基于真實情境的深度學習探索——以“茶多酚的提取及純化”為例

福建 蘇育波 張少雄

《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)明確指出：“倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力。”“從茶葉中提取茶多酚”這一案例，通過解決具體問題的任務，促使學生查閱文獻、設計實驗探究等，在問題解決過程中提升學生的化學學科核心素養。

深度學習不是停留在問題表面的單純記憶、機械背誦，而是真正把握問題背后的邏輯，知其然并知其所以然。深度學習強調信息的整合與知識建構，在對知識批判理解吸收之后，學生自主對知識進行梳理、整合與吸收，重新建構知識結構與知識框架。深度學習指向分析和解決化學問題的能力，要求學生在面臨的真實情境中，能夠遷移運用已有經驗解決實際問題，而這指向了學生的核心素養，要求學生具備良好的學科素質與知識技能。

高三化學一輪復習教學往往采用這樣的教學方式：老師帶著教輔或學案，講解知識點，布置練習并評講；學生在老師講解過程中回憶已學知識，填寫學案并完成練習。這樣的復習存在模式單一、知識條目化、練習化等問題。此類復習課由于沒有真實的情境和深入的師生互動，缺少探究、自主學習等高級思維的樂趣，復習效果差，只適用于基礎知識比較薄弱的學生，而不適用于基礎知識較扎實且有活躍思維能力的優生進行深度學習能力和素養能力的培養。

1.問題背景

《課程標準》在每一主題下提供了“情境素材建議”，這為教師設計情境式教學提供了充足的教學資源。高三復習課與新課教學有所不同，復習課要與高考對接，知識整合程度大，對學生能力發展有更高的要求。因此，高三復習課所使用的情境素材需更加貼近生產、生活或學術研究，更加注重知識與能力的整合應用，這需要教師在查閱各類文獻資料的基礎上對教學情境進行再創造。

在復習中借助“茶多酚的提取及純化”這一情境進行專題復習，將物質的分離與提純這一化學實驗中非常重要的操作與生產、生活情境有機結合起來，讓學生能夠深入了解茶葉的功效，并且在技術的支持下將茶葉的成分進行分離，使茶多酚能夠更加充分的發揮其效能，做到物善其用，讓傳統茶文化煥發新的活力，同時充分調動學生的探究熱情，感受化學學科的價值與魅力。通過再現科研工作者的研究歷程，既有利于提升學生解決實際問題的能力，又符合高考考查學生接受、吸收、整合化學信息的能力及分析和解決化學問題能力的測試要求。

2.教學思路與過程

本課題主要是建立物質分離提純的方法及工藝模型，因此本節課采用的教學策略是：情境激發→方法導引→流程設計→模型建構。在課堂實施過程貫穿兩條主線：一是知識線，物質分離提純的一般方法及原則→茶多酚的性質推導→物質分離提純方法的綜合應用及實驗流程的設計→天然物質的提取純化模型的建構；二是核心素養線，宏觀辨識與微觀探析→證據推理與模型認知→科學探究與創新意識。

2.1 核心素養教學目標的確定

在情境選取及設計、學生學情分析的基礎上，設計了“從茶葉中提取茶多酚”專題復習的核心素養教學目標，包括：

(1)通過復習，建構物質分離與提純的方法模型，指導茶多酚提取工藝流程的方案設計，培養學生自主思考、勇于質疑、敢于批判的創新精神，發展“科學探究與創新意識”“證據推理與模型認知”素養。

(2)通過對物質分離及純化原則和方法的復習，加深理解物質性質對分離純化方法選擇的指導性。形成“結構決定性質，性質決定用途”的觀念，發展“宏觀辨識與微觀探析”素養。

(3)通過溶解、過濾、萃取與索氏提取、分液、蒸餾與減壓蒸餾等物質的分離提純方法的應用，掌握實驗基本操作與技能，形成對化學實驗的正確認知。

(4)通過對茶多酚提取工藝的學習，感受中國科研工作者的工作激情，感受中國傳統茶文化的魅力，增強文化自信。

2.2 教學整體思路設計

本課利用“茶多酚的提取及純化”這樣真實的情境，將物質性質和物質分離、提純方法、實驗條件選擇和實驗方案設計、評價及改進等知識整合起來。

2.3 教學過程設計

主題1：中國茶文化與茶多酚的性質

主題流程：雅、俗茶文化→茶葉的組成→神農嘗百草→茶多酚的功效

設計意圖：以中國源遠流長、雅俗共賞的茶文化為切入點，介紹茶葉的組成及傳統文化中神農氏嘗百草的故事，引起學生對中華優秀文化的認同，增強民族自信，發揮高考評價體系中“價值引領”的作用。

主題2：物質分離提純的一般方法和原則

主題流程如圖1所示

圖1 物質分離提純的方法及原則

設計意圖：通過天然物質的提取及純化的方法模型的歸納及分離提純原則的學習，了解物質性質對分離方法選擇的重要性，讓學生重視科學研究的方法，逐步形成“結構決定性質，性質決定分離和提純方法”的觀念。

主題3：模型建構——設計茶多酚提取流程

主題流程：建構茶多酚提取純化流程的程序

環節一：性質探究

資料：茶多酚是茶葉中所含的一類多羥基類化合物，其中比較有代表性的物質的結構如圖2所示。

【問題】通過觀察茶多酚的結構簡式，說說其可能具有的性質并說明推斷依據。

設計意圖：化學教學中最重要也最常用的方法是分類、類比、推斷。通過對茶多酚的結構模型的學習，培養學生對陌生物質以一定標準加以歸類，通過教材中已知物質性質加以類比，進而合理推導出陌生物質的相應性質。培養學生自主學習新知識、獲取新信息的能力。

環節二：情境激發

【投影】宋代蘇軾在《汲江煎茶》一詩中寫到：活水還須活火烹，自臨釣石取深清。這句詩里涉及哪些化學基本操作？

【學生】加熱，浸泡。

【問題】茶的香味來自于茶葉所含多種有機物，包括茶多酚。詩里的烹、煎等手段是化學中常見的物質分離方法的雛形，該方法與哪種分離方法相似？其中，“煎”“烹”的目的是什么？

【學生】溶解。“煎”“烹”是為了讓溶解更快。

【過渡】茶在中國已經有3000多年的歷史，說明古人早就已經懂得利用溶解的原理從茶葉中獲取相關物質以豐富自己的物質及精神享受。若要從茶葉大量提取茶多酚，是否也可以采用“溶解”的方法呢？

【學生】是的。

設計意圖：從中國優秀傳統文化出發，引入物質提取的方法，既能體會古人的化學智慧，也能激起學生的思辨熱情，通過生活中無處不在的化學知識與操作，培養學生理論聯系實際的科學精神和社會責任，體現化學的核心價值。

環節三：抽象研究流程

建模程序流程：設計問題→引導作答→形成流程→問題推進→完善流程。教學的核心思路是基于問題驅動。

設計意圖：設計層層推進的問題，推動學生逐漸完善流程，引導學生靈活運用“物質分離與提純”的基礎知識。在問題設計中加入較多的探究性內容，引導學生深入理解物質分離、提純方法的內涵，強化學生關注知識的本源性，提升學生分析問題的能力，培養學生的高階思維方式。在多種分離提純方法選擇的探究中，培養學生敢于質疑、嚴謹求實的科學態度。

環節四：設計評價

【問題】圖3為同學們設計的部分流程，這部分流程是否仍存在問題？

圖3

【投影】茶多酚主要存在于茶葉細胞原生質體及液泡內，細胞壁阻礙了茶多酚從細胞內向外滲出。實驗研究表明，用乙醇浸泡1小時，也只有少量的茶多酚溶解。

【追問】若要提高茶多酚的提取效率，應如何解決以上問題？

【學生】①利用索氏提取器進行連續萃取，提高浸泡溶解效率；

②超聲波在一定程度上能破壞細胞壁結構，使細胞內物質快速溢出；

③果膠酶、纖維素酶等物質可軟化或分解植物細胞壁，促進胞內成分流出，增加待提取物與提取劑接觸機會，提高提取率。

設計意圖：從操作方法、提取分離效果、操作的復雜程度等角度出發，引導學生打破常規思路，通過學科知識滲透，敢于質疑，大膽求證，提出更加合理可靠的實驗方案。充分發展學生的“科學探究與創新意識”素養。

環節五：建構模型

圖4

設計意圖：《中國高考評價體系說明》中指出，“基于情境的復雜程度，高考評價體系中的情境活動可以分為兩層。第一層是簡單的情境活動。第二層是復雜的情境活動。復雜的情境活動涉及的是復雜的認知活動，主要考查學生綜合運用知識和能力應對復雜問題的水平。”要培養學生在復雜的情境中快速有效的提取信息并準確解答，就必須有行之有效的訓練。師生共同分析得出復雜的茶多酚提取純化流程圖，結合教材中的提取純化流程，總結得出提取植物中可溶性有機物的一般性流程，建立解決復雜問題的思維及模型框架，培養“證據推理與模型認知”素養。

主題4：作業

【投影】經研究總黃酮(FIBL)有一定的體外抗氧化活性和抑菌作用，以3～5人為一組，設計從紅薯葉提取總黃酮的實驗方法。

命題意圖：布置開放性實驗，參照從天然物質的提取純化模型，模仿茶多酚的提取設計并完成實驗，學生親身經歷科學探究的完整過程，提升“科學探究與創新意識”素養。

3.教學反思與啟示

(1)注重問題的情境性。將中國傳統優秀詩、茶文化有機結合，提升學生的民族自信。

(2)滲透方法觀的培養和思維深度的訓練。

(3)注重思維的系統性。

(4)創設驅動性問題情境，提升學生解決實際問題的能力。