促進學牛化學核心素養發展的教學設計

【摘 要】本文以《糖類的性質》為例，基于新課標規定的學生必做實驗，以“化學來源于生活，又服務于生活”的理念為指導進行教學設計，設計分為糖的分類、探究葡萄糖的化學性質、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 個環節，闡述通過這 5 個環節培養學生化學學科核心素養的具體做法。

【關鍵詞】糖類的性質 核心素養 必做實驗 教學設計

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）02B-0106-03

本節課內容選自人教版高中《化學（選修 5）》第 4 章第 2 節《糖類的性質》，新修訂的普通高中化學課程標準（2017 年版）（以下簡稱新課標）將其安排在選擇性必修課程《模塊 3 有機化學基礎》中的《主題 3 生物大分子及合成高分子》中。其具體學習要求為：（1）能列舉典型糖類物質;（2）能說明單糖、二糖和多糖的區別與聯系;（3）能探究葡萄糖的化學性質;（4）能描述淀粉、纖維素的典型性質。在本節課之前，學生已經學習了有機化合物的分類、常見的官能團，并在必修 2 中簡單學習了有關糖類的知識。新一輪基礎教育改革以提升學生的核心素養為終極旨歸，新課標提倡創設真實情境，開展基于素養為本的化學教學。另外新課標規定了 18 個學生必做實驗，《糖類的性質》實驗是其中之一。化學實驗對發展學生的化學核心素養有著重要作用，在教學中，必須落實糖類的性質這一學生必做實驗，培養學生的實驗探究與創新意識和科學精神與社會責任。因此本節課的教學設計要結合學生必做的這個實驗，以提升學生化學核心素養為目標，轉變學生學習方式，培養學生學會學習的能力。因此，教師應創設真實的問題情境，引導學生學會學習、獨立思考、合作討論交流、自主學習，培養學生的思維能力和實驗能力。

一、設計思路

整堂課從糖的分類、探究葡萄糖的化學性質、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 個環節對糖類進行學習。這 5 個環節由情境線索、知識線索和探究活動線索 3 條主線貫穿，使得整堂課思路清晰，內容明確（具體思路如圖 1 所示）。學生的必做實驗安排在環節 2、環節 3 和環節 4 中，以真實問題情境線索帶領學生探究糖類的性質。

二、教學過程

（一）教學環節 1：糖的分類

〖創設情境〗葡萄糖最早是在 1747 年被發現的，德國化學家馬格拉夫自葡萄干中分離出少量的葡萄糖。1838 年，由法國化學家尚-巴蒂斯特·杜馬正式命名為葡萄糖。1892 年德國化學家費歇爾確定了葡萄糖的鏈狀結構及其立體異構體，并因此獲得 1902 年諾貝爾化學獎。這是關于糖最初的科學認識。

[設計意圖]利用葡萄糖的發現史激發學生對葡萄糖的研究興趣。

問題 1：同學們還知道哪些糖呢？能否對這些糖做一個分類呢？

學生活動：學生根據生物上的知識和必修 2 的學習說出其他糖類，并歸納總結糖的分類。在教師指導下完成其代表物分子式的填寫，能簡單認識到單糖、二糖和多糖的區別與聯系，并以表格形式列出。

[設計意圖]這部分屬于課前復習，在學習選修 5 中已經學習過，但有相當一部分同學可能已經忘記葡萄糖的分子簡式，因此，我們在課的開始再強調一次以加深記憶和理解。

（二）教學環節 2：探究葡萄糖的化學性質

〖創設情境〗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。我國是全球糖尿病人數最多的國家，2017 年糖尿病人數為 1.14 億，預計到 2045 年將達到 1.5 億左右。

問題 2：血糖的成分是什么？假如你是一名醫生，你如何利用化學知識檢驗病人是否患有糖尿病？

學生：葡萄糖，檢查病人血糖中葡萄糖的含量是否達到了患糖尿病的指標。

[設計意圖]從與健康有關的糖尿病入手，轉換學生的角色，以一名醫生的角度去探究如何檢驗血糖中的葡萄糖含量。將生活中的問題轉化為化學問題，激發學生探究欲望，以真實的數據引導學生關注健康。

問題 3：那么如何檢驗血糖中含有葡萄糖呢？

學生：從葡萄糖的分子結構中含有醛基可以預測，葡萄糖應該具有醛基的特征反應。

教師：非常好，同學們已經掌握了學習有機物性質的方法，那就是官能團的反應。下面請同學們通過兩個探究實驗來檢測葡萄糖。

〈探究活動 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，觀察并記錄實驗現象。

教師：強調取用潔凈的試管，銀氨溶液配制時的注意事項;強調實驗安全，靜置時不要晃動試管。

學生：學生根據原理和步驟動手操作實驗，觀察并記錄，最后展示自己的實驗結果，反思自己的實驗操作，討論有些實驗操作失敗的可能原因。

〈探究活動 2〉葡萄糖與新制的氫氧化銅反應。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，觀察并記錄現象。

教師：強調加熱的安全問題。

學生：學生動手操作，有些同學成功，有些同學的實驗沒有觀察到明顯現象。

教師追問：為什么有些同學失敗了，請和其他同學交流比對，看是哪里出了問題？

學生：與同學互相交流討論，發現成功的同學試管中 NaOH 溶液是過量的，只有這樣才能得到想要的現象。

[設計意圖]兩個實驗都要求每個學生親自動手操作，這兩個實驗屬于新課標規定的選擇性必修中 9 個學生必做實驗《糖類的性質》中重要的實驗，因此教師應利用好學生必做實驗培養學生的觀察能力、操作能力和思維能力。在探究活動 2 中教師不強調 NaOH 溶液的用量，讓同學們自己在實驗中發現該反應必須在堿性條件下才能生成磚紅色沉淀的結論。學生通過反思交流獲得知識，創造性地培養了學生探究能力和思維能力。

（三）教學環節3：探究果糖的還原性

〖創設情境〗給出兩瓶未貼標簽的透明溶液，其中一瓶是葡萄糖溶液，一瓶是果糖溶液。

問題 3：如何設計實驗鑒別兩瓶未標明的溶液分別是什么糖類溶液？

學生：葡萄糖是還原糖，可發生銀鏡反應，我們可以探究果糖是否具有還原性，能否發生銀鏡反應。

學生分組實驗：和前面探究葡萄糖的銀鏡反應一樣，探究兩瓶溶液是否能發生銀鏡反應。進行實驗并觀察和記錄實驗現象，得出結論。

學生：根據實驗現象發現兩瓶溶液都可發生銀鏡反應，說明果糖是還原糖，具有還原性。

補充資料：含有醛基的化合物可以發生銀鏡反應，可是相應的酮類不可以，因此我們在鑒定醛和酮時利用銀鏡反應。

學生討論：根據實驗結果分析得到的果糖結構，我們發現果糖中不含醛基，而是羰基化合物，為酮糖。為什么我們做出來的實驗結論得出果糖可發生銀鏡反應呢？

[設計意圖]利用預先做實驗得到的結論和教師給出的資料的相反性，使學生產生認知沖突，引出多官能團化合物之間官能團之間的相互影響，揭示果糖作為酮糖具有還原性的原因。

（四）教學環節 4：探究淀粉的水解

〖創設情境〗2018 年 10 月 8 日武漢 59 歲市民趙女士在公交停車場突然癱倒在地，公交管理員立刻上前查看并喊來同事，合力攙扶趙女士并詢問得知她患有低血糖。如果你當時在場，那么你該如何做？

學生：積極回答，各抒己見。有的說給她吃巧克力或者糖果，有的說給她喝葡萄糖口服液，有的說給她吃點饅頭米飯之類的。

教師：歸納總結并帶領學生分析使用這些辦法的原因，糖果和口服液之類是直接補充了葡萄糖，那么饅頭和米飯呢？

學生猜想：饅頭米飯含有淀粉，可在咀嚼的過程中反應生成葡萄糖。

教師：很好，那么下面我們就以淀粉進行探究，驗證同學們的猜想。

〈探究活動 3〉淀粉的水解實驗。

驅動問題：淀粉如何轉化為葡萄糖？條件是什么？

學生：生物上學過，我們知道淀粉在酶的作用下先轉化為麥芽糖最后轉化為葡萄糖。

教師：那么在化學上淀粉如何實現轉化呢？

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。接下來請同學們親手操作淀粉的水解實驗。

讓學生動手操作。

教師：同學們完成了淀粉的水解實驗，那么你們能檢驗淀粉是否完全水解嗎？如何設計方案檢驗呢？下面大家分小組合作討論并設計實驗方案。

學生：小組合作討論并制定實驗方案。小組之間討論各種方案的合理性，選擇最佳的方案進行實驗。

教師：指導學生完善方案，形成最佳方案，并用流程圖表示，見圖 2。

[設計意圖]以“低血糖”補糖引出淀粉水解，再讓學生探究水解液成分，步步深入，幫助學生采用自主合作、自主探究的方式，選擇最佳的設計方案、評價方案。突破“淀粉水解”這一知識點，并在此過程中培養學生設計和評價實驗方案的能力，培養學生的實驗探究和創新意識核心素養。

（五）教學環節 5：“變廢為寶”之纖維素的分解

〖創設情境〗春耕前，對于種地的農民來說，秸稈是最大的負擔，以前大家都是放火焚燒。這樣做污染環境不說，還可能引起火災。中糧生化能源有限公司纖維素乙醇項目組能夠將纖維素降解成葡萄糖再制成酒精，并在這個過程中保持產量和質量的大致恒定。

讓學生真實地感受到通過化學方法“變廢為寶”的過程，感受知識的價值。

教師：將 PPT 展示纖維素轉化為葡萄糖再轉化為酒精的反應過程。另外，展示資料卡片：纖維素對人體的作用。

[設計意圖]利用生活生產中的實例創設真實情境，激發學生學習興趣，讓學生真切地感受“化學來源于生活，又服務于生活”這一理念，體會化學知識的價值和魅力。通過資料卡片了解纖維素不僅對化工生產來說有重大意義，而且在人類的食物中也不可缺少。這一環節主要培養學生的科學精神和社會責任核心素養。

三、教學特色

（一）創設真實情境，使學生知道“化學來源于生活，又服務于生活”

在教學探究過程中，以生活中的實際問題情境為切入點，讓學生深深感受到生活中處處有化學。本節課創設了 5 個教學情境，以“化學來源于生活，又服務于生活”為設計理念，通過 5個環節展開教學。在各個教學環節中，設置相應問題驅動，引導學生完成葡萄糖的檢驗、淀粉的水解的探究實驗。解讀糖類性質，了解纖維素、葡萄糖和酒精之間的轉化關系，感受化學對人類創造財富的價值，體驗“身邊的化學”“生命中的化學”，培養“化學來源于生活，又服務于生活”這一理念。

（二）通過學生必做實驗，培養學生的化學核心素養

化學實驗能力的培養是化學課程的重要目標之一。楊玉琴對化學實驗能力的內涵進行了界定，認為化學實驗過程包含操作、觀察和思維 3 種相互影響和相互交融的心理活動。因此教師要利用好學生必做實驗，盡量讓學生在自主探究中完成必做實驗，培養學生的化學實驗能力，培養學生化學核心素養。

（三）構建多元化的實驗評價體系，提高實驗教學質量

傳統的實驗評價以關注實驗結果為主，不重視實驗的基本操作過程，甚至對導出實驗結果的實驗報告也只流于形式，對學生在認知思維和觀察能力上的評價比較少。因此應構建多元化的實驗評價體系，既要考核學生的書面實驗報告，又要對學生的實驗操作和思維進行評價。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017

[2]周 騰.基于化學學科核心素養的“糖類”教學設計[J].化學教與學，2018（1）

[3]楊玉琴，王祖浩.對化學“實驗能力”內涵的重新認識[J].化學教育，2012（11）

【基金項目】廣西研究生教育創新計劃項目“基于整合學習進階和科學論證的教學研究”（XYCSR2020065）。

【作者簡介】張海艷（1993— ），女，漢族，四川廣安人，廣西師范大學化學與藥學學院碩士研究生，研究方向：化學課程與教學論。

（責編 盧建龍）