核心素養背景下的高中化學項目式教學案例

杜小杰

一、背景

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》對高中化學教學提出了新的要求和挑戰。為了應對這些挑戰，教師需要不斷學習先進的教育理念，嘗試不同的教學方法，變革學生的學習活動方式，其中項目式教學以其獨特的優勢和價值備受關注。通過項目式學習，學生可以分析問題、自主探究和合理決策，從而提高解決實際問題的能力。這種教學方法強調學生的參與和自主探究，使學生在實踐中學習。“蛋白質”一課選自人教版高中化學選擇性必修三《有機化學基礎》第四章第二節，該課程重點介紹蛋白質的組成、結構與性質等。為達成良好的教學實效，教師應該以培養學生的化學核心素養為導向，以項目化學習為切入點，優化教學設計，為高中化學課堂注入更多新鮮的“血液”，引導學生走進廣闊、絢麗、多彩的化學世界。

二、案例描述

（一）項目啟動：揭開蛋白質的神秘面紗

問題導入：

教師：同學們，今天我們要來探討一種我們身體中至關重要的物質，它就是蛋白質。在開始之前，大家想想我們吃過哪些富含蛋白質的食物呢？

學生：雞蛋、牛奶等。

教師：沒錯，這些食物中都富含蛋白質。那大家知道蛋白質對我們的身體有什么作用嗎？

學生：我知道，蛋白質能幫助我們成長，還有修復身體組織。

教師：很好，蛋白質的確是我們成長和身體機能正常運作的關鍵營養物質。今天我們就來揭開蛋白質的神秘面紗，開始這個有趣的旅程吧！

（二）項目實施：探索蛋白質的多元魅力

1.氨基酸

教師：同學們，今天我們來學習一下氨基酸，它是構成蛋白質的重要基礎。誰能告訴我，什么是氨基酸呢？

學生A：氨基酸是羧酸分子烴基上的氫原子被氨基取代得到的化合物，含有的官能團有羧基（-COOH）和氨基（-NH2）。

教師：非常好，看來你預習過這部分內容。接下來，我們來看看常見的氨基酸有哪些吧！

（展示常見的氨基酸結構簡式，見表1）

教師：大家看到這些結構簡式，可以知道常見的氨基酸種類非常多。那么，同學們知道氨基酸有哪些物理性質嗎？

學生D：氨基酸均為無色晶體，熔點較高，一般能溶于水而難溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。

教師：非常好，看來大家已經掌握了氨基酸的物理性質。接下來，我們來看看氨基酸的化學性質。

（展示氨基酸的兩性及成肽反應）

①氨基酸的兩性

②成肽反應（取代反應）

教師：氨基酸具有兩性，既能與酸反應生成鹽，又能跟堿反應生成鹽。同時，氨基酸還能通過成肽反應形成含有肽鍵的化合物。

教師：通過今天的學習，大家對氨基酸有了更深入的了解。接下來，我們要學習蛋白質的結構和性質，請大家做好準備。

2.蛋白質的結構與性質

教師：蛋白質是生物體的重要組成部分，它對我們身體的正常運轉起著至關重要的作用。誰能告訴我，什么是蛋白質呢？

學生A：蛋白質是由多種氨基酸通過肽鍵等相互連接形成的一類生物大分子，蛋白質屬于天然有機高分子化合物。

教師：那么，大家知道蛋白質是由哪些元素組成的嗎？

學生B：蛋白質主要由C、H、O、N、S等元素組成，有些蛋白質還含有P、Fe、Cu、Zn、Mn等。

教師：完全正確。接下來，我們來看看蛋白質的結構。（借助多媒體展示蛋白質的一級、二級、三級、四級結構）

教師：從多媒體展示的結構圖可以看到，蛋白質的結構不僅取決于多肽鏈的氨基酸種類、數目及排列順序，還與其特定的空間結構有關。結構對性質具有決定性作用，結合蛋白質分子結構，同學們知道蛋白質可能具有哪些化學性質嗎？接下來就讓我們通過實驗一起探究吧！

項目實驗一：水解

教師：接下來，我們一起探索蛋白質的水解實驗。

（學生實驗，教師巡視）

實驗步驟：（1）準備兩支試管標記為“酸溶液”和“堿溶液”。（2）在“酸溶液”試管中加入蛋白質溶液和鹽酸，混合并置于37℃的環境中。（3）在“堿溶液”試管中加入蛋白質溶液和氫氧化鈉，同樣混合并置于37℃的環境中。（4）每隔一段時間，觀察兩支試管中的反應，記錄沉淀物情況。（5）當反應液中不再出現沉淀物時，實驗結束。

教師：同學們觀察到了哪些實驗現象呢？

學生：在酸溶液和堿溶液試管中，隨著反應的進行，溶液逐漸變得渾濁。這是由于蛋白在水解過程中生成了相對分子質量較小的多肽化合物，使溶液渾濁度增加。

學生：在酶溶液試管中，隨著反應的進行，溶液逐漸變得澄清。這是由于酶的作用加速了蛋白質的水解，使蛋白質迅速水解為氨基酸，溶液變得澄清。

項目實驗二：鹽析

教師：接下來，我們一起探索蛋白質的鹽析實驗。

實驗步驟：（1）準備材料：2 mL飽和（NH4）2SO4溶液、雞蛋清溶液、蒸餾水、試管、滴管。（2）在試管中加入2 mL飽和（NH4）2SO4溶液。（3）用滴管吸取幾滴雞蛋清溶液，緩慢加入試管中，邊加入邊振蕩試管，使雞蛋清溶液與飽和（NH4）2SO4溶液充分混合。

教師：通過剛才的實驗，你們觀察到什么現象？

學生：加入雞蛋清溶液后，飽和（NH4）2SO4溶液變渾濁了，但是加入蒸餾水后，渾濁度又降低了。

教師：很好，你們觀察到的現象說明了什么？

學生：這說明蛋白質在飽和（NH4）2SO4溶液中變性沉淀，但這種沉淀是可逆的。加入蒸餾水后，蛋白質又重新溶解了。

教師：是的，這種現象被稱為蛋白質的鹽析。當蛋白質溶液中加入某些可溶性鹽（如硫酸銨、硫酸鈉等）時，蛋白質分子上的極性基團與鹽離子結合，使蛋白質溶解度降低而從溶液中析出。但這種沉淀是可逆的，當鹽離子被去除后，蛋白質仍然可以溶解。

學生：那鹽析有什么用呢？

教師：鹽析是一個可逆過程，它不會破壞蛋白質分子的活性。通過多次鹽析和溶解，我們可以從混合物中分離和提純蛋白質。在實際應用中，鹽析法常用于蛋白質的初步分離和純化。

項目實驗三：變性

教師：接下來，我們一起探索蛋白質的變性實驗。

實驗步驟：（1）準備三支試管，各加入2 mL雞蛋清溶液，并編號1、2、3號試管。（2）將1號試管放入沸水中加熱，持續一段時間，觀察試管中溶液的變化。（3）向2號試管中加入幾滴硝酸銀溶液，觀察試管中溶液的變化。（4）向3號試管中加入幾滴乙醇，觀察試管中溶液的變化。（5）分別向1、2、3號試管中加入幾滴蒸餾水，觀察試管中溶液的變化，并觀察產生的沉淀能否溶解。

教師：同學們觀察到什么現象？

學生A：1號試管加熱后的雞蛋清溶液變得渾濁，出現沉淀。

學生B：2號試管加入硝酸銀溶液后，雞蛋清溶液中產生白色沉淀。

學生C：3號試管加入乙醇后，雞蛋清溶液無明顯變化。

學生D：加入蒸餾水后，1號試管中的沉淀不能溶解，而2、3號試管中的沉淀能溶解。

教師：同學們得出了什么樣的結論呢？

學生：蛋白質在熱、酸、醇等作用下會發生變性。

學生：變性后的蛋白質在水中不能重新溶解，同時也會失去原有的生理活性，發生了不可逆的變化。

（三）項目拓展：蛋白質的應用與人類生活

教師：同學們，我們通過實驗進一步了解了蛋白質的性質。其實，蛋白質在我們生活中有著廣泛的應用，你們知道有哪些應用領域嗎？

學生A：蛋白質可以作為營養補充劑，為人體提供所需的氨基酸，使人體增強免疫力。

學生B：蛋白質可以用于生物燃料的生產，如乙醇、生物柴油等。

學生C：隨著生物技術的發展，未來蛋白質可能會被用于開發更多的新型藥物，如針對癌癥、艾滋病等疾病的藥物。

教師：非常好，蛋白質在未來健康領域的應用前景非常廣闊。那么同學們覺得蛋白質在解決環境與能源問題方面有什么樣的前景呢？

學生D：我們可以利用蛋白質開發高效的生物燃料，減少對化石燃料的依賴，減輕環境污染。

教師：很棒，這是非常有創意的想法。蛋白質在解決環境與能源問題方面也有巨大的潛力。通過今天的學習，大家對蛋白質的應用有了更深入的了解。希望大家在以后的學習中能夠將今天學到的知識應用到實踐中去，不斷探索生命的奧秘。

三、案例反思

在教學內容方面，本案例以蛋白質相關知識為切入點，引導學生通過實驗探究，掌握了氨基酸的基本概念、蛋白質的結構與性質、鹽析、變性等知識，提高了學生的實驗操作能力和科學探究能力；在教學方法方面，本案例采用項目式教學法，引導學生通過深入實踐、有效探索、多維合作等，順利地完成項目任務，以此有效培養學生的創新精神和實踐能力，強化學生的團隊協作能力和問題解決能力；在教學效果方面，通過本案例的教學，學生的實驗操作能力、科學探究等能力與團隊協作能力等得到了鍛煉，學生的創新精神、環保意識和責任感也得到了提高。

總體來說，本案例的教學效果較好，但是不可忽視的是，本案例也存在一些問題，有待改進。首先，部分學生對蛋白質的結構與性質理解得不夠深入。為了解決這個問題，我應該在講解知識點時加大力度，通過生動的比喻、直觀的圖像等方式幫助學生理解。其次，部分實驗操作較為復雜，學生可能難以短時間內掌握。為了解決這個問題，我應該在實驗課之前進行演示和指導，確保學生熟悉實驗操作流程。在實驗過程中，我應該及時發現并糾正學生的錯誤，保證實驗的順利進行。在將來的教學中，我將繼續關注學生的學習需求，靈活調整教學方法，以達到更好的教學目的。

（作者單位：陜西省安康市漢濱區漢濱高級中學）

編輯：陳鮮艷