基于真实情境的深度学习探索——以“茶多酚的提取及纯化”为例

福建 苏育波 张少雄

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)明确指出：“倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。”“从茶叶中提取茶多酚”这一案例，通过解决具体问题的任务，促使学生查阅文献、设计实验探究等，在问题解决过程中提升学生的化学学科核心素养。

深度学习不是停留在问题表面的单纯记忆、机械背诵，而是真正把握问题背后的逻辑，知其然并知其所以然。深度学习强调信息的整合与知识建构，在对知识批判理解吸收之后，学生自主对知识进行梳理、整合与吸收，重新建构知识结构与知识框架。深度学习指向分析和解决化学问题的能力，要求学生在面临的真实情境中，能够迁移运用已有经验解决实际问题，而这指向了学生的核心素养，要求学生具备良好的学科素质与知识技能。

高三化学一轮复习教学往往采用这样的教学方式：老师带着教辅或学案，讲解知识点，布置练习并评讲；学生在老师讲解过程中回忆已学知识，填写学案并完成练习。这样的复习存在模式单一、知识条目化、练习化等问题。此类复习课由于没有真实的情境和深入的师生互动，缺少探究、自主学习等高级思维的乐趣，复习效果差，只适用于基础知识比较薄弱的学生，而不适用于基础知识较扎实且有活跃思维能力的优生进行深度学习能力和素养能力的培养。

1.问题背景

《课程标准》在每一主题下提供了“情境素材建议”，这为教师设计情境式教学提供了充足的教学资源。高三复习课与新课教学有所不同，复习课要与高考对接，知识整合程度大，对学生能力发展有更高的要求。因此，高三复习课所使用的情境素材需更加贴近生产、生活或学术研究，更加注重知识与能力的整合应用，这需要教师在查阅各类文献资料的基础上对教学情境进行再创造。

在复习中借助“茶多酚的提取及纯化”这一情境进行专题复习，将物质的分离与提纯这一化学实验中非常重要的操作与生产、生活情境有机结合起来，让学生能够深入了解茶叶的功效，并且在技术的支持下将茶叶的成分进行分离，使茶多酚能够更加充分的发挥其效能，做到物善其用，让传统茶文化焕发新的活力，同时充分调动学生的探究热情，感受化学学科的价值与魅力。通过再现科研工作者的研究历程，既有利于提升学生解决实际问题的能力，又符合高考考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力及分析和解决化学问题能力的测试要求。

2.教学思路与过程

本课题主要是建立物质分离提纯的方法及工艺模型，因此本节课采用的教学策略是：情境激发→方法导引→流程设计→模型建构。在课堂实施过程贯穿两条主线：一是知识线，物质分离提纯的一般方法及原则→茶多酚的性质推导→物质分离提纯方法的综合应用及实验流程的设计→天然物质的提取纯化模型的建构；二是核心素养线，宏观辨识与微观探析→证据推理与模型认知→科学探究与创新意识。

2.1 核心素养教学目标的确定

在情境选取及设计、学生学情分析的基础上，设计了“从茶叶中提取茶多酚”专题复习的核心素养教学目标，包括：

(1)通过复习，建构物质分离与提纯的方法模型，指导茶多酚提取工艺流程的方案设计，培养学生自主思考、勇于质疑、敢于批判的创新精神，发展“科学探究与创新意识”“证据推理与模型认知”素养。

(2)通过对物质分离及纯化原则和方法的复习，加深理解物质性质对分离纯化方法选择的指导性。形成“结构决定性质，性质决定用途”的观念，发展“宏观辨识与微观探析”素养。

(3)通过溶解、过滤、萃取与索氏提取、分液、蒸馏与减压蒸馏等物质的分离提纯方法的应用，掌握实验基本操作与技能，形成对化学实验的正确认知。

(4)通过对茶多酚提取工艺的学习，感受中国科研工作者的工作激情，感受中国传统茶文化的魅力，增强文化自信。

2.2 教学整体思路设计

本课利用“茶多酚的提取及纯化”这样真实的情境，将物质性质和物质分离、提纯方法、实验条件选择和实验方案设计、评价及改进等知识整合起来。

2.3 教学过程设计

主题1：中国茶文化与茶多酚的性质

主题流程：雅、俗茶文化→茶叶的组成→神农尝百草→茶多酚的功效

设计意图：以中国源远流长、雅俗共赏的茶文化为切入点，介绍茶叶的组成及传统文化中神农氏尝百草的故事，引起学生对中华优秀文化的认同，增强民族自信，发挥高考评价体系中“价值引领”的作用。

主题2：物质分离提纯的一般方法和原则

主题流程如图1所示

图1 物质分离提纯的方法及原则

设计意图：通过天然物质的提取及纯化的方法模型的归纳及分离提纯原则的学习，了解物质性质对分离方法选择的重要性，让学生重视科学研究的方法，逐步形成“结构决定性质，性质决定分离和提纯方法”的观念。

主题3：模型建构——设计茶多酚提取流程

主题流程：建构茶多酚提取纯化流程的程序

环节一：性质探究

资料：茶多酚是茶叶中所含的一类多羟基类化合物，其中比较有代表性的物质的结构如图2所示。

【问题】通过观察茶多酚的结构简式，说说其可能具有的性质并说明推断依据。

设计意图：化学教学中最重要也最常用的方法是分类、类比、推断。通过对茶多酚的结构模型的学习，培养学生对陌生物质以一定标准加以归类，通过教材中已知物质性质加以类比，进而合理推导出陌生物质的相应性质。培养学生自主学习新知识、获取新信息的能力。

环节二：情境激发

【投影】宋代苏轼在《汲江煎茶》一诗中写到：活水还须活火烹，自临钓石取深清。这句诗里涉及哪些化学基本操作？

【学生】加热，浸泡。

【问题】茶的香味来自于茶叶所含多种有机物，包括茶多酚。诗里的烹、煎等手段是化学中常见的物质分离方法的雏形，该方法与哪种分离方法相似？其中，“煎”“烹”的目的是什么？

【学生】溶解。“煎”“烹”是为了让溶解更快。

【过渡】茶在中国已经有3000多年的历史，说明古人早就已经懂得利用溶解的原理从茶叶中获取相关物质以丰富自己的物质及精神享受。若要从茶叶大量提取茶多酚，是否也可以采用“溶解”的方法呢？

【学生】是的。

设计意图：从中国优秀传统文化出发，引入物质提取的方法，既能体会古人的化学智慧，也能激起学生的思辨热情，通过生活中无处不在的化学知识与操作，培养学生理论联系实际的科学精神和社会责任，体现化学的核心价值。

环节三：抽象研究流程

建模程序流程：设计问题→引导作答→形成流程→问题推进→完善流程。教学的核心思路是基于问题驱动。

设计意图：设计层层推进的问题，推动学生逐渐完善流程，引导学生灵活运用“物质分离与提纯”的基础知识。在问题设计中加入较多的探究性内容，引导学生深入理解物质分离、提纯方法的内涵，强化学生关注知识的本源性，提升学生分析问题的能力，培养学生的高阶思维方式。在多种分离提纯方法选择的探究中，培养学生敢于质疑、严谨求实的科学态度。

环节四：设计评价

【问题】图3为同学们设计的部分流程，这部分流程是否仍存在问题？

图3

【投影】茶多酚主要存在于茶叶细胞原生质体及液泡内，细胞壁阻碍了茶多酚从细胞内向外渗出。实验研究表明，用乙醇浸泡1小时，也只有少量的茶多酚溶解。

【追问】若要提高茶多酚的提取效率，应如何解决以上问题？

【学生】①利用索氏提取器进行连续萃取，提高浸泡溶解效率；

②超声波在一定程度上能破坏细胞壁结构，使细胞内物质快速溢出；

③果胶酶、纤维素酶等物质可软化或分解植物细胞壁，促进胞内成分流出，增加待提取物与提取剂接触机会，提高提取率。

设计意图：从操作方法、提取分离效果、操作的复杂程度等角度出发，引导学生打破常规思路，通过学科知识渗透，敢于质疑，大胆求证，提出更加合理可靠的实验方案。充分发展学生的“科学探究与创新意识”素养。

环节五：建构模型

图4

设计意图：《中国高考评价体系说明》中指出，“基于情境的复杂程度，高考评价体系中的情境活动可以分为两层。第一层是简单的情境活动。第二层是复杂的情境活动。复杂的情境活动涉及的是复杂的认知活动，主要考查学生综合运用知识和能力应对复杂问题的水平。”要培养学生在复杂的情境中快速有效的提取信息并准确解答，就必须有行之有效的训练。师生共同分析得出复杂的茶多酚提取纯化流程图，结合教材中的提取纯化流程，总结得出提取植物中可溶性有机物的一般性流程，建立解决复杂问题的思维及模型框架，培养“证据推理与模型认知”素养。

主题4：作业

【投影】经研究总黄酮(FIBL)有一定的体外抗氧化活性和抑菌作用，以3～5人为一组，设计从红薯叶提取总黄酮的实验方法。

命题意图：布置开放性实验，参照从天然物质的提取纯化模型，模仿茶多酚的提取设计并完成实验，学生亲身经历科学探究的完整过程，提升“科学探究与创新意识”素养。

3.教学反思与启示

(1)注重问题的情境性。将中国传统优秀诗、茶文化有机结合，提升学生的民族自信。

(2)渗透方法观的培养和思维深度的训练。

(3)注重思维的系统性。

(4)创设驱动性问题情境，提升学生解决实际问题的能力。