從生命的視角詮釋分子的結構之美
——以“分子結構與物質的性質”為例的情境化教學設計

魏云捷 易相文

（武漢市吳家山中學 湖北 武漢 430040）

一、問題的提出

《高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》對教學內容的選擇和情境創設提出了具體的實施建議。在化學教學中，教師應重視跨學科內容主題的選擇和組織，引導學生在更寬廣的學科背景下認識物質及其變化的規律，幫助學生拓寬視野，開闊思路，綜合運用化學和其他學科的知識分析解決有關問題，發展學生的科學素養［1］。創設真實問題情境，促進學習方式轉變，在教學中應重視創設真實且富有價值的問題情境，促進學生化學學科核心素養的形成和發展［2］。

《中國高考評價體系》（2019年版）“表2學科素養指標體系”中提出：學習掌握和實踐探索的指標表現均以應對問題情境的需要為基礎［3］，凸顯了情境教學的重要性。筆者以“分子結構與物質的性質”教學為例，從情境的主題選擇、情境的教學融合和情境的活動設計組織開展情景化教學，取得了良好的效果。

二、教學主題內容與教學目標

1.教學主題內容

本節課教學設計是將該節內容進行整體設計后的第三課時，歸納不同分子結構對物質的性質影響，突出分子性質對生命的重大意義。

2.教學目標

（1）能說明氫鍵對物質熔點、沸點等性質的影響，能用極性分子、非極性分子、氫鍵等知識解釋不同分子的溶解性。

（2）初步認識分子的手性，了解手性分子在藥物研究中的應用。

（3）通過生命歷程的三個環節，體會物質結構決定物質性質的化學學科思想，感受不同的分子結構對生命的重大意義。

教學重點：氫鍵對物質性質的影響。

教學難點：手性分子的概念。

三、情境化教學設計

1.情境的主題選擇

（1）尋找與教學內容相關的生活、化學實際，為選擇主題打基礎（見表1）。

表1 尋找情境實例

（2）尋找實例之間的內在聯系，結合教學目標，確定最佳主題（見圖1）。

圖1 確定情境主題

2.情境的教學融合

（1）將情境主題按照教學內容進行板塊設計，打造遞進的情境層次。

本節課的教學分為“氫鍵對物質性質的影響”、“溶解性”和“手性”三塊內容，需要將情境與之對應進行合理劃分。對照實例與生命的內在聯系，將情境主題劃分為“生命的起源”、“生命的維持”和“生命的修復”三個部分（見圖2）。

圖2 打造情境層次

（2）將獨立的情境場景進行巧妙地過渡和補充，完善整體情境。

從氫鍵過渡到人必須喝水。從喝水維持生命過渡到生病吃藥——感冒了多喝熱水，嚴重了還是要吃藥或上醫院。

在生命的起源部分，補充歷史上地球經歷幾次冰期，冰層保護了水下生命。在生命的修復部分，補充人體內除了甘氨酸其余19種氨基酸全部是左旋的，身體里的糖類全部是右旋的，牽牛花的藤、螺螄殼紋路都有確定的方向。

巧妙的銜接和合適的補充，使整體情境內容更加豐富，與教學內容有機融合。

3.情境的活動設計

情境化的教學活動中，除了學習任務活動設計外，還應適時添加貼合情境、高于教學內容、提升化學核心素養的情境活動設計（見表2）。

表2 情境活動設計

在“分子結構與物質的性質”的教學內容中，氫鍵、溶解性和手性均對生命有重大的意義，進行巧妙的設計，可以很好的激發學生學習化學的熱情、感受化學的學科魅力，培養學生的創新思維能力和社會責任感。筆者基于這一教學理念設計了有生命線、知識線和活動線的情境化教學結構圖［4］（見圖3）。

圖3 情境化教學結構圖

四、教學過程

環節一：生命的起源

［情境導入］視頻：水是生命之源。

［啟發提問］本節課的主題是“分子結構對生命的影響”，水分子結構有什么特點？該特點給水分子帶來哪些特殊性質？

［學生活動］回憶水分子結構的特點，回顧氫鍵的定義和特點，聯想氫鍵與水的性質之間的關系，預測氫鍵對物質的熔沸點的影響。

［資料展示］ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅧA族前五周期元素氫化物沸點曲線圖。

［學生活動］①一名學生找出三對不同原因導致沸點高低的物質，另一名學生逐一解釋原因。②遮擋物質信息，默寫同族元素氫化物沸點排序（見圖4）。

圖4 遮擋物質的元素氫化物沸點圖

［教師評價］評價學生做出的解釋，強化學生對同主族元素氫化物沸點高低的理解，補充分子內氫鍵與分子間氫鍵對物質沸點的影響。啟發學生思考氫鍵對物質其他性質的影響。

［資料展示］冰結構圖、冬季湖泊截面圖（見圖5）。

圖5 冬季湖面截面圖

［啟發提問］怎樣從冰的結構解釋冰的密度比水小？冰的這一性質對生命有什么意義？

［學生活動］討論交流，掌握冰的結構特點，了解氫鍵對冰密度影響，聯想冰的密度比水小對生命的意義。

［教師講述］歷史上地球經歷了幾次冰期，厚厚的冰層保護了水下生命。不僅在自然界，在我們的身體里也存在氫鍵，氫鍵對生命有重大的意義——氫鍵構成DNA的雙螺旋結構。

［資料展示］DNA結構模型圖、立體動圖。

環節二：生命的維持

［情境導入］視頻：人需要喝水維持生命。

［啟發提問］生命的維持需要水，人體內的化學反應幾乎都要通過水才能完成，此時水起到什么作用？

［學生活動］①了解水作溶劑，思考溶解性的影響因素。②思考氨氣極易溶于水的原因。③表示出氨水中氫鍵可能的存在形式。

［教師講解］強調相似相溶、氫鍵對溶解性的影響，補充溫度、壓強等其他條件，對溶解性的影響。引導學生分析氨分子和水分子之間形成氫鍵的主要形式。

［情景過渡］感冒多喝熱水有好處，但病情嚴重還是要求助于藥物。

環節三：生命的修復

［情境導入］“左氧氟沙星滴眼液”和“氧氟沙星滴眼液”有什么區別（見圖6）？

圖6 滴眼液名稱對比

［教師講解］介紹手性異構體和手性分子。

［學生活動］用球棍模型模擬，尋找什么樣的碳原子才能成為手性碳原子。小組匯報探究結果。

［教師評價］評價學生報告，總結手性碳原子的判斷方法。

［學生活動］①找出分子中的手性碳原子。②寫出含手性碳原子且碳原子數最少的烷烴。

［教師講解］①人體內的20種氨基酸，除了甘氨酸外其余19種全部是左旋的；②身體里的糖類物質全部是右旋的；③牽牛花的藤、螺螄殼紋路都有確定的方向。體會手性分子與生命的關聯。

［教師提問］左氧氟沙星藥效遠大于右氧氟沙星，作為藥廠希望生產什么樣的藥物？

［學生活動］交流討論，小組發言。

［教師講述］介紹現研究熱點“手性合成”，回顧歷史上相關諾貝爾化學獎獲得者，了解現國內研究手性的領軍人物，鼓勵感興趣的學生報考相關化學專業。

［資料展示］視頻：反應停事件（見圖7）。

圖7 反應停的分子結構

［學生活動］學生談感受，體會科學進步的艱辛。

環節四：課堂小結

［學生活動］整理本節課知識點，總結收獲。各組代表發言。

［教師評價］評價學生發言，歸納小結，升華主題（見圖8）。

圖8 課堂小結

［布置作業］

（1）丙三醇（甘油）的應用探究。

信息：丙三醇分子中含有三個羥基，羥基具有良好的親水性。

①丙三醇的多羥基結構可能使其具有什么性質？該性質可以使它有什么應用？

②你能找到哪些商品成分信息來驗證你的推斷？

③除了丙三醇，你還看到了哪些起到相似作用的物質？

④你最終得到什么結論？

（2）課后練習（略）。

五、教學感悟

情境化教學將相對獨立的知識點融合為一個整體，讓課堂更真實生動，更容易與學生產生共鳴。為了更好的用情境引領學生去思考，需要將情境素材巧妙地安排到教學環節中，讓學生在真實的問題情境中思考、體會、感悟。根據本節課學生的反饋，他們清晰掌握了氫鍵、溶解性、手性的概念、性質和應用，領悟了“結構決定性質”、“性質決定用途”的思想，很好地實現了本節課的教學目標。此外，有學生表示上完這節課覺得化學很神奇、科學很奇妙；有學生說我們要保護環境、珍惜水資源；還有學生感受到進行科學研究時一定要非常嚴謹……，這些化學核心素養目標之外的收獲，進一步提升了學生的科學素養。?