从生命的视角诠释分子的结构之美——以“分子结构与物质的性质”为例的情境化教学设计

魏云捷 易相文

（武汉市吴家山中学 湖北 武汉 430040）

一、问题的提出

《高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对教学内容的选择和情境创设提出了具体的实施建议。在化学教学中，教师应重视跨学科内容主题的选择和组织，引导学生在更宽广的学科背景下认识物质及其变化的规律，帮助学生拓宽视野，开阔思路，综合运用化学和其他学科的知识分析解决有关问题，发展学生的科学素养［1］。创设真实问题情境，促进学习方式转变，在教学中应重视创设真实且富有价值的问题情境，促进学生化学学科核心素养的形成和发展［2］。

《中国高考评价体系》（2019年版）“表2学科素养指标体系”中提出：学习掌握和实践探索的指标表现均以应对问题情境的需要为基础［3］，凸显了情境教学的重要性。笔者以“分子结构与物质的性质”教学为例，从情境的主题选择、情境的教学融合和情境的活动设计组织开展情景化教学，取得了良好的效果。

二、教学主题内容与教学目标

1.教学主题内容

本节课教学设计是将该节内容进行整体设计后的第三课时，归纳不同分子结构对物质的性质影响，突出分子性质对生命的重大意义。

2.教学目标

（1）能说明氢键对物质熔点、沸点等性质的影响，能用极性分子、非极性分子、氢键等知识解释不同分子的溶解性。

（2）初步认识分子的手性，了解手性分子在药物研究中的应用。

（3）通过生命历程的三个环节，体会物质结构决定物质性质的化学学科思想，感受不同的分子结构对生命的重大意义。

教学重点：氢键对物质性质的影响。

教学难点：手性分子的概念。

三、情境化教学设计

1.情境的主题选择

（1）寻找与教学内容相关的生活、化学实际，为选择主题打基础（见表1）。

表1 寻找情境实例

（2）寻找实例之间的内在联系，结合教学目标，确定最佳主题（见图1）。

图1 确定情境主题

2.情境的教学融合

（1）将情境主题按照教学内容进行板块设计，打造递进的情境层次。

本节课的教学分为“氢键对物质性质的影响”、“溶解性”和“手性”三块内容，需要将情境与之对应进行合理划分。对照实例与生命的内在联系，将情境主题划分为“生命的起源”、“生命的维持”和“生命的修复”三个部分（见图2）。

图2 打造情境层次

（2）将独立的情境场景进行巧妙地过渡和补充，完善整体情境。

从氢键过渡到人必须喝水。从喝水维持生命过渡到生病吃药——感冒了多喝热水，严重了还是要吃药或上医院。

在生命的起源部分，补充历史上地球经历几次冰期，冰层保护了水下生命。在生命的修复部分，补充人体内除了甘氨酸其余19种氨基酸全部是左旋的，身体里的糖类全部是右旋的，牵牛花的藤、螺蛳壳纹路都有确定的方向。

巧妙的衔接和合适的补充，使整体情境内容更加丰富，与教学内容有机融合。

3.情境的活动设计

情境化的教学活动中，除了学习任务活动设计外，还应适时添加贴合情境、高于教学内容、提升化学核心素养的情境活动设计（见表2）。

表2 情境活动设计

在“分子结构与物质的性质”的教学内容中，氢键、溶解性和手性均对生命有重大的意义，进行巧妙的设计，可以很好的激发学生学习化学的热情、感受化学的学科魅力，培养学生的创新思维能力和社会责任感。笔者基于这一教学理念设计了有生命线、知识线和活动线的情境化教学结构图［4］（见图3）。

图3 情境化教学结构图

四、教学过程

环节一：生命的起源

［情境导入］视频：水是生命之源。

［启发提问］本节课的主题是“分子结构对生命的影响”，水分子结构有什么特点？该特点给水分子带来哪些特殊性质？

［学生活动］回忆水分子结构的特点，回顾氢键的定义和特点，联想氢键与水的性质之间的关系，预测氢键对物质的熔沸点的影响。

［资料展示］ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅧA族前五周期元素氢化物沸点曲线图。

［学生活动］①一名学生找出三对不同原因导致沸点高低的物质，另一名学生逐一解释原因。②遮挡物质信息，默写同族元素氢化物沸点排序（见图4）。

图4 遮挡物质的元素氢化物沸点图

［教师评价］评价学生做出的解释，强化学生对同主族元素氢化物沸点高低的理解，补充分子内氢键与分子间氢键对物质沸点的影响。启发学生思考氢键对物质其他性质的影响。

［资料展示］冰结构图、冬季湖泊截面图（见图5）。

图5 冬季湖面截面图

［启发提问］怎样从冰的结构解释冰的密度比水小？冰的这一性质对生命有什么意义？

［学生活动］讨论交流，掌握冰的结构特点，了解氢键对冰密度影响，联想冰的密度比水小对生命的意义。

［教师讲述］历史上地球经历了几次冰期，厚厚的冰层保护了水下生命。不仅在自然界，在我们的身体里也存在氢键，氢键对生命有重大的意义——氢键构成DNA的双螺旋结构。

［资料展示］DNA结构模型图、立体动图。

环节二：生命的维持

［情境导入］视频：人需要喝水维持生命。

［启发提问］生命的维持需要水，人体内的化学反应几乎都要通过水才能完成，此时水起到什么作用？

［学生活动］①了解水作溶剂，思考溶解性的影响因素。②思考氨气极易溶于水的原因。③表示出氨水中氢键可能的存在形式。

［教师讲解］强调相似相溶、氢键对溶解性的影响，补充温度、压强等其他条件，对溶解性的影响。引导学生分析氨分子和水分子之间形成氢键的主要形式。

［情景过渡］感冒多喝热水有好处，但病情严重还是要求助于药物。

环节三：生命的修复

［情境导入］“左氧氟沙星滴眼液”和“氧氟沙星滴眼液”有什么区别（见图6）？

图6 滴眼液名称对比

［教师讲解］介绍手性异构体和手性分子。

［学生活动］用球棍模型模拟，寻找什么样的碳原子才能成为手性碳原子。小组汇报探究结果。

［教师评价］评价学生报告，总结手性碳原子的判断方法。

［学生活动］①找出分子中的手性碳原子。②写出含手性碳原子且碳原子数最少的烷烃。

［教师讲解］①人体内的20种氨基酸，除了甘氨酸外其余19种全部是左旋的；②身体里的糖类物质全部是右旋的；③牵牛花的藤、螺蛳壳纹路都有确定的方向。体会手性分子与生命的关联。

［教师提问］左氧氟沙星药效远大于右氧氟沙星，作为药厂希望生产什么样的药物？

［学生活动］交流讨论，小组发言。

［教师讲述］介绍现研究热点“手性合成”，回顾历史上相关诺贝尔化学奖获得者，了解现国内研究手性的领军人物，鼓励感兴趣的学生报考相关化学专业。

［资料展示］视频：反应停事件（见图7）。

图7 反应停的分子结构

［学生活动］学生谈感受，体会科学进步的艰辛。

环节四：课堂小结

［学生活动］整理本节课知识点，总结收获。各组代表发言。

［教师评价］评价学生发言，归纳小结，升华主题（见图8）。

图8 课堂小结

［布置作业］

（1）丙三醇（甘油）的应用探究。

信息：丙三醇分子中含有三个羟基，羟基具有良好的亲水性。

①丙三醇的多羟基结构可能使其具有什么性质？该性质可以使它有什么应用？

②你能找到哪些商品成分信息来验证你的推断？

③除了丙三醇，你还看到了哪些起到相似作用的物质？

④你最终得到什么结论？

（2）课后练习（略）。

五、教学感悟

情境化教学将相对独立的知识点融合为一个整体，让课堂更真实生动，更容易与学生产生共鸣。为了更好的用情境引领学生去思考，需要将情境素材巧妙地安排到教学环节中，让学生在真实的问题情境中思考、体会、感悟。根据本节课学生的反馈，他们清晰掌握了氢键、溶解性、手性的概念、性质和应用，领悟了“结构决定性质”、“性质决定用途”的思想，很好地实现了本节课的教学目标。此外，有学生表示上完这节课觉得化学很神奇、科学很奇妙；有学生说我们要保护环境、珍惜水资源；还有学生感受到进行科学研究时一定要非常严谨……，这些化学核心素养目标之外的收获，进一步提升了学生的科学素养。?