基于“科學探究與創新意識”核心素養的探究教學

姚美霞

摘要：以化學學科核心素養體系培養為目標，從葡萄糖組成、官能團、特征反應、分子結構、反應類型這幾個角度，分別進行模型設計與實驗探究，通過情境、問題、活動和評價這四條主線展開對葡萄糖分子結構的探究教學活動，引導學生在真實的實驗情境下對糖類物質進行類推、遷移，緊緊抓住結構決定性質的思維解決問題，建構研究有機物的一般探究模型與方法，培養學生的“科學探究與創新意識”化學核心素養。

關鍵詞：核心素養;科學探究;創新意識;葡萄糖;分子結構

一、教學設計思想

科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動;能發現和提出有探究價值的問題;能從問題和假設出發，依據探究目的，設計探究方案，運用化學實驗、調查等方法進行實驗探究;勤于實踐，善于合作，敢于質疑，勇于創新[1]。在真實的實驗情境下，將教學目標、內容、方法和學習任務融入在整個教學環節中，有序組織學生根據給出的問題提出可能的假設，依據假設設計實驗方案，與同學合作完成實驗操作，基于實驗事實得出結論，并對實驗中的“異常”現象進行反思、提出自己的看法，逐步建構研究有機物的一般探究模型與方法，培養學生的“科學探究與創新意識”化學核心素養。

二、教學過程設計與實施

2.1?創設情境，驅動學生探究的欲望

圖文介紹化學之父費歇爾及其對糖類研究簡單歷程。從1884年起，費歇爾斷斷續續地花費了10年時間對糖類化合物進行系統地研究，在他的努力之下終于探明了單糖類的本性及其相互間的關系，包括葡萄糖的分子結構。然后拋出問題“假如你是當年的費歇爾，你要如何確定葡萄糖的結構？”

提到有機物的結構研究，學生很快想到質譜法、紅外光譜和核磁共振氫譜，同時他們也馬上意識到200多年前還沒有可以快速確定結構的儀器，只能通過化學實驗探究的辦法來確定結構。

2.2?基于“理論推測—實驗驗證”的探究設計任務與組織[2]

【學習任務1】葡萄糖分子式為C6H12O6，你能否推測葡萄糖分子結構中可能存在的官能團？

【學生】從分子式元素組成和不飽和度可知，葡萄糖分子結構中存在一個環，或者一個雙鍵，剩下的氧原子只能以單鍵的形式存在，推測其可能存在的官能團有：

【學習任務2】設計實驗驗證自己的推測，得出葡萄糖的分子結構，類推葡萄糖的化學性質。

可能存在的官能團實驗操作或選用試劑預測實驗現象實驗現象及結論

在環、碳碳雙鍵、羧基、酯基、醛基、酮基的確定中，學生能考慮到葡萄糖分子只有一個不飽和度，所以它們只能存其一，而羧基、酯基、醛基不受其他官能團的影響，可以通過實驗檢測確定存在與否。于是，我讓學生分成三大組，分別設計實驗對羧基、酯基、醛基存在與否進行探究。以下是學生小組討論得出的方案：

（1）羧基的檢驗

a.往葡萄糖溶液加入適量無水乙醇，滴加幾滴濃硫酸，加熱，若有具有香味的油狀液體產生，證明羧基存在，反之不存在;

b.往葡萄糖溶液加入鐵粉，若有氣體產生，證明羧基存在，反之不存在;

c.測定葡萄糖溶液的pH值。

（2）酯基的檢驗

a.觀察其水溶性便可得出有沒有酯基;

b.往滴有酚酞的氫氧化鈉溶液中加入適量的葡萄糖溶液，加熱，若紅色變淺的，證明酯基存在，反之不存在;

（3）醛基的檢驗

a.配制銀氨溶液，然后加入適量的葡萄糖溶液，水浴加熱，若有銀鏡產生的證明醛基存在，反之不存在;

b.配制新制氫氧化銅，然后加入適量的葡萄糖溶液，加熱，若有磚紅色沉淀產生的證明醛基存在，反之不存在;

學生都能結合羧酸、醛和酯的性質，設計實驗方案。師生一起簡單點評后，讓他們選擇最有特征的一組來進行實驗，他們都不約而同選擇從醛基的驗證著手。

醛基存在與否的檢驗過程中，銀鏡反應和與新制氫氧化銅的反應現象都非常明顯，學生看見自己制造出來的銀鏡都非常開心，其中有一個組在加熱葡萄糖與新制氫氧化銅懸濁液時沒有產生磚紅色沉淀，而是先出現墨綠色沉淀，后沉淀越來越黑。學生對這個實驗中的“異?！爆F象主要得出兩種可能。其一是硫酸銅加多了，以致氫氧化銅受熱分解產生黑色的氧化銅，其二是溫度太高使氧化亞銅迅速被氧化成黑色的氧化銅。對于學生提出的質疑，由于課堂時間的限制，不能即時設計實驗進行驗證。于是，我讓讓學生課后完善實驗方案，后續研究。至此學生實驗探究的喜悅一直延續到課后，他們都滿懷期待著下一次的探究。

醛基確定之后，學生針對羥基和醚鍵的性質差異，提出了兩個方案：一是加入乙酸和稀硫酸，加熱看能否產生具有香味的油狀液體，若有，證明存在羥基;二是看熔融的葡萄糖能否與金屬鈉反應產生氣體，若有證明存在羥基。但由于實驗條件的限制，學生目前所具備的知識并不能完全得出葡萄糖的結構，例如，羥基的數目、碳鏈中有無支鏈。此時，教師展示相應知識點的資料卡片供學生參考。從而得出葡萄糖的分子結構。

【學習任務3】由葡萄糖的結構特點類推葡萄糖具有哪些化學性質？

有了前面的探究，大部分的學生都能順利根據葡萄糖分子中具有的官能團類推出葡萄糖的化學性質，從反應類型到具體的典型反應。類推出葡萄糖的化學性質一方面可以落實葡萄糖的化學性質，另一方面可以發展學生對多官能團有機物性質的認識角度，提升解決實際問題的能力。

2.3?習題反饋，加深靈活利用的能力

課堂反饋形式多樣，筆者根據自己生源特點，設計了幾道有針對性的習題考查學生對多羥基醛這種物質的性質掌握程度，培養在新情境下對糖類物質進行類推、遷移，抓住結構決定性質的思維解決問題的能力。

【習題】

1.鼠李糖是一種甜味劑，可用來測定腸道的滲透性，結構簡式為CH3—（CHOH）4—CHO，下列關于鼠李糖的敘述正確的是（?）

A.與葡萄糖互為同分異構體?D.可以使紫色石蕊試液變紅

C.1mol鼠李糖與足量Na反應時可產生4molH2?B.能發生銀鏡反應

2、下列反應中葡萄糖被還原的是（?）

A、葡萄糖發生銀鏡反應??B、葡萄糖在人體內變成CO2和H2O

C、葡萄糖變成六元醇?D、葡萄糖變成五醋酸酯

3、已知：核糖分子式為C5H10O5，對其進行實驗檢測時，能發生銀鏡反應，1mol核糖與足量Na反應時可產生2molH2，在一定條件下與H2反應生成的產物核磁共振氫譜中有六組峰，且峰面積之比為4：2：2：2：1：1。則：

（1）核糖結構簡式為_____________________

（2）已知相關物質被氧化的順序：?RCHO>RCH2OH>R（R1）CHOH

①試劑Ⅱ最可能是_______，②?A的結構簡式為_________

三、結語

在葡萄糖分子結構的探究中，筆者主要是通過從葡萄糖組成、官能團、特征反應、分子結構、反應類型這幾個角度，分別進行模型設計與實驗探究，通過情境、問題、活動和評價這四條主線展開對葡萄糖分子結構的探究教學活動，引導學生在真實的實驗情境下對糖類物質進行類推、遷移，緊緊抓住結構決定性質的思維解決問題，既能建構研究有機物的一般探究模型與方法。這樣的教學有利于訓練學生的思維，促進學生的反思，加深學生對知識點的理解，同時又能培養學生的科學探究能力和創新意識、從各個途徑獲取信息的能力，使學習達到可持續發展的目的。

參考文獻

[1]?中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）.北京：人民教育出版社，2020.07：4;91.

[2]?宋心琦.?普通高中課程標準實驗教科書：化學選修5?有機化學基礎.?北京：人民教育出版社，2019082AD4F9-3E70-4932-9C3D-3D991B836918