促进学牛化学核心素养发展的教学设计

【摘 要】本文以《糖类的性质》为例，基于新课标规定的学生必做实验，以“化学来源于生活，又服务于生活”的理念为指导进行教学设计，设计分为糖的分类、探究葡萄糖的化学性质、探究果糖的还原性、探究淀粉的水解、“变废为宝”之纤维素的分解 5 个环节，阐述通过这 5 个环节培养学生化学学科核心素养的具体做法。

【关键词】糖类的性质 核心素养 必做实验 教学设计

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）02B-0106-03

本节课内容选自人教版高中《化学（选修 5）》第 4 章第 2 节《糖类的性质》，新修订的普通高中化学课程标准（2017 年版）（以下简称新课标）将其安排在选择性必修课程《模块 3 有机化学基础》中的《主题 3 生物大分子及合成高分子》中。其具体学习要求为：（1）能列举典型糖类物质;（2）能说明单糖、二糖和多糖的区别与联系;（3）能探究葡萄糖的化学性质;（4）能描述淀粉、纤维素的典型性质。在本节课之前，学生已经学习了有机化合物的分类、常见的官能团，并在必修 2 中简单学习了有关糖类的知识。新一轮基础教育改革以提升学生的核心素养为终极旨归，新课标提倡创设真实情境，开展基于素养为本的化学教学。另外新课标规定了 18 个学生必做实验，《糖类的性质》实验是其中之一。化学实验对发展学生的化学核心素养有着重要作用，在教学中，必须落实糖类的性质这一学生必做实验，培养学生的实验探究与创新意识和科学精神与社会责任。因此本节课的教学设计要结合学生必做的这个实验，以提升学生化学核心素养为目标，转变学生学习方式，培养学生学会学习的能力。因此，教师应创设真实的问题情境，引导学生学会学习、独立思考、合作讨论交流、自主学习，培养学生的思维能力和实验能力。

一、设计思路

整堂课从糖的分类、探究葡萄糖的化学性质、探究果糖的还原性、探究淀粉的水解、“变废为宝”之纤维素的分解这 5 个环节对糖类进行学习。这 5 个环节由情境线索、知识线索和探究活动线索 3 条主线贯穿，使得整堂课思路清晰，内容明确（具体思路如图 1 所示）。学生的必做实验安排在环节 2、环节 3 和环节 4 中，以真实问题情境线索带领学生探究糖类的性质。

二、教学过程

（一）教学环节 1：糖的分类

〖创设情境〗葡萄糖最早是在 1747 年被发现的，德国化学家马格拉夫自葡萄干中分离出少量的葡萄糖。1838 年，由法国化学家尚-巴蒂斯特·杜马正式命名为葡萄糖。1892 年德国化学家费歇尔确定了葡萄糖的链状结构及其立体异构体，并因此获得 1902 年诺贝尔化学奖。这是关于糖最初的科学认识。

[设计意图]利用葡萄糖的发现史激发学生对葡萄糖的研究兴趣。

问题 1：同学们还知道哪些糖呢？能否对这些糖做一个分类呢？

学生活动：学生根据生物上的知识和必修 2 的学习说出其他糖类，并归纳总结糖的分类。在教师指导下完成其代表物分子式的填写，能简单认识到单糖、二糖和多糖的区别与联系，并以表格形式列出。

[设计意图]这部分属于课前复习，在学习选修 5 中已经学习过，但有相当一部分同学可能已经忘记葡萄糖的分子简式，因此，我们在课的开始再强调一次以加深记忆和理解。

（二）教学环节 2：探究葡萄糖的化学性质

〖创设情境〗糖尿病是由于胰腺分泌功能缺陷或胰岛素作用缺陷引起的，以血糖升高为特征的代谢性疾病。我国是全球糖尿病人数最多的国家，2017 年糖尿病人数为 1.14 亿，预计到 2045 年将达到 1.5 亿左右。

问题 2：血糖的成分是什么？假如你是一名医生，你如何利用化学知识检验病人是否患有糖尿病？

学生：葡萄糖，检查病人血糖中葡萄糖的含量是否达到了患糖尿病的指标。

[设计意图]从与健康有关的糖尿病入手，转换学生的角色，以一名医生的角度去探究如何检验血糖中的葡萄糖含量。将生活中的问题转化为化学问题，激发学生探究欲望，以真实的数据引导学生关注健康。

问题 3：那么如何检验血糖中含有葡萄糖呢？

学生：从葡萄糖的分子结构中含有醛基可以预测，葡萄糖应该具有醛基的特征反应。

教師：非常好，同学们已经掌握了学习有机物性质的方法，那就是官能团的反应。下面请同学们通过两个探究实验来检测葡萄糖。

〈探究活动 1〉取一支洁净的试管，加入 2 mL 2% 的 AgNO3 溶液，再滴加 2% 的稀氨水，边加边振荡，直到沉淀刚好完全溶解为止（得到澄清的银氨溶液），再加入 1 mL 10% 的葡萄糖溶液，在 70℃ 左右的热水中静置，观察并记录实验现象。

教师：强调取用洁净的试管，银氨溶液配制时的注意事项;强调实验安全，静置时不要晃动试管。

学生：学生根据原理和步骤动手操作实验，观察并记录，最后展示自己的实验结果，反思自己的实验操作，讨论有些实验操作失败的可能原因。

〈探究活动 2〉葡萄糖与新制的氢氧化铜反应。取少量 CuSO4 溶液和 NaOH 溶液放于洁净的试管中，再加入 2 mL 10% 葡萄糖溶液，在酒精灯上方加热，观察并记录现象。

教师：强调加热的安全问题。

学生：学生动手操作，有些同学成功，有些同学的实验没有观察到明显现象。

教师追问：为什么有些同学失败了，请和其他同学交流比对，看是哪里出了问题？

学生：与同学互相交流讨论，发现成功的同学试管中 NaOH 溶液是过量的，只有这样才能得到想要的现象。

[设计意图]两个实验都要求每个学生亲自动手操作，这两个实验属于新课标规定的选择性必修中 9 个学生必做实验《糖类的性质》中重要的实验，因此教师应利用好学生必做实验培养学生的观察能力、操作能力和思维能力。在探究活动 2 中教师不强调 NaOH 溶液的用量，让同学们自己在实验中发现该反应必须在碱性条件下才能生成砖红色沉淀的结论。学生通过反思交流获得知识，创造性地培养了学生探究能力和思维能力。

（三）教学环节3：探究果糖的还原性

〖创设情境〗给出两瓶未贴标签的透明溶液，其中一瓶是葡萄糖溶液，一瓶是果糖溶液。

问题 3：如何设计实验鉴别两瓶未标明的溶液分别是什么糖类溶液？

学生：葡萄糖是还原糖，可发生银镜反应，我们可以探究果糖是否具有还原性，能否发生银镜反应。

学生分组实验：和前面探究葡萄糖的银镜反应一样，探究两瓶溶液是否能发生银镜反应。进行实验并观察和记录实验现象，得出结论。

学生：根据实验现象发现两瓶溶液都可发生银镜反应，说明果糖是还原糖，具有还原性。

补充资料：含有醛基的化合物可以发生银镜反应，可是相应的酮类不可以，因此我们在鉴定醛和酮时利用银镜反应。

学生讨论：根据实验结果分析得到的果糖结构，我们发现果糖中不含醛基，而是羰基化合物，为酮糖。为什么我们做出来的实验结论得出果糖可发生银镜反应呢？

[设计意图]利用预先做实验得到的结论和教师给出的资料的相反性，使学生产生认知冲突，引出多官能团化合物之间官能团之间的相互影响，揭示果糖作为酮糖具有还原性的原因。

（四）教学环节 4：探究淀粉的水解

〖创设情境〗2018 年 10 月 8 日武汉 59 岁市民赵女士在公交停车场突然瘫倒在地，公交管理员立刻上前查看并喊来同事，合力搀扶赵女士并询问得知她患有低血糖。如果你当时在场，那么你该如何做？

学生：积极回答，各抒己见。有的说给她吃巧克力或者糖果，有的说给她喝葡萄糖口服液，有的说给她吃点馒头米饭之类的。

教师：归纳总结并带领学生分析使用这些办法的原因，糖果和口服液之类是直接补充了葡萄糖，那么馒头和米饭呢？

学生猜想：馒头米饭含有淀粉，可在咀嚼的过程中反应生成葡萄糖。

教师：很好，那么下面我们就以淀粉进行探究，验证同学们的猜想。

〈探究活动 3〉淀粉的水解实验。

驱动问题：淀粉如何转化为葡萄糖？条件是什么？

学生：生物上学过，我们知道淀粉在酶的作用下先转化为麦芽糖最后转化为葡萄糖。

教师：那么在化学上淀粉如何实现转化呢？

提供材料：淀粉在稀硫酸做催化剂且加热条件下可以水解成为葡萄糖。接下来请同学们亲手操作淀粉的水解实验。

让学生动手操作。

教师：同学们完成了淀粉的水解实验，那么你们能检验淀粉是否完全水解吗？如何设计方案检验呢？下面大家分小组合作讨论并设计实验方案。

学生：小组合作讨论并制定实验方案。小组之间讨论各种方案的合理性，选择最佳的方案进行实验。

教师：指导学生完善方案，形成最佳方案，并用流程图表示，见图 2。

[设计意图]以“低血糖”补糖引出淀粉水解，再让学生探究水解液成分，步步深入，帮助学生采用自主合作、自主探究的方式，选择最佳的设计方案、评价方案。突破“淀粉水解”这一知识点，并在此过程中培养学生设计和评价实验方案的能力，培养学生的实验探究和创新意识核心素养。

（五）教学环节 5：“变废为宝”之纤维素的分解

〖创设情境〗春耕前，对于种地的农民来说，秸秆是最大的负担，以前大家都是放火焚烧。这样做污染环境不说，还可能引起火灾。中粮生化能源有限公司纖维素乙醇项目组能够将纤维素降解成葡萄糖再制成酒精，并在这个过程中保持产量和质量的大致恒定。

让学生真实地感受到通过化学方法“变废为宝”的过程，感受知识的价值。

教师：将 PPT 展示纤维素转化为葡萄糖再转化为酒精的反应过程。另外，展示资料卡片：纤维素对人体的作用。

[设计意图]利用生活生产中的实例创设真实情境，激发学生学习兴趣，让学生真切地感受“化学来源于生活，又服务于生活”这一理念，体会化学知识的价值和魅力。通过资料卡片了解纤维素不仅对化工生产来说有重大意义，而且在人类的食物中也不可缺少。这一环节主要培养学生的科学精神和社会责任核心素养。

三、教学特色

（一）创设真实情境，使学生知道“化学来源于生活，又服务于生活”

在教学探究过程中，以生活中的实际问题情境为切入点，让学生深深感受到生活中处处有化学。本节课创设了 5 个教学情境，以“化学来源于生活，又服务于生活”为设计理念，通过 5个环节展开教学。在各个教学环节中，设置相应问题驱动，引导学生完成葡萄糖的检验、淀粉的水解的探究实验。解读糖类性质，了解纤维素、葡萄糖和酒精之间的转化关系，感受化学对人类创造财富的价值，体验“身边的化学”“生命中的化学”，培养“化学来源于生活，又服务于生活”这一理念。

（二）通过学生必做实验，培养学生的化学核心素养

化学实验能力的培养是化学课程的重要目标之一。杨玉琴对化学实验能力的内涵进行了界定，认为化学实验过程包含操作、观察和思维 3 种相互影响和相互交融的心理活动。因此教师要利用好学生必做实验，尽量让学生在自主探究中完成必做实验，培养学生的化学实验能力，培养学生化学核心素养。

（三）构建多元化的实验评价体系，提高实验教学质量

传统的实验评价以关注实验结果为主，不重视实验的基本操作过程，甚至对导出实验结果的实验报告也只流于形式，对学生在认知思维和观察能力上的评价比较少。因此应构建多元化的实验评价体系，既要考核学生的书面实验报告，又要对学生的实验操作和思维进行评价。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017

[2]周 腾.基于化学学科核心素养的“糖类”教学设计[J].化学教与学，2018（1）

[3]杨玉琴，王祖浩.对化学“实验能力”内涵的重新认识[J].化学教育，2012（11）

【基金项目】广西研究生教育创新计划项目“基于整合学习进阶和科学论证的教学研究”（XYCSR2020065）。

【作者简介】张海艳（1993— ），女，汉族，四川广安人，广西师范大学化学与药学学院硕士研究生，研究方向：化学课程与教学论。

（责编 卢建龙）