得：在本課學(xué)習(xí)中，我們除了掌握了基礎(chǔ)知識，還知道了有機物的研究中的一些重要研究方法和儀器，實驗室合成淀粉是一項偉大的技術(shù)突破，對解決能源和糧食危機有著很大的作用，能夠有效緩解耕地面積緊缺的問題，在一定程度上也能夠減少溫室氣體的產(chǎn)生，為實現(xiàn)碳中和的目標、保護環(huán)境和共建美好家園有著非常重要的戰(zhàn)略意義。

五、項目教學(xué)的評價

（一）表現(xiàn)性評價

表現(xiàn)性評價是對學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中的課堂參與情況的綜合性評價，這一評價方式改變了傳統(tǒng)的試卷測試、練習(xí)題評測等形式，主要通過學(xué)生自評、互評及教師評價來客觀反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況、學(xué)習(xí)成效（如表3所示）。

（二）能力水平評價

依據(jù)化學(xué)課程標準關(guān)于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平的劃分，同時參照北京師范大學(xué)教授王磊所提的化學(xué)學(xué)科能力及其表現(xiàn)模型，結(jié)合本項目的教學(xué)內(nèi)容，筆者制訂了學(xué)生能力水平診斷和教學(xué)目標達成情況測量表（如表4所示），對學(xué)生的能力水平做出科學(xué)評價。

（三）評價結(jié)論

通過對“表現(xiàn)性評價表”進行分析，可知有超過90%的學(xué)生能夠積極參與課堂，對項目任務(wù)表現(xiàn)出極大的興趣，說明學(xué)生比較喜歡情境化的課堂教學(xué)。通過一段時間學(xué)習(xí)后，學(xué)生掌握了基本的知識，具備了一定的動手能力，但仍有部分學(xué)生不理解“葡萄糖與果糖結(jié)構(gòu)不同為什么卻具有相同的特征反應(yīng)”。此外，約有10%的學(xué)生的語言組織及表達能力欠佳。

通過對“能力水平和教學(xué)目標自測表”進行分析，可知約有50%的學(xué)生在水平1、水平4與水平5的得分為2分（含2分）以下，而幾乎所有學(xué)生在水平8的得分為4分左右，由此反映出學(xué)生的辯證思維得到了較好發(fā)展，但是在有機物合成路線分析、推斷能力和實驗設(shè)計能力等方面則比較欠缺，在今后的實驗教學(xué)中教師要加強以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力、分析和推斷能力。此外，教師還需適當加強工藝流程、有機物合成等題型的訓(xùn)練，進一步提高學(xué)生的分析推理能力。

六、項目教學(xué)的思考

在本項目教學(xué)中，教師主要引導(dǎo)學(xué)生從官能團的角度預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)及特征反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生認識有機物的思路與方法，同時通過實驗探究、證據(jù)收集等方式診斷并發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力與實驗探究能力。以本項目教學(xué)為例，學(xué)生在初中階段已經(jīng)知道二氧化碳是溫室氣體，對大氣環(huán)境有危害，通過學(xué)習(xí)本項目學(xué)生對二氧化碳有了更科學(xué)、全面的認識，不僅了解了其危害性的一面，也發(fā)現(xiàn)了其在現(xiàn)實生活中的利用價值，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度辯證思維與價值觀念。通過實施本項目的教學(xué)，筆者形成了以下兩點思考。

一是要注重真實情境的創(chuàng)設(shè)。項目式教學(xué)不但要把握所教內(nèi)容的特點與本質(zhì)，更要重視創(chuàng)設(shè)真實生動的教學(xué)情境。在教學(xué)設(shè)計時，教師要設(shè)計驅(qū)動任務(wù)，創(chuàng)設(shè)以化學(xué)史、生活現(xiàn)象及化工生產(chǎn)為背景的教學(xué)情境，通過發(fā)掘情境背后的知識線引導(dǎo)學(xué)生充分認識知識的建構(gòu)與形成過程。在課堂上，教師要鼓勵學(xué)生主動參與甚至是設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，在發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

二是要將科學(xué)的教學(xué)評價貫穿教學(xué)始終。相較于學(xué)習(xí)結(jié)果，項目式教學(xué)更關(guān)注學(xué)生在完成項目任務(wù)過程中的表現(xiàn)與收獲，通過開展過程性評價，及時觀察、反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。教師在教學(xué)活動中要做好學(xué)生的表現(xiàn)性評價，及時通過口頭表揚等形式對學(xué)生的表現(xiàn)予以反饋，如從課堂參與的積極性、表達能力、合作意識、動手能力等方面對學(xué)生做出評價，要善于從學(xué)生的表情和語言等方面檢測學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

要想確保項目式教學(xué)的實效，就需要創(chuàng)設(shè)一個能激發(fā)學(xué)生求知欲望、引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的問題情境，要基于學(xué)生的興趣愛好設(shè)計項目學(xué)習(xí)任務(wù)，而且所設(shè)計的任務(wù)活動除了要包含教材與課標所要求的能力與知識，還要具有一定的延伸性、拓展性、挑戰(zhàn)性，這樣才能充分發(fā)揮項目式教學(xué)的育人作用。

參考文獻

[1]熊景春，徐浩年.高中化學(xué)“糖類”的項目式教學(xué)：食物中的糖類在人體中的轉(zhuǎn)化[J].安徽教育科研，2020（21）.

[2]王磊.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)學(xué)科能力研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[3]陶云.“教、學(xué)、評”一體化的“葡萄糖”線上教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（24）.

注：本文系廣西壯族自治區(qū)教育廳2019年廣西學(xué)位與研究生教育改革課題“依托高水平學(xué)科競賽提高專業(yè)碩士研究生實踐創(chuàng)新能力的研究”（JGY2019115）、廣西壯族自治區(qū)教育廳2019年廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目一般B類“面向師范專業(yè)認證的課程建設(shè)與教學(xué)改革研究——以化學(xué)專業(yè)為例”（2019JGB267）的研究成果。

作者簡介：朱汝葵（1970— ），廣西玉林人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為化學(xué)課程與教學(xué)、信息技術(shù)與課程研究整合;周歡（1997— ），甘肅慶陽人，主要研究方向為中學(xué)化學(xué)教學(xué)。