"主題鏈接"問題驅動)促進單元復習知識結構化

滕瑛巧 王星喬 包朝龍 于淑兒

摘要：?提出了“主題鏈接、問題驅動”復習模式及其內涵，并以“釀酒的原料有哪些、原料如何轉化為酒精、為何酒是陳的香、如何殺菌消毒”為主線，設計“釀酒過程中有機化合物的相互轉化”一課，為促進單元復習知識結構化提供了可供借鑒的操作模式和教學案例。

關鍵詞：?主題鏈接;?問題驅動;?有機化合物;?單元復習;?結構化

文章編號：?10056629（2021）07004706

中圖分類號：?G633.8

文獻標識碼：?B

1?教學內容及現狀分析

本課時為人教版必修教材（2019）第七章“有機化合物”單元復習課。本節課復習的重點為糖類、蛋白質的基本性質，構建乙烯、乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、糖類的轉化關系網絡圖，并能結合基本性質及轉化關系對有關飲食、健康等實際問題進行分析、討論和評價[1]。本節課的復習也為第八章“化學與可持續發展”的教學奠定堅實的知識基礎。

通過文獻檢索，現有與必修模塊有機化學復習相關的教學設計，主要有以下幾類：?（1）單元知識的復習融于新知識的探究中，如以苯乙烯和乙苯性質的探究為載體，使新知識與所復習的知識發生實質性鏈接[2];（2）以實驗為載體對有機化學知識進行整合，如通過對乙醇催化氧化、乙酸乙酯的制備、乙酸乙酯的水解3個化學實驗中的裝置設計、試劑選擇、操作及現象等要素的討論，將乙醇、乙醛、乙酸及乙酸乙酯的相關性質進行歸納梳理[3];（3）以社會生活中的問題解決為載體，用所學的知識解釋和說明一些常見的生活現象和物質用途[4]。綜上，已有文章從不同視角開展有機物的復習教學，強化了知識結構、觀念和方法等，本文以“釀酒”作為該單元復習的情境載體可為素養為本的有機化學教學提供新的視角。

2?教學思想與創新點

“主題鏈接，問題驅動”復習模式指的是以化學學科核心素養為指引，在充分研究課程標準要求的基礎上，選擇與化學相關的某一主題（一種物質、一則新聞、一幅圖片等）鏈接復習內容的知識、方法、素養，精心設計問題鏈，驅動學生運用化學學科思維方式和方法解決實際問題，在問題解決過程中實現知識的結構化與思維能力的提升。

2.1?教學主題精選

主題是教學情境的承載體、知識能力的生長樹、思維活動的聚集點，主題的選擇應體現真實性、貼近性、綜合性等特點[5]。選取“釀酒過程中有機化合物的相互轉化”這一學習主題，一方面它來源于生活實際，與素養為本教學所倡導的“真實情境下的問題解決”相契合，承載了化學學科多維度素養培養目標;另一方面，它為糖類、蛋白質的基本性質的復習及乙烯、乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、糖類、蛋白質的知識網絡建構提供了載體，促進了知識的結構化。

2.2?問題設置精心

在單元復習中情境、問題和任務三位一體，三者之間以及各問題之間具有明顯的邏輯關系和結構化特征。通過對有關科技文獻的檢索以及教學內容的改造重組，以“釀酒的原料有哪些→原料如何轉化為酒精→為何酒是陳的香→如何殺菌消毒”等精心設計的問題鏈作為教學主線，以此激發、推動、維持、強化和調整學生的認知活動、情感活動和實踐活動，培養學生的高階思維能力，與此同時實現素養的提升[6]。

2.3?板書設計精美

如圖1所示，本節課的板書設計體現如下特點：?（1）建構性：?將乙烯、乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、糖類等物質之間的相互轉化關系這一核心內容融合其中，以問題為載體，驅動學生主動構建相關知識網絡，使學生形成良好的知識結構;（2）應用性：?本節課圍繞釀酒過程這一主線建構板書，凸顯了知識的結構性和應用價值，便于學生理解;（3）條理性：?簡潔、明了地展示了本節課復習要點，板書虛線的左側是常見的天然高分子化合物，右側是小分子化合物，條理性強。

3?教學目標

（1）?能夠說出糖類、蛋白質、氨基酸的物理性質和化學性質，會書寫與化學性質相關的化學方程式。

（2）?通過釀酒過程實際問題的解決，構建乙烯、乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、糖類的轉化關系網絡圖，會書寫相關反應的化學方程式，能從有機化合物及其性質的角度對有關飲食、健康等問題進行分析、討論和評價。

（3）?能設計淀粉糖化程度監測的模擬實驗方案，與同學合作完成實驗操作，客觀進行記錄，對實驗現象作出解釋。

4?教學流程

教學流程設計如圖2所示。

5?教學過程

5.1?釀酒原料的探究——糖類的物理性質

[師]這節課我們將通過釀酒過程的系統研究來復習有機物相關內容。酒的種類有很多，同學們知道哪些？

[生]白酒、啤酒、葡萄酒、黃酒等。

[師]（展示實物）這些酒是如何釀造的呢？

[提供信息]酒的釀造過程如下。

白酒：?多以高粱、大米、玉米等含淀粉物質為原料，第1步是用米曲霉、黑曲霉、黃曲霉等將淀粉水解成葡萄糖，稱為糖化過程;第2步由酵母菌再將葡萄糖發酵產生酒精。

葡萄酒：?選擇成熟的葡萄，將擠出的葡萄汁濾到罐或缸里，靜置12～20個小時，取上層清液進行發酵。經過兩晝夜，葡萄汁開始發酵，可以嗅到酒香味。

啤酒：?將經過滅菌的麥芽汁（含麥芽糖）在酵母菌作用下發酵，就得到鮮啤酒。鮮啤酒中含有一定量的酒精。

[提問]上述釀酒的原料中涉及到哪些糖類物質？

[生]淀粉、葡萄糖、麥芽糖。

[師]非常好。常見的糖類還有蔗糖、纖維素，請同學們回憶糖類的物理性質，并思考如何鑒別這些糖類？

[生]綜合顏色、狀態、水溶性、甜味等物理性質及還原性等化學性質提供鑒別方案（葡萄糖、麥芽糖從中學角度來看不易鑒別）。

設計意圖：?以酒作為復習載體，目的在于引導學生主動關注生產生活中的化學物質，激發學生的學習興趣。通過信息提示迅速將學生的注意點引到釀酒原料——糖類性質的回顧與利用中。

5.2?從糖類到酒精的探究——糖類的化學性質及檢驗

[過渡]釀酒的原料是糖類，獲得這些原料之后就可以進行糖化與發酵過程。糖化是指原料中的淀粉、麥芽糖等通過各種水解酶的作用，使之水解為葡萄糖并溶解于水的過程[7]。請同學們寫出麥芽糖、淀粉糖化過程涉及的水解反應的化學方程式。

[生]兩位學生上臺板演方程式：

[師]引導學生評價：?書寫此類方程式需注明C12H22O11所對應的具體物質及反應的條件。

[過渡]糖化過程中釀酒師要監測淀粉等水解反應進行的程度。如果你作為釀酒師，如何設計實驗檢驗淀粉是否發生水解及其水解程度？

[活動與探究]設計監測淀粉水解程度的實驗方案。

試劑：?淀粉水解液、碘水、10%氫氧化鈉溶液、5%硫酸銅溶液、2%硝酸銀溶液、2%稀氨水、pH試紙

[小組合作]討論實驗方案，畫出流程圖，完成實驗。（教師巡視）

[師]哪個小組愿意分享你們的成果？請展示流程圖及實驗現象與結論。

[組1]見圖3。

用碘水檢驗淀粉，若有淀粉，溶液會變藍色。用銀氨溶液檢驗水解產物葡萄糖。水浴加熱下，若有葡萄糖會產生銀鏡。我們小組觀察到現象1中溶液變藍、現象2中有銀鏡生成，說明淀粉部分水解。

[組2]我們用新制Cu（OH）2檢驗葡萄糖，直接加熱，產生磚紅色沉淀。

[師]非常好，兩種方法都可以。為什么要加NaOH中和呢？

[生]水解液顯酸性，而檢驗葡萄糖要在堿性環境中。

[師]糖化過程進行完全之后接下來的步驟就是發酵，在酒化酶的作用下，將葡萄糖轉化成酒精。請同學們書寫化學方程式。

[生]……（略）

設計意圖：?通過糖化過程引出糖類的水解，強化化學用語表達的規范意識。“監測淀粉水解程度”實驗，完全由學生自主設計方案，動手操作實驗，在教師引導下進行成果分享和小結，既增強了探究活動的開放性，也是讓學生調用已有知識解決問題，達到復習的效果。

5.3?為何酒是陳的香——簡單有機化合物的相互轉化

[提供信息]新釀造的酒刺激性大、氣味不正，往往帶有新酒味。然而新酒經過一定時期的貯存，就會驚奇地發現，酒體變得醇香四溢，口感綿軟，非常好喝，正所謂“百年陳酒十里香”。

[設問]為什么酒是陳的香？

[生]應該生成了酯。乙醇被氧化成乙醛，再氧化成乙酸，乙酸和乙醇生成乙酸乙酯。

酒香是酒中多種酯的混合體造成的。

書寫化學方程式。

[過渡]釀酒中乙醇是葡萄糖轉化來的，工業上生產乙醇還有其他方法嗎？畫出流程圖。

[生]乙烯水化法。

[師]補充催化氧化法，形成圖4。

[師]以乙烯為起始原料，制備乙酸乙酯理論上有多條可能的合成路線。在實際生產中，你會選擇哪一條路線呢？

[生]乙烯直接制乙醇、乙酸，然后酯化，這樣步驟少。

[師]合成步驟確實是重要的考慮因素之一。酯化法成熟、收率高，但也存在成本高、設備腐蝕性強等缺點，在國際上屬于被淘汰的工藝路線。相比較，乙醛縮合法、乙烯加成法和酯化法具有一定優勢。

[提供信息]乙醛縮合法、乙烯加成法和酯化法的原理及成本對比（見表1）。

[小結]在選擇、設計合成路線時要綜合考慮原料來源、反應物利用率、反應速率、設備和技術條件、生產成本、是否有污染物排放等。

設計意圖：“為什么酒是陳的香”這一問題設置的目的在于構建乙烯、乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、糖類的轉化關系網絡圖。通過對乙酸乙酯多條可能的合成路線的評價以及乙醛縮合法、乙烯加成法和酯化法等生產工藝的了解，旨在發展學生解決實際問題的能力、拓展學生的視野，且認識到實際工藝路線選擇的復雜性。

5.4?如何殺菌消毒——蛋白質、氨基酸的主要性質

[過渡]酒的釀制看似也不難，正好暑假期間老師在家中動手嘗試做了葡萄酒。

[展示]釀酒過程及結果。

[師]從市場上挑選上等的葡萄，全家總動員，粒粒甄選，再用鹽水泡一泡，晾干之后將葡萄搗碎，裝瓶發酵。一個月后，結果如何呢？唉，失敗了，長白毛了！散發出一股酸臭味！浪費了那么多好葡萄。你認為可能是什么原因導致的呢？

[生]沒有密封好，其他細菌進去了，發霉了。

[追問]如何防止？

[生]可以噴灑一些物質使蛋白質變性，葡萄酒是食品，噴灑酒精是最佳選擇。

[提供信息]百度百科：?釀酒。“……葡萄酒釀造過程中可在葡萄上噴灑一點食用酒精……”。

[師]噴灑酒精確實可以起到隔絕空氣、殺菌消毒的作用。接下來我們通過實驗來看看這瓶食用二鍋頭能否真的使蛋白質變性？

[活動與探究]食用酒精殺菌消毒[試劑：?二鍋頭（56度）、雞蛋清、蒸餾水]。

[實驗現象]取新鮮雞蛋清，倒入二鍋頭，攪拌，出現白色沉淀。加水后，沉淀不溶解。

[師]食用酒精果然能使蛋白質變性。醫學上通常用酒精殺菌消毒，醫用酒精是體積分數為75%的酒精。

[師]蛋白質主要性質是變性和鹽析。使蛋白質變性的物質有哪些？使它鹽析的物質有哪些？

[生]發生變性的物質有：?強酸、強堿、重金屬鹽溶液、福爾馬林、紫外線、酒精、加熱;發生鹽析的物質主要是濃的輕金屬鹽溶液。

[師]蛋白質的變性和鹽析有什么區別？

[生]變性不可逆;鹽析加水可以恢復。

[過渡]蛋白質是生命的物質基礎、構成細胞的基本有機物、生命活動的主要承擔者，可以說沒有蛋白質就沒有生命。所以人體每天都要攝取蛋白質，蛋白質進入人體中會轉化為什么物質呢？

[生]氨基酸。

[師]蛋白質能水解得到氨基酸，氨基酸有什么官能團啊？具有什么樣的性質？

[生]羧基和氨基，具有兩性。

[師]羧基和氨基連在同一個碳上的氨基酸稱為α氨基酸。氨基酸在人體中可以轉化為人體所需的蛋白質，人體可以通過攝入蛋白質補充氨基酸，其實在啤酒、黃酒中也含有大量人體必需的氨基酸，因此適度飲酒有益于身體健康。

[小結]本節課我們圍繞釀酒過程復習了糖類、蛋白質、氨基酸以及簡單有機物的合成，請同學們重點掌握簡單有機物的相互轉化、葡萄糖的檢驗原理和方法、蛋白質和氨基酸的結構特點和性質。

設計意圖：?本環節利用自釀葡萄酒失敗的經歷引出殺菌問題，自然過渡到蛋白質性質。百度百科等資料及“活動與探究”佐證了學生的想法：?噴灑食用酒精進行殺菌。最后指出“啤酒、黃酒中也含有大量人體必需的氨基酸”，再一次呼應了本節課的主題，使學生能從有機化學視角對有關飲食、健康等實際問題進行分析、討論和評價。

6?教學反思

“主題鏈接，問題驅動”教學模式在復習課中的應用關鍵在于情境素材的選取和學習任務的設計，讓學生在真實問題解決過程中回憶、重組已有知識，實現知識的結構化和遷移運用，從而提升化學學科核心素養。本節課創設了現實生活中學生熟悉且感興趣的“釀酒”這一真實情境載體，整節課學生思維一直處于活躍狀態，達到了預期教學效果。當然，本節課也存在蛋白質、氨基酸相關內容的教學過于瑣碎、思維容量不足等問題。建議可以嘗試展開討論：?為何淀粉、蛋白質作為營養物質可以提供人體所需的能量，而纖維素不行？由此我們可以夢想是否有一天人類也可以像合成具有生命活力的結晶牛胰島素一樣人工合成纖維素酶。學生的思維并不以本節課的結束而結束，而是給學生未來的科學探究和創造埋下種子。

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）[S].?北京：?人民教育出版社，?2018：?21～23.

[2]張曉云.?“化石燃料與有機化合物”復習課的教學創新與反思[J].?化學教育，?2017，?（11）：?43～47.

[3]章偉鋒，?包朝龍.?基于實驗應用的化學知識體系建構[J].?中學化學教學參考，?2017，?（7）：?41～43.

[4]陳孝鋒.?從生活走近化學，?從化學走向生活——以“食品中的有機化合物”復習為例[J].?化學教與學，?2015，?（5）：?85～86.

[5][6]滕瑛巧，?王星喬等.?“主題鏈接，?模型建構”促進浙江選考化學實驗有效復習[J].?化學教學，?2018，?（6）：?48～54.

[7]陳威巍.?我國釀酒新工藝的研究進展[J].?當代化工研究，?2018，?（8）：?159～160.

[8]王祖浩主編.?普通高中課程標準實驗教科書·化學2（第5版）[M].?南京：?江蘇教育出版社，?2014：?81.

[9]李雄.?幾種工業乙酸乙酯制備方法的技術經濟對比[J].?石油化工技術經濟，?2002，?（1）：?19～22.