傳統小吃融入中學化學的教學設計

摘" "要：以閩南特色小吃“土筍凍”創設探究背景，圍繞土筍凍以凝膠態存在的原因進行探究式教學。教學從真實問題出發，設計了“土筍凍形成原因—氫鍵的概念—土筍凍中的氫鍵—久制土筍凍變質”四個子任務，從而幫助學生理解掌握氫鍵的知識點。課程將學科知識與真實情境相結合，使得學生在解決真實問題的過程中，發展了學生的證據推理與科學態度，培養學生的化學學科核心素養。

關鍵詞：高中化學；氫鍵；特色小吃；探究式教學

1" 教學主題內容與教學現狀分析

1.1" 教學主題內容

“氫鍵”是蘇教版高中化學選擇性必修2《物質結構與性質》專題3第四單元第二節的內容。本節課是新授課的第1課時，主要內容包括：（1）理解氫鍵的概念并掌握其形成的條件；（2）了解氫鍵對物質性質的影響，并分析土筍凍中的氫鍵類型。

1.2" 教學現狀分析

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確提出化學課程應發展學生的化學學科核心素養，而傳統的教學以知識點的掌握為核心，忽視知識學習過程中真實情境的創設和知識應用于真實情境的問題解決能力的培養，不能有效培養學生的核心素養[ 1 ]。由此可見，教師應善于根據知識內容創設合理且真實的教學情境，引導學生利用知識解決問題。圍繞“土筍凍”創設情境，在教學中引導學生思考并解決真實問題，從而發展學生的核心素養。

學業方面，課標要求在氫鍵教學中，學生需要掌握氫鍵的概念及其對物質性質的影響[ 2 ]。傳統氫鍵的教學往往以第六主族元素的氫化物的沸點變化作為課堂導入，學生在產生認知沖突后激發對本節內容的興趣。但是由于氫鍵的概念較抽象，學生往往較難很好地掌握氫鍵的知識。

本節課從生活中的傳統小吃入手，拉近了學生與化學的距離，使學生的學習從宏觀的具體事物到微觀的分子間作用力，學生在真實的情境中學習氫鍵的概念就不會過于晦澀難懂。同時學生在本節課之前也學習了金屬鍵、共價鍵、離子鍵、分子間作用力等概念，具備了一定知識基礎來分析問題，但是仍缺乏將所學知識應用于具體事物的能力[ 3 ]。通過本節課的學習，能夠幫助學生更好地掌握氫鍵的相關知識，并發展學生將知識應用于分析解決問題的能力。

2" 教學目標

（1）以土筍凍的制作作為課堂情境，學生可以從宏觀到微觀的角度對氫鍵進行理解，掌握氫鍵的概念及其形成條件。

（2）通過探究土筍凍中的氫鍵類型，聯系生物知識合理分析探究，培養學生的證據推理能力并加強不同學科間知識的聯系。

（3）通過展示鄰羥基苯甲酸及對羥基苯甲酸等物質的熔點，掌握氫鍵對物質性質的影響。

（4）通過探究久制土筍凍為何會化為水，從真實情境出發培養學生的科學探究能力和科學態度。

3" 教學理念及設計思路

3.1" 教學理念

3.1.1 教師教學應在真實情境中進行

2021年高考廣東卷化學試題，發現試卷命題的背景材料以“真實應用性問題情境”為載體的試題分值高達試卷總分的80%[ 4 ]。由此可以看到高考已對學生能夠解決真實問題提出了要求，如何使學生在日常的學習中掌握解決真實問題的能力就是當今教師需要解決的問題，其中一個方法為教師可以在日常的教學中以真實情境為背景展開教學。

本節課的核心知識點為氫鍵，較為抽象，如果沒有建立好宏觀事物與微觀作用力的橋梁，掌握該知識點就相對困難或者學生最后只能達到一個記憶的層面，無法很好地深入理解氫鍵的概念。土筍凍作為地方小吃，閩地學生往往不會陌生，這也就很好地打破了學生對陌生且抽象知識的畏懼心理。2017年版的《普通高中化學課程標準》中提出，應充分挖掘中國優秀傳統文化中的化學知識，并使其融入化學教學中[ 5 ]。因此在化學教學中教師可以利用傳統文化或小吃創設真實情境，這既能發揚傳統文化又能激發學生學習興趣。

3.2.2 教學中教師應善于提出驅動性問題

教學實踐表明，能夠反映問題實質的、符合學生認識發展規律的驅動性問題鏈能夠促進學生認識的發展[ 6 ]。新課標提出學生應培養“證據推理”“實驗探究”“科學態度”等核心素養，本節課通過圍繞“土筍凍”提出驅動性問題來引發學生思考，進而鍛煉學生的思維，發展其核心素養。例如提出“土筍凍中的氫鍵類型”的驅動性問題，學生在對問題進行思考和分析的過程中，對氫鍵的知識點已經達到了理解的水平，完成了本節課的教學目標。

驅動性問題鏈的使用能夠促使學生深入思考，在產生認知沖突和解決沖突的過程中使認識得到發展[ 7 ]。在目前高考對學生的素養加大考核的大背景下，需要學生擁有分析問題和解決問題的能力，教師在日常教學中需要向學生提出驅動性問題使學生的能力得到鍛煉，發展學生的化學學科核心素養。

3.2" 設計思路

本次教學設計的教學理念為創設真實情境，通過向學生提出驅動性問題來培養學生學科核心素養。具體實施：課前圍繞“土筍凍”創設真實情境并提出驅動性問題“土筍凍以凝膠態存在的原因”，由此激發學生的學習興趣并活躍其思維；之后教師補充關于氫鍵的相關定義讓學生總結氫鍵形成的條件，發揮了學生在課堂的主體性，從而更好地掌握知識點；接著向學生提出“土筍凍中的氫鍵類型”的問題，鍛煉學生思維并分析氫鍵對物質物理性質的影響；最后提出“土筍凍變質的原因”的問題，引發學生思考并進行探究，在整個教學過程中學生思維得到了鍛煉，培養了證據推理及科學探究的核心素養。

4" 教學流程

本節課創設了四個教學活動并分設了情境線、問題線、活動線、方法線、評價線等幫助學生理解氫鍵的概念并應用知識解決問題，具體教學流程見圖1。

5" 教學過程

5.1" 引入氫鍵的概念

[創設情境] 教師介紹閩南特色小吃土筍凍，并通過多媒體介紹土筍凍的制作流程（土筍凍的制作流程是以口革囊星蟲為原料，經過煮制熬汁、冷卻凝結而成的凍品），請學生思考：為什么土筍凍最后會成凝膠狀？

[學生猜測] 可能是在加工過程中形成了某種作用力。

[教師引導] 在前面的學習中，我們學習了分子間作用力、金屬鍵、離子鍵、共價鍵，那這里的作用力是否是其中之一呢？

[學生分析] 口革囊星蟲的主要成分為蛋白質，經過工序處理后會分解生成氨基酸，那么就可以排除金屬鍵的可能性，而其中存在陰陽離子的可能性較低，因此也排除掉離子鍵的可能。那么這種作用力很有可能是分子間作用力或共價鍵。

[教師點評] 其實這種作用力是除范德華力之外的另一種分子間作用力，稱為氫鍵。氫鍵是氫原子與電負性較大的原子形成共價鍵后，再與另一個電負性較大原子形成的一種分子間作用力[ 8 ]。需要注意的是，雖然氫鍵名字里含有“鍵”，但仍屬于分子間作用力，其強度遠小于化學鍵。

5.2" 氫鍵的表示方法和形成條件

[教師提問]氫鍵的形成是指當H原子與電負性大的、半徑小的原子X形成共價鍵（X-H）時，由于鍵的極性很強，共用電子對強烈地偏向于X原子一邊，使H原子的核幾乎“裸露”出來。這個半徑很小的氫核能吸引另一個分子中電負性大的X（或Y）原子的孤對電子而形成聚集體[ 9 ]。那么請同學們思考，我們在之前的學習中有遇到哪些電負性較大的元素呢？

[學生回答] N、O、F。

[教師提問] 請同學們結合剛剛提到的信息來總結氫鍵的形成條件。

[學生回答] （1）需要有與電負性大的原子相連的H；（2）在H原子附近有電負性大的原子。

[教師總結] 氫鍵的常見表示方式為X-H···Y，其中X和Y為N、O、F等電負性較大的非金屬原子。

5.3" 探究土筍凍中氫鍵的形成及其對熔沸點的影響

[教師提問]那么為什么土筍凍在制作過程中會形成氫鍵？同學們可以結合高中生物的知識進行思考。教師提供氨基酸的結構簡式作為資料補充，見圖2。

[學生回答]可能是蛋白質在制作過程中分解成氨基酸，通過氨基酸的結構通式看到氨基酸有電負性較大的原子（N、O以及R基中也可能存在電負性大的原子），可能是這些原子與氫原子相連形成的氫鍵。

[教師提問] 那么在土筍凍中可能存在哪些氫鍵？

[學生回答]

猜想1：氨基酸與氨基酸可能形成N-H···N、N-H···O、O-H···O、O-H···N，同時氨基酸通式中的R基也可能存在電負性較大的原子與氫原子相連從而產生氫鍵。

猜想2：氨基酸可能會與溶液中的H2O形成，如N-H···O、O-H···O等等。

猜想3：一個氨基酸分子中有多個電負性較大的原子，可能在一個氨基酸內就會形成氫鍵，如N-H···O、O-H···N等等。

[教師點評] 同學們的猜想非常豐富，其實土筍凍最后形成凝膠的原因是在土筍凍加工工藝中蛋白質分解成氨基酸，氨基酸中的電負性較大的原子與另一氨基酸分子或水形成了氫鍵。至于猜想3，同學們認為可能形成分子內氫鍵，這個猜想也有一定的可能，我們需要通過實驗來對該猜想進行驗證，有興趣的同學也可以課后查找資料來對該猜想進行驗證。

[教師提問] 在剛剛對土筍凍中的氫鍵探究中，同學們已經發現其實氫鍵不僅可以存在于分子與分子之間，同時還可以存在于分子內，那么這兩種氫鍵是否有什么差異呢？老師在多媒體上展示了一些物質的結構及其物理性質，請同學們認真思考，見圖 3及表 1。

[學生回答] 鄰羥基苯甲酸與鄰硝基苯酚可以形成分子內氫鍵，而對羥基苯甲酸與對硝基苯酚可以形成分子間氫鍵，可以看出分子內存在氫鍵的物質的熔點較低，說明分子內氫鍵會降低物質的熔點。鄰硝基苯酚與對硝基苯酚的熔點差異也是因為這個原因。

[教師總結] 由于分子內氫鍵的形成減弱了分子間的相互作用，而分子間氫鍵的形成增加了分子間的相互作用。因此分子內氫鍵的形成往往使得物質的熔沸點降低，而分子間氫鍵會使得物質的熔沸點升高。

例如第六主族元素的氫化物的熔沸點，由于其熔沸點的影響因素為分子間作用力，而結構相似的物質作用力大小隨相對分子質量的升高而升高。那么理論上來說熔沸點大小應為H2O lt; H2S lt; H2Se lt; H2Te，但由于H2O中存在分子間氫鍵，熔沸點遠大于其他第六主族元素的氫化物，則該族氫化物的熔沸點變化規律為：H2S lt; H2Sb lt; H2Te lt; H2O，這里我們就能看到氫鍵對物質的熔沸點的影響。

5.4" 久制土筍凍為何會化成“水”

教師通過多媒體展示久制的土筍凍化為一灘水的圖片，讓學生思考其中的原因，以四人為一小組展開討論。

[學生回答] 由于土筍凍以凝膠態存在的原因是其中有氫鍵的作用，那么最后土筍凍“化了”的原因很有可能是氫鍵斷裂了。

[教師引導] 如果是氫鍵斷裂的話，是什么因素使得氫鍵斷裂呢？

[學生回答] 如果外界的溫度過高，其提供的能量很有可能會使得氫鍵斷裂，因此久制的土筍凍會因為溫度過高而變質。

[教師提問] 溫度確實是其中的一個影響因素，但是為什么放在冰箱的土筍凍也會因為久制而變質呢？這里氫鍵也“斷”了嗎？

[學生回答] 這里外界沒有提供能量使得氫鍵斷裂，那可能是土筍凍里某些成分的活性會隨著時間增加而降低。

[教師總結] 同學的想法很好，其實土筍凍形成凝膠較為復雜，氫鍵只是其中一個因素。在土筍凍制作中，加熱使得蛋白質的二硫鍵被破壞，冷卻加速了氫鍵的形成，最后形成了蛋白凝膠的網狀結構[ 10 ]。而影響凝膠稠度和硬度的影響因素有凝膠化時間、凝膠化溫度等等。在冰箱放的土筍凍，其凝膠化程度隨時間流逝而降低，三維網狀結構也漸漸不夠牢固，因此，久制的土筍凍會化成“水”。

[設計意圖] 通過多媒體展示如圖4所示的土筍凍凝膠化程度隨溫度、時間增加的變化趨勢，讓學生明白土筍凍以凝膠態存在實際上受到各方面的影響。一個簡單的特色小吃蘊含著許多化學知識，可以讓學生切實感受到化學無處不在以及化學與生活的聯系相當的緊密，從而培養學生的科學態度和社會責任。

6" 教學效果評價

6.1" 課堂表現

在本次教學中，課堂的整體氛圍較為活躍，特別是在對任務“土筍凍中的氫鍵”以及“久制土筍凍變質的原因”的探究活動中，許多學生勇于在課堂上發表自己的猜想，課堂互動性較強。同時根據學生對土筍凍中的氫鍵類型的分析，說明其對知識點的掌握也達到理解的水平。整體課堂表現說明本節課已完成教學目標。

6.2" 課后訪談

本次教學以福州市某中學高二年段兩個班級學生為教學實踐對象。教學完成后， 從兩個班級中各隨機選出5名學生（共10名）進行訪談。在訪談過程中，大多數學生表示通過本節課的學習能夠較好地掌握氫鍵的知識，同時也會降低之后對抽象知識學習的畏懼心理；也有學生表示，在課堂中進行的探究活動對其思維得到了鍛煉，說明本節課起到發展學生核心素養的作用，訪談整體結果為學生對本節課持肯定態度。

7" 總結

本教學設計圍繞“土筍凍”創設教學情境，設計了四個子任務，并在每個子任務下提出驅動性問題。在這個過程中，學生課堂的主動性得到了較大的提升，并且通過對驅動性問題進行探究活動，學生在課堂上是處于思維活躍的狀態，能夠對知識的掌握達到更加深入的水平。在目前核心素養導向的化學教學中，本節課能夠較好地培養學生的證據推理能力，發展其科學探究的能力。

參考文獻：

［1］ 馬圓，嚴文法，宋丹丹.真實情境與化學學科核心素養的發展：基于《普通高中化學課程標準（2017年版）》的解讀[J].化學教育（中英文），2019，40（19）：6-10.

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