核心素养背景下的高中化学项目式教学案例——以“蛋白质”为例

文| 杜小杰

一、背景

《普通高中化学课程标准（2017 年版2020 年修订）》对高中化学教学提出了新的要求和挑战。为了应对这些挑战，教师需要不断学习先进的教育理念，尝试不同的教学方法，变革学生的学习活动方式，其中项目式教学以其独特的优势和价值备受关注。通过项目式学习，学生可以分析问题、自主探究和合理决策，从而提高解决实际问题的能力。这种教学方法强调学生的参与和自主探究，使学生在实践中学习。“蛋白质”一课选自人教版高中化学选择性必修三《有机化学基础》第四章第二节，该课程重点介绍蛋白质的组成、结构与性质等。为达成良好的教学实效，教师应该以培养学生的化学核心素养为导向，以项目化学习为切入点，优化教学设计，为高中化学课堂注入更多新鲜的“血液”，引导学生走进广阔、绚丽、多彩的化学世界。

二、案例描述

（一）项目启动：揭开蛋白质的神秘面纱

问题导入：

教师：同学们，今天我们要来探讨一种我们身体中至关重要的物质，它就是蛋白质。在开始之前，大家想想我们吃过哪些富含蛋白质的食物呢？

学生：鸡蛋、牛奶等。

教师：没错，这些食物中都富含蛋白质。那大家知道蛋白质对我们的身体有什么作用吗？

学生：我知道，蛋白质能帮助我们成长，还有修复身体组织。

教师：很好，蛋白质的确是我们成长和身体机能正常运作的关键营养物质。今天我们就来揭开蛋白质的神秘面纱，开始这个有趣的旅程吧！

（二）项目实施：探索蛋白质的多元魅力

1.氨基酸

教师：同学们，今天我们来学习一下氨基酸，它是构成蛋白质的重要基础。谁能告诉我，什么是氨基酸呢？

学生A：氨基酸是羧酸分子烃基上的氢原子被氨基取代得到的化合物，含有的官能团有羧基（-COOH）和氨基（-NH2）。

教师：非常好，看来你预习过这部分内容。接下来，我们来看看常见的氨基酸有哪些吧!

（展示常见的氨基酸结构简式，见表1）

表1 氨基酸结构简式表

教师：大家看到这些结构简式，可以知道常见的氨基酸种类非常多。那么，同学们知道氨基酸有哪些物理性质吗？

学生D：氨基酸均为无色晶体，熔点较高，一般能溶于水而难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。

教师：非常好，看来大家已经掌握了氨基酸的物理性质。接下来，我们来看看氨基酸的化学性质。

（展示氨基酸的两性及成肽反应）

①氨基酸的两性

②成肽反应（取代反应）

教师：氨基酸具有两性，既能与酸反应生成盐，又能跟碱反应生成盐。同时，氨基酸还能通过成肽反应形成含有肽键的化合物。

教师：通过今天的学习，大家对氨基酸有了更深入的了解。接下来，我们要学习蛋白质的结构和性质，请大家做好准备。

2.蛋白质的结构与性质

教师：蛋白质是生物体的重要组成部分，它对我们身体的正常运转起着至关重要的作用。谁能告诉我，什么是蛋白质呢？

学生A：蛋白质是由多种氨基酸通过肽键等相互连接形成的一类生物大分子，蛋白质属于天然有机高分子化合物。

教师：那么，大家知道蛋白质是由哪些元素组成的吗？

学生B：蛋白质主要由C、H、O、N、S 等元素组成，有些蛋白质还含有P、Fe、Cu、Zn、Mn 等。

教师：完全正确。接下来，我们来看看蛋白质的结构。（借助多媒体展示蛋白质的一级、二级、三级、四级结构）

教师：从多媒体展示的结构图可以看到，蛋白质的结构不仅取决于多肽链的氨基酸种类、数目及排列顺序，还与其特定的空间结构有关。结构对性质具有决定性作用，结合蛋白质分子结构，同学们知道蛋白质可能具有哪些化学性质吗？接下来就让我们通过实验一起探究吧！

项目实验一：水解

教师：接下来，我们一起探索蛋白质的水解实验。

（学生实验，教师巡视）

实验步骤：（1）准备两支试管标记为“酸溶液”和“碱溶液”。（2）在“酸溶液”试管中加入蛋白质溶液和盐酸，混合并置于37℃的环境中。（3）在“碱溶液”试管中加入蛋白质溶液和氢氧化钠，同样混合并置于37℃的环境中。（4）每隔一段时间，观察两支试管中的反应，记录沉淀物情况。（5）当反应液中不再出现沉淀物时，实验结束。

教师：同学们观察到了哪些实验现象呢？

学生：在酸溶液和碱溶液试管中，随着反应的进行，溶液逐渐变得浑浊。这是由于蛋白在水解过程中生成了相对分子质量较小的多肽化合物，使溶液浑浊度增加。

学生：在酶溶液试管中，随着反应的进行，溶液逐渐变得澄清。这是由于酶的作用加速了蛋白质的水解，使蛋白质迅速水解为氨基酸，溶液变得澄清。

项目实验二：盐析

教师：接下来，我们一起探索蛋白质的盐析实验。

实验步骤：（1）准备材料：2 mL 饱和（NH4）2SO4溶液、鸡蛋清溶液、蒸馏水、试管、滴管。（2）在试管中加入2 mL 饱和（NH4）2SO4溶液。（3）用滴管吸取几滴鸡蛋清溶液，缓慢加入试管中，边加入边振荡试管，使鸡蛋清溶液与饱和（NH4）2SO4溶液充分混合。

教师：通过刚才的实验，你们观察到什么现象？

学生：加入鸡蛋清溶液后，饱和（NH4）2SO4溶液变浑浊了，但是加入蒸馏水后，浑浊度又降低了。

教师：很好，你们观察到的现象说明了什么？

学生：这说明蛋白质在饱和（NH4）2SO4溶液中变性沉淀，但这种沉淀是可逆的。加入蒸馏水后，蛋白质又重新溶解了。

教师：是的，这种现象被称为蛋白质的盐析。当蛋白质溶液中加入某些可溶性盐（如硫酸铵、硫酸钠等）时，蛋白质分子上的极性基团与盐离子结合，使蛋白质溶解度降低而从溶液中析出。但这种沉淀是可逆的，当盐离子被去除后，蛋白质仍然可以溶解。

学生：那盐析有什么用呢？

教师：盐析是一个可逆过程，它不会破坏蛋白质分子的活性。通过多次盐析和溶解，我们可以从混合物中分离和提纯蛋白质。在实际应用中，盐析法常用于蛋白质的初步分离和纯化。

项目实验三：变性

教师：接下来，我们一起探索蛋白质的变性实验。

实验步骤：（1）准备三支试管，各加入2 mL 鸡蛋清溶液，并编号1、2、3 号试管。（2）将1 号试管放入沸水中加热，持续一段时间，观察试管中溶液的变化。（3）向2 号试管中加入几滴硝酸银溶液，观察试管中溶液的变化。（4）向3 号试管中加入几滴乙醇，观察试管中溶液的变化。（5）分别向1、2、3 号试管中加入几滴蒸馏水，观察试管中溶液的变化，并观察产生的沉淀能否溶解。

教师：同学们观察到什么现象？

学生A：1 号试管加热后的鸡蛋清溶液变得浑浊，出现沉淀。

学生B：2 号试管加入硝酸银溶液后，鸡蛋清溶液中产生白色沉淀。

学生C：3 号试管加入乙醇后，鸡蛋清溶液无明显变化。

学生D：加入蒸馏水后，1 号试管中的沉淀不能溶解，而2、3 号试管中的沉淀能溶解。

教师：同学们得出了什么样的结论呢？

学生：蛋白质在热、酸、醇等作用下会发生变性。

学生：变性后的蛋白质在水中不能重新溶解，同时也会失去原有的生理活性，发生了不可逆的变化。

（三）项目拓展：蛋白质的应用与人类生活

教师：同学们，我们通过实验进一步了解了蛋白质的性质。其实，蛋白质在我们生活中有着广泛的应用，你们知道有哪些应用领域吗？

学生A：蛋白质可以作为营养补充剂，为人体提供所需的氨基酸，使人体增强免疫力。

学生B：蛋白质可以用于生物燃料的生产，如乙醇、生物柴油等。

学生C：随着生物技术的发展，未来蛋白质可能会被用于开发更多的新型药物，如针对癌症、艾滋病等疾病的药物。

教师：非常好，蛋白质在未来健康领域的应用前景非常广阔。那么同学们觉得蛋白质在解决环境与能源问题方面有什么样的前景呢？

学生D：我们可以利用蛋白质开发高效的生物燃料，减少对化石燃料的依赖，减轻环境污染。

教师：很棒，这是非常有创意的想法。蛋白质在解决环境与能源问题方面也有巨大的潜力。通过今天的学习，大家对蛋白质的应用有了更深入的了解。希望大家在以后的学习中能够将今天学到的知识应用到实践中去，不断探索生命的奥秘。

三、案例反思

在教学内容方面，本案例以蛋白质相关知识为切入点，引导学生通过实验探究，掌握了氨基酸的基本概念、蛋白质的结构与性质、盐析、变性等知识，提高了学生的实验操作能力和科学探究能力；在教学方法方面，本案例采用项目式教学法，引导学生通过深入实践、有效探索、多维合作等，顺利地完成项目任务，以此有效培养学生的创新精神和实践能力，强化学生的团队协作能力和问题解决能力；在教学效果方面，通过本案例的教学，学生的实验操作能力、科学探究等能力与团队协作能力等得到了锻炼，学生的创新精神、环保意识和责任感也得到了提高。

总体来说，本案例的教学效果较好，但是不可忽视的是，本案例也存在一些问题，有待改进。首先，部分学生对蛋白质的结构与性质理解得不够深入。为了解决这个问题，我应该在讲解知识点时加大力度，通过生动的比喻、直观的图像等方式帮助学生理解。其次，部分实验操作较为复杂，学生可能难以短时间内掌握。为了解决这个问题，我应该在实验课之前进行演示和指导，确保学生熟悉实验操作流程。在实验过程中，我应该及时发现并纠正学生的错误，保证实验的顺利进行。在将来的教学中，我将继续关注学生的学习需求，灵活调整教学方法，以达到更好的教学目的。