基于核心素養的教學設計
——“以甜酒中的化學”為例

董文輝 林 祥 徐浩年

（1.池州市林祥名師工作室 安徽 池州 247000；2.池州市第六中學 安徽 池州 247000；3.安徽省霍邱縣第一中學安徽 霍邱 237400）

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》指出:重視開展“素養為本”的教學，倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力［1］。本文以“甜酒中的化學”為例，研究如何在化學教學中基于真實的問題情境培養學生的化學核心素養。

二、內容分析

本節課所講述的內容是人教社2019 版化學選擇性必修3 第四章生物大分子第一節糖類中的淀粉［2］。這部分內容有以下特點。一是淀粉與生命活動密切相關，因此教材在每一節的開始，都以該類有機化合物在自然界中的存在方式和在生命活動中的作用作為引言，引出本節的教學內容。二是教材基于“結構決定性質、性質決定用途”的化學觀念組織學習內容。但由于淀粉結構的復雜性，基于官能團、化學鍵與反應類型認識有機物的一般思路在本節內容上的編排上體現得并不明顯。三是教材遵循由簡單到復雜的順序安排學習內容。由于多糖是單糖的縮聚產物，故教材先介紹了葡萄糖等小分子物質，再依次介紹不同聚合程度的產物，如蔗糖、麥芽糖、淀粉等。教材根據生物大分子的構成規律，引導學生從不同層次來認識物質，從化學角度來解釋生物功能，體現了具有化學學科特征的認識視角與學習視角。“糖類”的教學貫穿初高中，但不是高考考查的重點知識，但承載著重要的育人價值［3］。

三、素養目標

1.教學目標

（1）了解“甜酒”的制作過程。

（2）認識淀粉的結構，掌握淀粉的典型性質，深化對多官能團有機化合物中醛基性質的認識。

（3）了解淀粉與葡萄糖的關系，認識葡萄糖、淀粉在人體內的重要生理功能，體會化學對健康生活的指導意義。

（4）知道淀粉在食品加工等方面的應用，能對糖類相關的社會性議題做出有科學依據的判斷、評價，培養科學態度與社會責任。

2.評價目標

（1）通過對淀粉水解產物的性質的預測，診斷并發展學生的類比遷移能力；

（2）通過甜酒轉化為糖和酒轉化關系模型的構建，發展學生對模型的理解和應用能力；

（3）通過認識葡萄糖、淀粉在人體內的重要生理功能以及討論糖類相關的社會性議題，診斷并發展學生運用已有知識和方法多角度分析問題的能力。

四、基于核心素養的教學設計思路

五、教學實錄

環節一：品嘗“甜酒”

情境一:展示“甜酒”，如圖1和圖2。

圖1 甜酒

圖2 甜酒配料表

圖3 葡萄糖試紙檢測葡萄糖

圖4 酒度計測量乙醇

圖5 淀粉

【任務一】品嘗“甜酒”和糯米飯，猜測可能含有的物質。

【問題1-1】“甜酒”中可能含有什么物質？

【學生】“甜酒”吃起來香甜，有酒味，糯米飯沒有甜味，甜酒中可能含有葡萄糖和乙醇。

【問題1-2】根據前面我們所學的知識，如何檢驗葡萄糖和乙醇？

【學生】用新制的氫氧化銅或銀氨溶液檢驗葡萄糖中的醛基，用灼熱的銅絲或重鉻酸鉀溶液檢驗乙醇中的羥基。

【學生】葡萄糖中也有羥基，故不能用灼熱的銅絲和重鉻酸鉀溶液檢驗乙醇。

【教師】生活中用葡萄糖的試紙檢驗是否含葡萄糖，用酒度計檢驗果酒中酒精的度數。

教師演示實驗1:

用葡萄糖試紙（尿糖檢測專用）檢測葡萄糖，用酒度計測量乙醇。

（設計意圖：通過糯米酒的原料，品嘗煮熟的糯米飯和“甜酒”，對比、判斷甜味物質是葡萄糖，而不是淀粉本身，構造真實生活情境，培養學生“宏觀辨識與微觀探析”這一核心素養）

環節二：從宏觀和微觀兩個視角認識淀粉。

情境二:播放“甜酒”制作視頻。

【任務2-1】觀看“甜酒”制作視頻，了解“甜酒”制作流程。

【問題2-1】糯米是怎么產生葡萄糖和酒的呢？

【學生】糯米通過蒸煮糊化，在酒曲的作用下產生葡萄糖，葡萄糖在酵母菌的作用下產生乙醇。

【任務2-2】糯米的主要成分為淀粉，了解淀粉的結構。

【素材】展示淀粉圖片。

【學生】白色的粉末。

【問題2-2】糯米的主要成分為淀粉，淀粉為什么會產生葡萄糖呢（結構決定性質，我們就來看一下它的結構）？

【教師】請先畫出葡萄糖的環狀結構。

【教師】葡萄糖的環狀結構中含有什么官能團？又有什么性質呢？

【學生】含有羥基，可以發生氧化反應，取代反應，分子間脫水生成醚。

【教師】前面學習了乙醇的分子間脫水生成乙醚，動手畫一畫環狀的葡萄糖單元連接的樣子。

【學生】草稿紙上畫結構。

【素材】展示淀粉的結構圖片，如圖6。

圖6 直鏈淀粉和支鏈淀粉

圖7 淀粉水解流程圖

【教師】淀粉是由許多個葡萄糖（六碳糖）脫水而成，其中1 號碳上的羥基和4 號碳上的羥基脫水形成α-1，4 糖苷鍵，稱之為直鏈淀粉。除了形成α-1，4 糖苷鍵以外，1 號碳上的羥基和6 號碳上的羥基脫水形成α-1，6糖苷鍵，稱之為支鏈淀粉。

【問題2-3】為什么淀粉的分子式為（C6H10O5）n呢？

【任務2-3】掌握淀粉水解原理。

【教師】觀察淀粉的結構，看看其中含有什么官能團？可能含有什么性質？

【學生】醇羥基和醚鍵，可以發生酯化反應、氧化反應、消去反應。醚鍵在一定條件下會發生斷裂生成醇。

【教師】淀粉結構中的醚鍵斷裂從而生成葡萄糖。

【問題2-4】寫出淀粉轉化為葡萄糖的化學方程式。

【問題2-5】寫出葡萄糖轉化為乙醇的化學方程式。

（設計意圖：知道通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型）

環節三：探究淀粉性質

情境三:我們知道了淀粉的結構，那么糯米制甜酒就是在酒曲的催化下破壞了淀粉的糖苷鍵產生了葡萄糖，那么今天老師沒有帶來酒曲，帶來了淀粉酶和稀硫酸，能不能通過淀粉產生葡萄糖呢？

教師演示實驗2:

取兩支試管分別加入2 mL 淀粉溶液，一份加入2 g淀粉酶，另一份加入2 mL稀硫酸加熱。

【任務3-1】用所學知識幫助老師判斷淀粉水解程度。

【學生】預測可能有三種情況:淀粉未水解；淀粉部分水解；淀粉完全水解。

【問題3-1】淀粉水解了如何檢驗？未水解如何檢驗？

【學生】水解之后產生的葡萄糖用新制的氫氧化銅或銀氨溶液檢驗，未水解的淀粉可以用碘水檢驗。

【教師】畫出淀粉水解可能流程圖。

【活動3-1】學生思考交流，動手實驗。

結論:加了淀粉酶和稀硫酸的淀粉都是部分水解。

【任務3-2】掌握淀粉水解實驗的關鍵。

【問題3-2】為什么要調節pH 為堿性再加新制的氫氧化銅？可不可以直接加新制的氫氧化銅？能否在淀粉水解液調至堿性后滴加碘水檢驗淀粉？

【學生】淀粉溶液中加了稀硫酸水解后稀硫酸過量，會與氫氧化銅反應從而干擾葡萄糖的檢驗，碘能與氫氧化鈉反應，所以不能在淀粉水解液調至堿性后滴加碘水檢驗。

【問題3-3】甜酒中糯米水解程度如何呢？

【學生】向甜酒中加入碘水，碘水變藍。前面已檢測出含有葡萄糖，故甜酒中的糯米也是部分水解。

【任務3-3】探究不同淀粉與碘的反應。

【教師】今天帶來了四種淀粉，是不是遇碘都變成藍色呢？

【活動3-2】學生自主實驗探究不同淀粉遇碘后的顏色。

學生實驗3:

分別取2 g 玉米淀粉、木薯淀粉、小麥淀粉、可溶性淀粉于四支試管中（事先準備好放在四支試管中），然后分別滴加1~2 滴碘水，振蕩試管，觀察顏色如圖8。

圖8 滴加碘水后的顏色

圖9 淀粉與碘形成絡合物示意圖

【問題3-4】不同的淀粉遇碘為什么會變成不同的顏色？

【活動3-3】學生思考交流。

【素材】直鏈淀粉的結構并非直線形，而是分子內氫鍵使鏈卷曲成螺旋狀，碘分子鉆入螺旋空隙中形成復合物［4］。當用碘溶液進行檢測淀粉時，直鏈淀粉液呈現深藍色，吸收碘量為19%~20%，而支鏈淀粉與碘接觸時則變為紫紅色，吸收碘量為1%。

［設計意圖：通過科學探究（提出問題—科學預測—進行實驗—得出結論）的一般思路，培養學生“科學探究與創新意識”這一核心素養］

環節四：“甜酒”品質把控

情境四:四個小組分別展示自制的“甜酒”，分享交流、討論哪組“甜酒”最好吃。

【學生】第一小組的“甜酒”不甜，第二小組的“甜酒”最好吃，第三小組的“甜酒”酒味太濃，第四小組的“甜酒”有點發酸。

【教師】為什么四個小組制作的“甜酒”吃起來口感會不一樣呢？與制作過程有什么關系呢？

【活動4-1】學生交流后回答。

【學生】“甜酒”不甜可能是發酵的時間不夠或者是酒曲放少了，“甜酒”發酵時間長會導致淀粉水解的葡萄糖繼續發酵轉化為乙醇，從而覺得酒味太濃。如果繼續發酵乙醇就會在酶的作用下繼續轉化為乙酸，從而導致“甜酒”發酸影響口感。

【總結】好吃的“甜酒”應該是葡萄糖和乙醇的控制，時間少了糯米水解程度不夠導致“甜酒”不甜，時間長了糯米發酵過度從而太甜，也會讓乙醇發酵生成乙酸，從而讓“甜酒”發酸。所以我們要控制糯米的發酵時間，“甜酒”好了之后我們應該放在冰箱冷藏讓它停止發酵，這樣我們就可以吃上可口的“甜酒”。

（設計意圖：能對生活中的化學問題做出正確的判斷，把化學知識與社會責任感的形成融為一體，體現了化學課程在幫助學生形成必備品格和關鍵能力中所發揮的作用）

六、教學反思

本節課以品嘗“甜酒”為引，引發學生思考回答“甜酒”中可能含有哪些物質。沿著科學探究:“提出問題—設計方案—進行實驗—得出結論”的一般思路進行探究“甜酒”中的物質。通過“甜酒制作視頻”引入本節課學習的重點——淀粉。從宏觀感知生活中隨處可見的淀粉到微觀了解淀粉的結構，依據結構決定性質，學習淀粉水解產生葡萄糖的本質從而突破這一難點知識。現場幫助老師判斷淀粉水解程度這一真實情境，通過“提出假設—設計方案—驗證假設—得出結論”這一探索事物的一般方法掌握淀粉水解程度知識。從而落實“科學探究與創新意識”這一核心素養。課堂中學生通過不同淀粉與碘反應的現象與學生已有知識（淀粉遇碘變藍）產生認知沖突，讓學生了解淀粉遇碘變藍的本質。最后通過不同小組展示自釀的“甜酒”提高學生化學科學意識和社會責任。考慮到課堂上時間的關系對有些知識進行了取舍，比如麥芽糖、多糖、雙糖、單糖的學習。