指向深度学习的主题式教学的实践和反思

摘要：以“探秘维生素C”为主题，通过初识维C，再识维C，制备维C，应用维C四个课堂活动，融入高考考点，引导学生进行深度学习。课堂上，打破传统复习课的知识梳理和题海战术，培养获取信息、分析信息、设计方案等方面的能力，提升化学学科核心素养。

关键词：维生素C；深度学习；主题式教学；核心素养

文章编号：1008-0546（2021）12-0045-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.011

*本文系阳江市中小学（幼儿园）教育教学研究立项课题“高三化学二轮复习主题式教学研究实践”（课题编号：2019KT052）研究成果。

深度学习是指学习者以发展高阶思维和解决实际问题为目标，在理解的基础上，以习得的知识为内容，批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，最终形成在情境迁移中解决问题能力的一种学习[1]。

Bernice Gelman认为，主题式教学是指教师根据学情拟定主题，对教学材料创设有意义的连接，设计课堂活动，学生在完成活动的同时获得知识，再将其所学知识融入到生活现象中，进行探索解释和创新[2]。

目前高三二轮复习课中，普遍以“知识点呈现—重难点梳理—典型例题剖析—解题方法归纳—变式练习巩固”的课堂模式展开。该模式条理清晰，环节紧凑，但一节课下来学生头脑中留下来的是机械记忆的知识和各种解题方法，学生容易陷入题海，并逐渐感到复习的枯燥乏味，难以激发学生学习的主动性和激活学生的思维。而新课标新高考背景下，老师要思考得更多的是如何通过创设真实情境，培养学生利用所学知识分析和解决问题的思维和能力，并提升学科核心素养。而思维能力的培养和学科核心素养的提升在很大程度上需要通过深度学习的主题式教学来实现的[3]。

一、教学思路

2018年教育部颁布的《普通高中化学课程标准》（2017版）的基本理念中提到，以发展化学学科核心素养为主旨，选择体现基础性和时代性的化学课程内容，结合学生已有的经验，引导学生关注人类面临的与化学有关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力[4]。主题式教学的复习课则是以真实的生活情境或者是科技前沿为载体，让学生用学过的知识去分析和解决问题，并迁移应用到与其相关的领域上来[5]。而深度学习是在课堂活动中设置培养学生高阶思维的问题，再将所学知识迁移到新情境中评价和检验学生的能力。可以说主题式教学和深度学习是培养学生思维能力和落实化学核心素养的两大抓手。维生素C（以下简称维C）对人体的健康和在生活中具有重要作用，以其特别的烯醇结构容易引发学生的认知冲突和学习兴趣。在高三二轮复习中，笔者以维C为主题，进行了一次深度学习的主题式教学课堂的实践与反思。教学思路见图1。

二、教学过程

活动一初识维C

【情境引入】500年前，在人类勇于探尋海洋的大航海时代，有一种疾病却时刻笼罩着航海家们，那就是坏血病。通过科学家的不断努力探寻，终于揭开“坏血病”的罪魁祸首，是因为缺乏维C，而对维C的研究和合成，也获得诺贝尔奖。这节课，我们一起跟着科学家的步伐，来探索曾经神秘的维C。

【提问】圣捷尔吉和霍沃斯因发现了维C而获得1937年诺贝尔奖[6]。请观察维C的结构简式（见图2）并回答以下问题。

①分子式②水溶性③官能团名称④能发生的有机反应类型⑤用*标出手性碳

【师】观察维C的结构，与我们所学的知识是否有冲突？

【生】碳碳双键上直接连羟基的结构是不稳定的，怎么维C可以呢？

【设疑】维C中碳碳双键为什么可以连接羟基？请你根据以下信息进行分析。

信息1：共轭体系是指具有单键—双键交替结构的体系，能降低体系能量，使分子更加稳定。

信息2[7]：

【生】反应一在酮—烯醇的互变中，酮在体系中占比大，而烯醇占比很少，因此烯醇结构不稳定。反应二中烯醇式占比更多一些，是因为在分子内形成了氢键，且存在共轭体系，使烯醇式变得稳定。反应三K值极大，说明苯酚相对于另一种结构更稳定，原因在于苯环结构的稳定性。

【师】分析得很好。对于苯酚，可能有些同学存在疑问。有资料认为苯环内部的单键—双键在快速共振，形成介于单双键之间的特殊的键，所以苯环内部也存在着共轭结构[8]。通过分析，维C的烯醇结构能稳定存在的主要原因在于分子内能形成氢键和存在共轭体系。

设计意图：从人类对维C结构的发现，把有机基础知识和考点进行融合。再由维C独特的烯醇结构，引发认知冲突，利用信息去分析和解释维C的烯醇结构可以相对稳定存在的原因。该认知冲突的创设激发了学生强烈的学习欲望和兴趣，有助于学生深刻理解烯醇结构在一定条件下能稳定存在，认识到官能团间会相互影响。从中培养学生利用所学知识分析和解决问题的能力，促进深度学习，提升了证据推理的核心素养。

活动二再识维C

【提问】高一学习铁及其化合物时，我们知道补铁剂与维C共同服用，有利于补铁剂的吸收，体现了维C的还原性。维C结构中的哪个官能团具有强还原性？依据是什么？

【生】根据官能团的性质，醇羟基常温下比较稳定，酒精灯中的乙醇可以直接暴露在空气中；与碳碳双键相连的两个羟基应该具有更强的还原性，类比苯酚，常温下在空气中易被氧化。

【教师评价】同学们已经有结构决定性质的思维了，维C与苯酚结构相似，所以性质也相似。

【体验并展示】老师手里有一瓶维C片，请同学来尝一下它的味道如何？在人教版选修1《化学与生活》第19页有这样的表述：维C溶液显酸性，并有可口的酸味。维C也称为抗坏血酸，在人体内有重要功能。请观察维C的结构，你认为是哪一部分结构在表达酸性？依据是什么？

【生】该物质没有羧基，但具有与苯酚类似的结构，推测应该是连在碳碳双键上的两个羟基体现酸性。

【师】猜测很合理。查阅资料可知，维C是二元酸，连在碳碳双键上的两个羟基都具有酸性，但酸性强弱不同。电离平衡常数分别是10-4.2和10-11.6[9]。结合结构简式（见图3），请你解释与C3上-OH的电离平衡常数对比，C2上-OH的电离平衡常数较小的原因。

【生】C2上-OH上的H与羰基上的O形成了分子内氢键，使得该羟基上的H相对难电离。

【师】所以氢键不仅会影响物质的物理性质，还会影响化学性质。

【提问】如苯酚、维C，与碳碳双键相连的羟基上的氢具有一定的酸性。再比如羧酸、肟、黄原酸等分子，体现酸性的H如图4所示，我们可以从中建构一个模型吗

【生】与双键相连的原子上的H具有一定的酸性。

【模型应用】经过查阅信息，等物质的量浓度的尿素和甲胺溶液的pH如下，请运用以上模型，解释两者pH差异。

【追问】运用上述模型，那乙酸—CH3上的氢是否具有酸性？请设计实验方案证明。

【小组活动】思考，辩论，分享，并互相评价，得出实验方案。

【师】同学们的讨论都非常热烈，大家展示的实验方案思路大致相同，把乙酸分子中的干扰基团，即羟基或者羟基上的H换成别的基团。这个思路是合理的。老师的想法与大家不谋而合，也提前去实验室做了钠与乙酸乙酯（见图5），钠与丙酮反应（见图6）的实验，并录了微课，请同学们观察现象并得出结论。

【生】与双键相连的碳上的氢也具有一定的活泼性，可以与钠反应。

【师】像以上物质这样，与醛、酮的双键相连的碳原子上的H具有一定的活泼性，能体现一定的酸性，这种H叫醛、酮的α-H[10]。近几年的高考题中，对醛、酮的α-H的考查比较频繁。

设计意图：学生用所学知识，从维C的结构去推断表达还原性和酸性的官能团。其中通过对表达酸性的官能团的分析中，步步为营，让学生自行建构认知模型并设计实验方案验证α—H具有一定的活泼性，并与高考进行对接，由此促进了学生深度学习，学生对α—H也有了更深刻的理解。深度学习的课堂，除了追求课堂教学效率，更重要的是培养学生的思维，提升宏观辨识与微观探析，证据推理与模型认知的化学核心素养。

活动三制备维生素C

【师】维C对我们如此重要，它主要存在于蔬菜水果中，含量比较少，易被空气氧化。自然界中的维C远不能满足人类的需求，化学的价值就体现出来了，那我们如何通过人工合成呢？

【展示】PPT展示维C的合成方法。该方法是经由中国科学家改良的两步发酵法，现今国产维C产量占全球产量90%以上。维C合成出来以后，如何测定它的含量呢？

【师】请设计实验方案，并解决表1中的问题。

设计意图：维C的制备是由中国科学家进行改良，且国产维C产量占全球产量90%以上，增强学生的民族自豪感，并让同学们感受到化学知识和技术可以为人类的健康保驾护航。接着再以维C含量的测定为情境，融入高考定量实验的考点。深度学习的目标，不应仅有抽象的学科知识，还需应用所学知识去解决实际问题，在应用中检验出知识的理解程度，提高解决问题的能力。

活动四应用维C

【设疑】人类拥有健康的身体后，就想要追求更美的自己。为了延缓衰老，有人用黄瓜敷脸。学了维C的结构，请同学们思考黄瓜敷面膜抗衰老有效吗？

【生】抗衰老可能效果不大，因为维C易被氧化，还没有来得及进入皮肤，它就被氧化了。

【教师评价】同学们已经会从结构和性质的角度来分析问题了。

【过渡】正因如此，护肤品的研发人员就想办法对维C结构进行改造，上世纪90年代，维C相关产品被应用到各种护肤品中。如某知名品牌通过添加维生素C葡萄糖苷（见图7）来达到抗衰老的目的。请观察该物质的结构，评价它改进的优点。

【生】维C中烯醇结构上的羟基被保护，不易被氧化。

【师】对。维生素C葡萄糖苷有多个羟基，是亲水物质，而我们皮肤细胞膜的磷脂双分子层是親脂的，所以此类产品较难进入皮肤。那我们可以从什么方向去继续改造呢？

【生】在羟基的位置上加亲脂的基团。

【师】对的，于是就有了另一种产品——维生素C棕榈酸酯（见图8）。这个更容易被皮肤吸收，但依然有缺陷，同学们还可以从什么方向去继续改造呢？

【生】烯醇结构上的羟基没有被保护，如果把维C结构中的四个羟基全部酯化，不就可以达到加入亲脂基团，又可以保护羟基的目的了吗？

【师】哇，同学们太棒了，你们已经有了知名品牌的护肤品公司研发人员的思维了。研发人员把维C改造成了维生素C四异棕榈酸酯（见图9），该产品相对稳定，又容易被人体吸收。

【展示】2015年某化妆品公司的一则广告宣传语是“我们恨化学”，你如何看待？

【生】陷入沉思，并发表观点。

【师】同学们，从维C结构被发现，到人工合成，再到衍生品的开发，化学带给了我们健康和美丽，没有哪一个护肤品是不含化学成分的。相反，利用化学技术可以让天然的产品变得更适合人体吸收，被人类更高效地利用。我们恨的不应该是化学，而是那些没有专业素养的，滥用和乱添加一些对人体有害试剂的人。

【教师结语】通过这节课，老师希望同学们认识某种物质时，从微观结构出发，用专业知识去鉴别产品的优劣；当然老师更希望未来从事化学研究或者研发行业的同学可以用自己的所学，研发出更多更好的产品，为人类服务。

設计意图：维C的应用是以维C在护肤品中结构的改进展开的，学生对该环节特别感兴趣。学生通过引导，从微观结构去分析与评价护肤品的优缺点，并针对产品的不足，创造性地提出改进方向，充分发展了学生的高阶思维。这种理解性和评价性的深度学习，推动本节课达到高潮，学生真正欣赏化学学科的宏微结合与变化平衡之美，也在深度学习下实现知识的高效迁移，提高解决真实问题的能力。最后的环节安排了一个我们恨化学的广告语，是想跟同学们一起为化学发声：化学带给人类价值，却被误解，而我们选化学的同学更要站稳立场，要有正确的科学态度；我们化学人要有社会责任，未来从事化学研究的同学更要有社会责任和担当，我们所学的化学知识和思维是为了更好地为人类服务的。

三、教学反思

本节课选择维C为主题，通过整合教学资源，将一些事实性化学知识融入问题情境中，成功激发了学生学习化学的兴趣，让学生在知识习得的过程中深度思考，形成化学思维；用化学的眼光去分析和解决实际问题，并树立正确的科学态度和社会责任，使化学课堂变得更有现实意义。其中所设置的问题的解答需要的知识和思维都是高考的重要考查部分，有利于提高高三的复习备考效率。

实验探究诱发深度学习。但由于高三学生，时间紧，任务重，所以开设实验探究课的机会甚微。但是在课堂上，可以让学生自主设计实验方案，培养探究精神和严密的逻辑思维。而老师在课前或课后根据学生提供的方案提前录好微课，便于在课堂上提供给学生进行证据推理。

高三二轮复习中采用深度学习的主题式教学模式，对老师的要求比较高，老师在备课的时候需要去阅读大量文献，收集资料，拟定主题，创设与生活生产相关的真实情境，激发深度思考；灵活整合教学资源，设计有一定思维深度的问题；挖掘其中可以培养学生化学学科素养的载体，融入到课堂活动中，从而引导学生走向深度学习。这对老师来说很有挑战性，当然也是提升自身能力的好机会。可以推测现代教学模式关于复习课的主流将是主题式教学，当然这也将是对老师和学生都具有挑战性的深度教学模式，有利于教学相长。

参考文献

[1]封晓俊.元素化合物深度学习现状调查研究及分析[J].中学化学教学参考，2019（10）：44-45

[2]施久铭.核心素养：为了培养“全面发展的人”[J].人民教育，2014（10）：13-15

[3]康淑敏.基于学科素养培育的深度学习研究[J].教育研究，2016（7）：111-118

[4]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2018：2

[5]黄燕，谢培林.主题式教学的实践和反思[J].中学化学教学参考，2018（10）：44-45

[6]刘斌等.维生素C的历史[J].大学化学，2019（34）：96-101

[7]曾昭琼，李景宁.有机化学·上册[M].北京：高等教育出版社，2004：329

[8]曾昭琼，李景宁.有机化学·上册[M].北京：高等教育出版社，2004：148

[9]叶青，江志波.酸碱滴定法与碘滴定法测定维生素C[J].理化检验·化学分册，2007（43）：410-412

[10]曾昭琼，李景宁.有机化学·上册[M].北京：高等教育出版社，2004：328