指向深度學習的主題式教學的實踐和反思

摘要：以“探秘維生素C”為主題，通過初識維C，再識維C，制備維C，應用維C四個課堂活動，融入高考考點，引導學生進行深度學習。課堂上，打破傳統復習課的知識梳理和題海戰術，培養獲取信息、分析信息、設計方案等方面的能力，提升化學學科核心素養。

關鍵詞：維生素C；深度學習；主題式教學；核心素養

文章編號：1008-0546（2021）12-0045-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.011

*本文系陽江市中小學（幼兒園）教育教學研究立項課題“高三化學二輪復習主題式教學研究實踐”（課題編號：2019KT052）研究成果。

深度學習是指學習者以發展高階思維和解決實際問題為目標，在理解的基礎上，以習得的知識為內容，批判性地學習新的知識和思想，并將它們融入原有的認知結構中，最終形成在情境遷移中解決問題能力的一種學習[1]。

Bernice Gelman認為，主題式教學是指教師根據學情擬定主題，對教學材料創設有意義的連接，設計課堂活動，學生在完成活動的同時獲得知識，再將其所學知識融入到生活現象中，進行探索解釋和創新[2]。

目前高三二輪復習課中，普遍以“知識點呈現—重難點梳理—典型例題剖析—解題方法歸納—變式練習鞏固”的課堂模式展開。該模式條理清晰，環節緊湊，但一節課下來學生頭腦中留下來的是機械記憶的知識和各種解題方法，學生容易陷入題海，并逐漸感到復習的枯燥乏味，難以激發學生學習的主動性和激活學生的思維。而新課標新高考背景下，老師要思考得更多的是如何通過創設真實情境，培養學生利用所學知識分析和解決問題的思維和能力，并提升學科核心素養。而思維能力的培養和學科核心素養的提升在很大程度上需要通過深度學習的主題式教學來實現的[3]。

一、教學思路

2018年教育部頒布的《普通高中化學課程標準》（2017版）的基本理念中提到，以發展化學學科核心素養為主旨，選擇體現基礎性和時代性的化學課程內容，結合學生已有的經驗，引導學生關注人類面臨的與化學有關的社會問題，培養學生的社會責任感、參與意識和決策能力[4]。主題式教學的復習課則是以真實的生活情境或者是科技前沿為載體，讓學生用學過的知識去分析和解決問題，并遷移應用到與其相關的領域上來[5]。而深度學習是在課堂活動中設置培養學生高階思維的問題，再將所學知識遷移到新情境中評價和檢驗學生的能力。可以說主題式教學和深度學習是培養學生思維能力和落實化學核心素養的兩大抓手。維生素C（以下簡稱維C）對人體的健康和在生活中具有重要作用，以其特別的烯醇結構容易引發學生的認知沖突和學習興趣。在高三二輪復習中，筆者以維C為主題，進行了一次深度學習的主題式教學課堂的實踐與反思。教學思路見圖1。

二、教學過程

活動一初識維C

【情境引入】500年前，在人類勇于探尋海洋的大航海時代，有一種疾病卻時刻籠罩著航海家們，那就是壞血病。通過科學家的不斷努力探尋，終于揭開“壞血病”的罪魁禍首，是因為缺乏維C，而對維C的研究和合成，也獲得諾貝爾獎。這節課，我們一起跟著科學家的步伐，來探索曾經神秘的維C。

【提問】圣捷爾吉和霍沃斯因發現了維C而獲得1937年諾貝爾獎[6]。請觀察維C的結構簡式（見圖2）并回答以下問題。

①分子式②水溶性③官能團名稱④能發生的有機反應類型⑤用*標出手性碳

【師】觀察維C的結構，與我們所學的知識是否有沖突？

【生】碳碳雙鍵上直接連羥基的結構是不穩定的，怎么維C可以呢？

【設疑】維C中碳碳雙鍵為什么可以連接羥基？請你根據以下信息進行分析。

信息1：共軛體系是指具有單鍵—雙鍵交替結構的體系，能降低體系能量，使分子更加穩定。

信息2[7]：

【生】反應一在酮—烯醇的互變中，酮在體系中占比大，而烯醇占比很少，因此烯醇結構不穩定。反應二中烯醇式占比更多一些，是因為在分子內形成了氫鍵，且存在共軛體系，使烯醇式變得穩定。反應三K值極大，說明苯酚相對于另一種結構更穩定，原因在于苯環結構的穩定性。

【師】分析得很好。對于苯酚，可能有些同學存在疑問。有資料認為苯環內部的單鍵—雙鍵在快速共振，形成介于單雙鍵之間的特殊的鍵，所以苯環內部也存在著共軛結構[8]。通過分析，維C的烯醇結構能穩定存在的主要原因在于分子內能形成氫鍵和存在共軛體系。

設計意圖：從人類對維C結構的發現，把有機基礎知識和考點進行融合。再由維C獨特的烯醇結構，引發認知沖突，利用信息去分析和解釋維C的烯醇結構可以相對穩定存在的原因。該認知沖突的創設激發了學生強烈的學習欲望和興趣，有助于學生深刻理解烯醇結構在一定條件下能穩定存在，認識到官能團間會相互影響。從中培養學生利用所學知識分析和解決問題的能力，促進深度學習，提升了證據推理的核心素養。

活動二再識維C

【提問】高一學習鐵及其化合物時，我們知道補鐵劑與維C共同服用，有利于補鐵劑的吸收，體現了維C的還原性。維C結構中的哪個官能團具有強還原性？依據是什么？

【生】根據官能團的性質，醇羥基常溫下比較穩定，酒精燈中的乙醇可以直接暴露在空氣中；與碳碳雙鍵相連的兩個羥基應該具有更強的還原性，類比苯酚，常溫下在空氣中易被氧化。

【教師評價】同學們已經有結構決定性質的思維了，維C與苯酚結構相似，所以性質也相似。

【體驗并展示】老師手里有一瓶維C片，請同學來嘗一下它的味道如何？在人教版選修1《化學與生活》第19頁有這樣的表述：維C溶液顯酸性，并有可口的酸味。維C也稱為抗壞血酸，在人體內有重要功能。請觀察維C的結構，你認為是哪一部分結構在表達酸性？依據是什么？

【生】該物質沒有羧基，但具有與苯酚類似的結構，推測應該是連在碳碳雙鍵上的兩個羥基體現酸性。

【師】猜測很合理。查閱資料可知，維C是二元酸，連在碳碳雙鍵上的兩個羥基都具有酸性，但酸性強弱不同。電離平衡常數分別是10-4.2和10-11.6[9]。結合結構簡式（見圖3），請你解釋與C3上-OH的電離平衡常數對比，C2上-OH的電離平衡常數較小的原因。

【生】C2上-OH上的H與羰基上的O形成了分子內氫鍵，使得該羥基上的H相對難電離。

【師】所以氫鍵不僅會影響物質的物理性質，還會影響化學性質。

【提問】如苯酚、維C，與碳碳雙鍵相連的羥基上的氫具有一定的酸性。再比如羧酸、肟、黃原酸等分子，體現酸性的H如圖4所示，我們可以從中建構一個模型嗎

【生】與雙鍵相連的原子上的H具有一定的酸性。

【模型應用】經過查閱信息，等物質的量濃度的尿素和甲胺溶液的pH如下，請運用以上模型，解釋兩者pH差異。

【追問】運用上述模型，那乙酸—CH3上的氫是否具有酸性？請設計實驗方案證明。

【小組活動】思考，辯論，分享，并互相評價，得出實驗方案。

【師】同學們的討論都非常熱烈，大家展示的實驗方案思路大致相同，把乙酸分子中的干擾基團，即羥基或者羥基上的H換成別的基團。這個思路是合理的。老師的想法與大家不謀而合，也提前去實驗室做了鈉與乙酸乙酯（見圖5），鈉與丙酮反應（見圖6）的實驗，并錄了微課，請同學們觀察現象并得出結論。

【生】與雙鍵相連的碳上的氫也具有一定的活潑性，可以與鈉反應。

【師】像以上物質這樣，與醛、酮的雙鍵相連的碳原子上的H具有一定的活潑性，能體現一定的酸性，這種H叫醛、酮的α-H[10]。近幾年的高考題中，對醛、酮的α-H的考查比較頻繁。

設計意圖：學生用所學知識，從維C的結構去推斷表達還原性和酸性的官能團。其中通過對表達酸性的官能團的分析中，步步為營，讓學生自行建構認知模型并設計實驗方案驗證α—H具有一定的活潑性，并與高考進行對接，由此促進了學生深度學習，學生對α—H也有了更深刻的理解。深度學習的課堂，除了追求課堂教學效率，更重要的是培養學生的思維，提升宏觀辨識與微觀探析，證據推理與模型認知的化學核心素養。

活動三制備維生素C

【師】維C對我們如此重要，它主要存在于蔬菜水果中，含量比較少，易被空氣氧化。自然界中的維C遠不能滿足人類的需求，化學的價值就體現出來了，那我們如何通過人工合成呢？

【展示】PPT展示維C的合成方法。該方法是經由中國科學家改良的兩步發酵法，現今國產維C產量占全球產量90%以上。維C合成出來以后，如何測定它的含量呢？

【師】請設計實驗方案，并解決表1中的問題。

設計意圖：維C的制備是由中國科學家進行改良，且國產維C產量占全球產量90%以上，增強學生的民族自豪感，并讓同學們感受到化學知識和技術可以為人類的健康保駕護航。接著再以維C含量的測定為情境，融入高考定量實驗的考點。深度學習的目標，不應僅有抽象的學科知識，還需應用所學知識去解決實際問題，在應用中檢驗出知識的理解程度，提高解決問題的能力。

活動四應用維C

【設疑】人類擁有健康的身體后，就想要追求更美的自己。為了延緩衰老，有人用黃瓜敷臉。學了維C的結構，請同學們思考黃瓜敷面膜抗衰老有效嗎？

【生】抗衰老可能效果不大，因為維C易被氧化，還沒有來得及進入皮膚，它就被氧化了。

【教師評價】同學們已經會從結構和性質的角度來分析問題了。

【過渡】正因如此，護膚品的研發人員就想辦法對維C結構進行改造，上世紀90年代，維C相關產品被應用到各種護膚品中。如某知名品牌通過添加維生素C葡萄糖苷（見圖7）來達到抗衰老的目的。請觀察該物質的結構，評價它改進的優點。

【生】維C中烯醇結構上的羥基被保護，不易被氧化。

【師】對。維生素C葡萄糖苷有多個羥基，是親水物質，而我們皮膚細胞膜的磷脂雙分子層是親脂的，所以此類產品較難進入皮膚。那我們可以從什么方向去繼續改造呢？

【生】在羥基的位置上加親脂的基團。

【師】對的，于是就有了另一種產品——維生素C棕櫚酸酯（見圖8）。這個更容易被皮膚吸收，但依然有缺陷，同學們還可以從什么方向去繼續改造呢？

【生】烯醇結構上的羥基沒有被保護，如果把維C結構中的四個羥基全部酯化，不就可以達到加入親脂基團，又可以保護羥基的目的了嗎？

【師】哇，同學們太棒了，你們已經有了知名品牌的護膚品公司研發人員的思維了。研發人員把維C改造成了維生素C四異棕櫚酸酯（見圖9），該產品相對穩定，又容易被人體吸收。

【展示】2015年某化妝品公司的一則廣告宣傳語是“我們恨化學”，你如何看待？

【生】陷入沉思，并發表觀點。

【師】同學們，從維C結構被發現，到人工合成，再到衍生品的開發，化學帶給了我們健康和美麗，沒有哪一個護膚品是不含化學成分的。相反，利用化學技術可以讓天然的產品變得更適合人體吸收，被人類更高效地利用。我們恨的不應該是化學，而是那些沒有專業素養的，濫用和亂添加一些對人體有害試劑的人。

【教師結語】通過這節課，老師希望同學們認識某種物質時，從微觀結構出發，用專業知識去鑒別產品的優劣；當然老師更希望未來從事化學研究或者研發行業的同學可以用自己的所學，研發出更多更好的產品，為人類服務。

設計意圖：維C的應用是以維C在護膚品中結構的改進展開的，學生對該環節特別感興趣。學生通過引導，從微觀結構去分析與評價護膚品的優缺點，并針對產品的不足，創造性地提出改進方向，充分發展了學生的高階思維。這種理解性和評價性的深度學習，推動本節課達到高潮，學生真正欣賞化學學科的宏微結合與變化平衡之美，也在深度學習下實現知識的高效遷移，提高解決真實問題的能力。最后的環節安排了一個我們恨化學的廣告語，是想跟同學們一起為化學發聲：化學帶給人類價值，卻被誤解，而我們選化學的同學更要站穩立場，要有正確的科學態度；我們化學人要有社會責任，未來從事化學研究的同學更要有社會責任和擔當，我們所學的化學知識和思維是為了更好地為人類服務的。

三、教學反思

本節課選擇維C為主題，通過整合教學資源，將一些事實性化學知識融入問題情境中，成功激發了學生學習化學的興趣，讓學生在知識習得的過程中深度思考，形成化學思維；用化學的眼光去分析和解決實際問題，并樹立正確的科學態度和社會責任，使化學課堂變得更有現實意義。其中所設置的問題的解答需要的知識和思維都是高考的重要考查部分，有利于提高高三的復習備考效率。

實驗探究誘發深度學習。但由于高三學生，時間緊，任務重，所以開設實驗探究課的機會甚微。但是在課堂上，可以讓學生自主設計實驗方案，培養探究精神和嚴密的邏輯思維。而老師在課前或課后根據學生提供的方案提前錄好微課，便于在課堂上提供給學生進行證據推理。

高三二輪復習中采用深度學習的主題式教學模式，對老師的要求比較高，老師在備課的時候需要去閱讀大量文獻，收集資料，擬定主題，創設與生活生產相關的真實情境，激發深度思考；靈活整合教學資源，設計有一定思維深度的問題；挖掘其中可以培養學生化學學科素養的載體，融入到課堂活動中，從而引導學生走向深度學習。這對老師來說很有挑戰性，當然也是提升自身能力的好機會。可以推測現代教學模式關于復習課的主流將是主題式教學，當然這也將是對老師和學生都具有挑戰性的深度教學模式，有利于教學相長。

參考文獻

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[7]曾昭瓊，李景寧.有機化學·上冊[M].北京：高等教育出版社，2004：329

[8]曾昭瓊，李景寧.有機化學·上冊[M].北京：高等教育出版社，2004：148

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[10]曾昭瓊，李景寧.有機化學·上冊[M].北京：高等教育出版社，2004：328