高二化學(xué)跨學(xué)科項目式教學(xué)：“糖類”

一、項目主題內(nèi)容分析

據(jù)相關(guān)報道，我國國民的糖尿病發(fā)病率正逐年上升，提前普及糖尿病相關(guān)知識并預(yù)防糖尿病顯得尤為重要。代糖劑——木糖醇廣泛存在于生活中常見的食品中，這些食品往往被宣傳為“無糖食品，糖尿病患者可以放心食用”，但是對于木糖醇制品的相關(guān)作用及其是否真的適合糖尿病患者食用等問題，學(xué)生尚不清楚。

糖類是高中化學(xué)有機知識體系中“生物大分子”的一個重要組成部分。而“血糖平衡的調(diào)節(jié)”是高中生物“激素調(diào)節(jié)過程”相關(guān)知識的重要內(nèi)容，因而糖類的相關(guān)知識在2門課程中都有著重要的地位。高中化學(xué)在選擇性必修課程模塊3中主題3的相關(guān)內(nèi)容要求是探討糖類的組成和性質(zhì)特點、多糖及其與葡萄糖的關(guān)系、知道糖類在食品加工和生物質(zhì)能源開發(fā)上的應(yīng)用；高中生物在選擇性必修1的激素調(diào)節(jié)相關(guān)內(nèi)容中要求掌握血糖平衡調(diào)節(jié)的過程。同時，糖尿病及相關(guān)知識作為參考資料在化學(xué)必修課程主題4（檢測指標(biāo)）、選擇性必修課程模塊3主題3（代糖劑）與生物選擇性必修1（糖尿病類型）所對應(yīng)教材的相關(guān)章節(jié)中均有體現(xiàn)。項目式教學(xué)強調(diào)“做中學(xué)”，通過項目的完成來實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)，能夠更好地建立學(xué)科之間的縱向聯(lián)系。該文將人教版選擇性必修3《有機化學(xué)基礎(chǔ)》中的糖類相關(guān)內(nèi)容與生物選擇性必修1中的激素調(diào)節(jié)相關(guān)內(nèi)容進行有效整合，利用生物巾已學(xué)的激素調(diào)節(jié)知識為媒介，以探究為什么糖尿病患者能用木糖醇作為代糖劑為項目主線，做出跨學(xué)科項目式教學(xué)嘗試。

二、項目教學(xué)目標(biāo)

1．認識糖類的組成、分類及特點，能解釋單糖、低聚糖、多糖之問的差異與聯(lián)系。

2．通過預(yù)測及分析胰島素調(diào)節(jié)血糖平衡的過程及對木糖醇和葡萄糖的鑒別方法，能夠說明典型糖類主要性質(zhì)，對其性質(zhì)與用途的關(guān)系有進一步的了解。對化學(xué)物質(zhì)保障人體健康、食品安全等內(nèi)容做出學(xué)習(xí)。

3．從官能團的角度認識果糖、葡萄糖等糖類的主要性質(zhì)與應(yīng)用；知道有機化合物分子中基團之間的相互影響會導(dǎo)致鍵的極性發(fā)生改變，進一步形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的化學(xué)觀念。通過分析人體內(nèi)血糖平衡的調(diào)節(jié)過程，建立人體糖代謝的調(diào)節(jié)模型。

4．通過查找糖尿病、木糖醇的相關(guān)資料，對木糖醇、葡萄糖的性質(zhì)進行實驗探究，培養(yǎng)信息獲取和加工的能力。通過對木糖醇性質(zhì)的了解及“為什么糖尿病患者能用木糖醇作為代糖劑”這一難題的解決，構(gòu)建以多學(xué)科知識為基礎(chǔ)的綜合解決問題的思路。

5．結(jié)合實例認識糖類在生活中的重要應(yīng)用，感受化學(xué)對人類生產(chǎn)生活的重要性，提升化學(xué)責(zé)任感。聯(lián)系基本營養(yǎng)物質(zhì)的相關(guān)知識，提出科學(xué)用糖飲食建議，建立健康飲食的生活觀念。

三、項目教學(xué)流程

項目教學(xué)的具體流程如圖1所示。

四、項目實施過程

該項目式教學(xué)重點環(huán)節(jié)是通過對糖類的學(xué)習(xí)后，了解糖尿病，引導(dǎo)學(xué)生探究木糖醇的性質(zhì)，也就是任務(wù)2和任務(wù)3，由于篇幅有限，這里對任務(wù)2、3的實施過程進行詳細介紹。

1．了解糖尿病

[教師提問]同學(xué)們是否接觸過糖尿病患者呢？大家對糖尿病了解多少呢？你們知道“糖尿病”中所說的糖是什么糖嗎？

[學(xué)生]葡萄糖。

[教師]沒錯，是葡萄糖。醫(yī)院檢查病人是否患糖尿病通常進行尿液檢驗（體檢報告如圖2所示），檢驗其是否含有葡萄糖。

[展示]資料卡片：糖尿病是一種對人體健康有極大威脅的常見疾病，主要表現(xiàn)為高血糖和尿糖。糖尿病分為2種類型，一種是I型，胰島功能減退、胰島B細胞受到破壞分泌胰島素減少引起的，另一種是Ⅱ型，Ⅱ型糖尿病主要是病人出現(xiàn)了胰島素抵抗，血糖升高，胰島素受體或者胰島素受體后不敏感造成的血糖升高。

[教師提問]請同學(xué)們以小組為單位結(jié)合血糖平衡的主要調(diào)節(jié)過程示意圖（如圖3所示），討論2種類型的糖尿病患者攝糖后血糖久升不降時可以采用什么辦法使血糖恢復(fù)正常水平？

[學(xué)生討論匯報]I型糖尿病病人不能在血糖上升時及時分泌胰島素，可以通過注射胰島素的方式治療；Ⅱ型糖尿病患者攝人糖分后胰島素受體不敏感，可以通過服用藥物提高胰島的敏感性緩解。

[教師]同學(xué)們是否經(jīng)歷過低血糖？低血糖發(fā)病時有什么癥狀？應(yīng)該如何緩解呢？

[討論匯報]低血糖時感覺頭暈、沒力氣，嚴(yán)重者還會昏迷。發(fā)病期間可以多吃含糖的食物同時注意休息，若病情比較嚴(yán)重的話可靜脈注釋葡萄糖。

2．揭秘木糖醇及其作用

[過渡]同學(xué)們，通過任務(wù)1的學(xué)習(xí)，我們了解了糖類的組成、分類，并從結(jié)構(gòu)的角度分析糖類的性質(zhì)特點；通過任務(wù)2的學(xué)習(xí)，也了解了“糖尿病”；接下來我們將進行木糖醇及其作用的學(xué)習(xí)，了解木糖醇制品，分析為什么糖尿病患者能使用木糖醇作為代糖劑。

[教師]首先請大家分享一下課前了解到的關(guān)于木糖醇的相關(guān)內(nèi)容。

[小組1]木糖醇是極易溶于水的五羥基糖醇，通常為白色或無色固體，化學(xué)式為C5H12 050

[小組2]最早在水果、蔬菜、谷類中檢測出了天然木糖醇，但是含量非常低。天然木糖醇的產(chǎn)量遠無法滿足市場需求，常用化學(xué)方法鎳催化水解木糖得到大量木糖醇。

[小組3]木糖醇與蔗糖甜度相當(dāng)，若無特別說明，人們很難分辨出木糖醇與蔗糖。

[教師]木糖醇是糖嗎？木糖醇制品到底是不是無糖食品呢？

[資料]無糖食品并不一定無糖：其實“無糖食品”只是無蔗糖、葡萄糖、麥芽糖、果糖，可能含有其他代糖，雖然“無糖”，但是食品中會有淀粉等其他物質(zhì)，在體內(nèi)還是會變成糖。

[學(xué)生結(jié)論]木糖醇不是糖，木糖醇制品并不完全是不含糖的食品，市面上宣傳的無糖食品可能含有其他可以轉(zhuǎn)化為糖的物質(zhì)，糖尿病患者也需要適量食用。

[教師]木糖醇是一種糖醇，糖類的醛、酮羰基被還原為羥基形成的多元醇。觀察木糖醇、葡萄糖的分子結(jié)構(gòu)（如圖4所示），說說二者具有哪些相似性和差異性？

[學(xué)生分析]木糖醇和葡萄糖都具有多個羥基，與醇的化學(xué)性質(zhì)相似，能發(fā)生多元醇類似的反應(yīng)，如置換、取代、氧化反應(yīng)等。葡萄糖具有醛基官能團，木糖醇沒有。

[教師]我們可以通過什么方式來鑒別葡萄糖和木糖醇溶液呢？請大家設(shè)計實驗方案并預(yù)測實驗現(xiàn)象可能是什么。

[學(xué)生活動：實驗方案]學(xué)生分組討論，根據(jù)提供的實驗藥品設(shè)計實驗方案，書寫其流程，猜想對應(yīng)的實驗現(xiàn)象并說明依據(jù)，學(xué)生作品如圖5所不。

[教師]很好，大家在這里要注意的是為了確保實驗的嚴(yán)謹性需使用控制變量法，葡萄糖溶液和木糖醇溶液應(yīng)該是同濃度的。值得注意的一點是上面的反應(yīng)均需在堿性條件下進行。那么能否用酸性高錳酸鉀鑒別二者呢？

[學(xué)生]不能，它們含a-H，均會和高錳酸鉀發(fā)生氧化反應(yīng)。

[實驗探究]以小組為單位根據(jù)提供的實驗藥品進行實驗，并仔細觀察、記錄實驗現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象為木糖醇和葡萄糖溶液均出現(xiàn)銀鏡現(xiàn)象。

[教師]實驗結(jié)果是否和我們最初的預(yù)期相符呢？

[學(xué)生]不一樣，他們都發(fā)生了銀鏡反應(yīng)，老師，醛基的特征鑒別反應(yīng)是不是不準(zhǔn)確的？

[教師]實驗可以驗證我們的理論。在剛才的實驗中大家有沒有觀察到這樣一個現(xiàn)象，銀鏡的生成是否有快慢呢？

[學(xué)生]有區(qū)別，葡萄糖的快一些。

[教師]反應(yīng)的快慢說明二者的還原性強弱不一樣——葡萄糖的還原性更強，可以根據(jù)反應(yīng)所需時間鑒別二者，因此利用酸性高錳酸鉀溶液也可以鑒別。銀鏡反應(yīng)是鑒別醛基的特征反應(yīng)．木糖醇中沒有醛基，為什么也會發(fā)生反應(yīng)呢？

[學(xué)生1]不知道。

[學(xué)生2]官能團之間的相互有影響，但不能解釋。

[學(xué)生3]多個羥基官能團之間的相互影響，活化了鍵，讓木糖醇能夠和銀氨溶液發(fā)生反應(yīng)。

[講述]木糖醇含8aa304d4c7ab79c5b048462d7410d522c25542196be87c07a3b6a2174b4d1ce3有多個羥基官能團，其中的C-H鍵會被多個羥基活化（如圖6所示），極性增強，體現(xiàn)出還原性，可以發(fā)生氧化反應(yīng)。

[教師驅(qū)動型問題]我們已經(jīng)知道了淀粉在人體中的轉(zhuǎn)化過程，那么木糖醇在人體中的轉(zhuǎn)化過程是怎樣的呢？

[學(xué)生匯報1]木糖醇是人體代謝中一個正常的中間體，參與葡萄糖醛酸一木酮糖循環(huán)（如圖7所示）。木糖醇在酶的作用下被氧化成D-木酮糖，再變成D-5-磷酸木酮糖，匯合進人磷酸葡萄糖氧化循環(huán)。

[學(xué)生匯報2]進人人體的木糖醇有50%～60%變成二氧化碳，有20%～30%轉(zhuǎn)化成糖原或其他中間產(chǎn)物，木糖醇大部分被排出體外。

[學(xué)生總結(jié)]木糖醇可以在不需額外胰島素的情況下，改善葡萄糖的利用。在缺乏胰島素引起的糖利用障礙時不妨礙木糖醇的代謝，也不升高血糖值，而葡萄糖等六碳糖無此特點，所以木糖醇是可以作為糖尿病患者的代糖劑的。

[教師總結(jié)]雖然木糖醇的代謝不需要胰島素的參與，但是也要適量食用，過多食用可能會導(dǎo)致脹氣及腹瀉，它是一把雙刃劍，代糖雖好，也不要貪多哦！

最后希望大家能夠綜合本項目所學(xué)，以小組為單位撰寫“家庭攝糖情況的調(diào)查及建議”的論文，下節(jié)課來做分享。希望大家把課堂所學(xué)運用到生活中，合理膳食、健康生活！

3．課堂表現(xiàn)評價設(shè)計

[學(xué)生自評，小組互評]本項目意在培養(yǎng)學(xué)生以多學(xué)科知識為基礎(chǔ)的綜合解決問題思路，過程性評價更容易檢測學(xué)生素養(yǎng)的達成情況，本項目采用過程性評價的方式檢驗教學(xué)成果。請同學(xué)們對自己的學(xué)習(xí)情況進行打分并進行小組間的互評。（評價量表略）

五、教學(xué)反思（略）