融合科学阅读和学科观念的《糖类》（2课时）整合设计

顾莹+陈凯+徐惠

[摘 要]

从生活和学科的视角看待糖类，在学生已有认知基础上，引导学生的旧知和新知产生碰撞并促进知识体系重组;教学设计中多处用化学视角理解生活中的糖;强调学科观念建构，特别彰显变化观和能量观;渗透科学阅读的学习策略，将科学新闻、社会报道、化学史、科学数据等文本，作为教科书之外的学习资源。

[关键词]

化学性质;科学阅读;能量;生活

一、教学设计思路分析

《基本营养物质》是高中化学必修二有机化学与生活实际的重要连接点，我们选取了糖类这种人类所需的基本营养物质——此时学生已经学习过甲烷、乙烯、苯等重要的基础化工原料，也了解了乙醇、乙酸这两种生活密切关联的烃的衍生物，继续学习糖类等基本营养物质，可促使必修阶段有机物的知识体系相对完整，也为以后学习选修做准备。

学生在小学科学和初中生物及化学阶段就已经接触了糖类，学生在生活中也积累了不少认识，但也存在着一些错误前概念。良好的认知基础有利于学生更深层次的学习，而课堂之内的正式学习更有必要修正学生的科学前概念。

由于糖类的结构和性质错综复杂，必修阶段教学不宜在结构上盲目拔高，课标建议要从生活经验和实验探究出发设计教学内容和过程，所以我们着重将糖类的性质和用途紧密联系，结合化学史、新闻、生活经验、明星食谱等文本素材，引导学生联系基础知识开展科学阅读，尝试以各种糖类性质的应用串联学习过程，引导学生理解化学学习意义，凸显对事实证据的阅读分析以及随之带来的逻辑推理，这是尝试的一种创新。科学阅读在教学过程中主要分为先存知识的唤起，知识概念的完善和分享式阅读三个阶段，而不只限于情境的简单呈现。

但如果一味停留于联系生活科普化，不免失去了化学味道。所以从体现化学性质的多元变化以及体现应用意义的能量释放，两个角度帮助学生强化学科观念，是本设计反复强化的线索和思想。

需要说明的是，对于必修二糖的教学，安排两课时完成，我们的设计体现整体性和系统性，所以并没有割裂两课时;适当拓展内容，也意在丰富中学生在必修阶段学习有机化学的实用性，强调学科观念和学科逻辑。

二、教学目标

【知识与技能】

（1）了解糖类的常见代表物葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素的组成及主要性质。

（2）掌握葡萄糖、蔗糖、淀粉的基本鉴别方法，能简单辨别葡萄糖和果糖。

（3）了解糖类对生命活动的重要性，以及糖类摄取与人体健康之间的关系。

【过程与方法】

结合化学史，生活经验，实验探究等基本方法，讨论交流，了解葡萄糖，蔗糖，淀粉和纤维素的主要性质。

【情感态度与价值观】

辨识科学信息真伪，追求科学逻辑思维。

三、教学过程

（一）开门见山，回顾旧知

【教师提问】同学们，今天你们吃糖了吗？请谈谈在初中阶段你对糖化学的了解。

【学生】回答

【设计意图】了解学生对糖的已有认识，活跃学生思维。

（二）基于糖类化学式的分类和归纳

【教师】请同学根据所查资料，将糖类分类汇总。

【板书】

[分类＼&元素组成＼&代表物质＼&化学式＼&来源＼&______糖＼&＼&葡萄糖、______＼&＼&______、＼&______糖＼&＼&蔗糖______、＼&＼&______、＼&______糖＼&＼&淀粉______、＼&＼&______、＼&]

【过渡】根据表格填写情况，老师进行补充说明。

【教师小结】如何根据化学式初步判断单糖、双糖和多糖？

【过渡】这些糖类的化学式有什么特征，有什么规律可循，我们能不能归纳出一个通式来代表所有糖类？

【学生】发现规律，总结

【教师】是不是糖类都符合Cn（H2O）m这个公式？是不是符合这个公式的就是糖？

【学生】讨论、回答。

【补充】符合这个公式的不一定是糖，前面所学乙酸的化学式C2H4O2就是一个典型的反例。

鼠李糖的化学式C6H12O5：它是糖但是它的化学式不符合糖类的通式。

【教师小结】通式的应用是有限度的，因此糖类大部分通式是Cn（H2O）m，但不是全部。

【设计意图】作为教师进一步了解学生对糖的已有认识，并更正部分错误前概念。

（三）从结构上辨别葡萄糖和果糖

【板书】绘制葡萄糖和果糖的结构式

【教师】葡萄糖和果糖，它们都是单糖。它们的化学式都是C6H12O6，但是它们是两种不同的物质。请同学们观察并发现结构式上不同的地方。

【学生】观察、讨论交流

【教师小结】它们的官能团不同，结构不同。葡萄糖含有醛基，果糖含有酮基。两种物质拥有相同的化学式但是却拥有不同的结构，我们称之为同分异构体。

【教师】糖类中除了葡萄糖和果糖，还有哪些物质互为同分异构体呢？

【学生】讨论交流并做出猜想。

【教师小结】蔗糖和麦芽糖互为同分异构体，但淀粉和纤维素不是，因为它们化学式不能确保一样。

【设计意图】学生通过观察两者的结构式，发现官能团差异，由此发现结构不同。它们是什么关系？这是学生脑海中的疑问，老师从而强化同分异构体的概念。必修阶段学生对醛基和酮基并不熟悉，但是简单提及、强化结构决定性质的观念是有必要的，不只是为选修做铺垫。更是为了建构学科观念必经的过程：让学生充分了解到有机化学的复杂性是结构决定的。

（四）应用广泛的葡萄糖特征反应

（1）血糖检测——斐林试剂

【教师】有同学知道医院里血糖检测的原理吗？根据血糖试纸的变红程度，就可以大致推断出血液中葡萄糖的含量高低。

【学生】回忆生物知识。

【演示】呈现照片或实验演示：实验过程中蓝色Cu（OH）2变成了砖红色沉淀。

【教师小结】葡萄糖的醛基决定特征反应，Cu2+变成了Cu+被还原。因此葡萄糖是一种还原糖。斐林试剂检验葡萄糖，作为葡萄糖的特征反应之一可以用来血糖检测。

（2）镀银的原理——银镜反应

【科学阅读】阅读科学史：13世纪后半期，威尼斯人制得了玻璃镜子，后来变为水银镜子，但因为水银有毒。直到一百多年前，人们才想出一个法子用金属银来代替水银镜子。在硝酸银的氨水溶液里加进去葡萄糖水，葡萄糖水把看不见的银离子变成银微粒，沉积在玻璃上做成银镜子。

【教师】根据该原理实验室里如何制银？

【演示】在银氨溶液中加入葡萄糖溶液，水浴加热，观察实验现象

【学生活动】观察现象，讨论交流

【教师小结】再次强调葡萄糖的还原性。并拓展以前家里用的水瓶胆，利用银镜反应的原理。

【设计意图】了解必修里的葡萄糖，一是对醛基的初步认识但不必深究，二是对有机化学中氧化还原的深入了解，不用太纠结于葡萄糖的氧化产物，却可以通过反应对象无机物的化合价改变来体会葡萄糖的还原性，这是学生建构变化观的重要过程：从初中分别认识氧化反应和还原反应，到必修一中整体认识氧化还原反应，再到有机化学学习中重新“割裂”氧化和还原——这种回归是对氧化还原反应深层理解的必经阶段。

（五）由提供能量提到糖类的水解反应

【过渡】糖类对人类的最大意义是提供能量

【科学阅读】提供数据资料：“游泳界传奇人物、22枚奥运金牌得主菲尔普斯的一日食谱与众不同。早餐：3个煎蛋三明治、2杯黑咖啡、5个鸡蛋饼、3片法式吐司面包、3块巧克力小煎饼和1碗玉米粥。午餐：约455克的意大利通心粉、2个火腿奶酪三明治和特制的能量饮料。晚餐：约455克的意大利通心粉、1大块比萨饼和特制能量饮料。”

【提问】为什么菲尔普斯没有像很多其他运动员一样大鱼大肉补充高蛋白营养食品？喜欢参加体育运动的同学愿意结合自身经验谈下么？

【学生活动】发言

【补充】菲尔普斯的食谱中有很多碳水化合物，比如面包、小煎饼、通心粉等。这样的饮食结构特别适合菲尔普斯这样的运动员。人在运动时所需的能量来源有三种，糖类、脂肪和蛋白质。这其中，通过食物摄入的糖变成血糖，而血糖供给能量的速度是最快的。也就是说，喜欢运动的人一旦有需要，其体内的糖将在第一时间变成能量“冲上去”。所以，人们如果经常从事短跑、游泳等需要短时间内爆发很大力量的运动，就应该多吃些碳水化合物，好保证能量的及时供应。

（1）如何最快获得能量——直接摄取葡萄糖

【科学阅读】提供新闻素材作为情境：2016年合肥某医院一医生在手术室内连续工作24小时，手术结束后疲惫不堪直接坐在地上喝葡萄糖液。

【教师】单糖是糖类水解的最终产物，单糖不发生水解反应。糖类水解需要一定的时间，因此恢复精力最快的方法就是直接接受葡萄糖。

【板书】葡萄糖在人体氧化的化学方程式

【科学阅读】提供新闻素材作为情境：各类葡萄糖燃料电池的最新研究进展。

【提问】如何设计葡萄糖燃料电池的电极反应式。

【设计意图】具体事实的学习，是化学能量观形成的发展和基础，没有一定的事实积累，很难形成一定的化学能量观。（1）当实验无法表征葡萄糖化学反应的能量变化时，科学阅读的文本就成为一种间接素材。从最初的葡萄糖人体摄入，到葡萄糖燃料电池的前沿进展，给予科学视野的同时，更加引领学生对能量的转换途径有了更深认识。

（2）蜂蜜的水解切入到蔗糖的水解

【阅读材料】甜言蜜语，蜂蜜是甜滋滋的。蜂蜜可以减肥美容补充能量，恢复疲劳，蜜蜂从花中采得花粉，花粉中含有蔗糖，在体内多种转化的作用下，把花蜜中的多糖转变成人体可直接吸收的单糖葡萄糖、果糖。

【教师】根据阅读材料，填写下列表格，并写出化学反应方程式

[蜂蜜＼&反应物＼&催化剂＼&生成物＼&应用＼&＼&＼&＼&＼&]

【实验探究】取1mL 20%的蔗糖溶液，加入3～5滴稀硫酸。水浴加热5min后取少量溶液，加氢氧化钠溶液调溶液pH至碱性，再加入新制的氢氧化铜，加热煮沸3～5min，观察实验现象。

【学生活动】观察现象，代表书写蔗糖水解的化学反应方程式

【拓展提问】为什么我们不直接使用蜂蜜来做这个实验？

【设计意图】没有单独通过实验室中蔗糖的水解来说明双糖的转化，而是另辟蹊径，结合蜂蜜的制成来讲述蔗糖的水解——蜂蜜主要成分是蔗糖，不能发生和葡萄糖类似的反应，但是它水解后的产物有葡萄糖，可以根据葡萄糖的特征反应来判断，所以就可以顺其自然地引出双糖的水解反应方程式。

（3）多糖的水解供能

【教师】请同学们根据生活经验和已学知识罗列其他糖类的水解。

【学生活动】讨论交流，畅所欲言。

【补充】淀粉和纤维素的最终水解产物相同，都是葡萄糖。

板书：多糖水解的化学反应方程式

【教师小结】糖类在实验室中水解常用H2SO4作催化剂，在动物体内水解则是用酶作催化剂。纤维素只有在食草动物胃中水解。淀粉可以水解为葡萄糖，为人们提供能量。纤维素帮助人们消化，有些营养学家称之为膳食纤维。

【科学阅读】回顾之前的菲尔普斯的食谱中进行分析：两次出现了“通心粉”。菲尔普斯为何对它情有独钟？

【拓展解析】这和通心粉在胃里被消化吸收的速度较慢有关系。对于喜欢运动的人来说，不应该让主食在胃里消化得过快，否则容易引起血糖的快速升高。而快速升高的血糖水平在胰岛素的作用下又会迅速下降。于是，人又一下子没了力气。反观消化速度慢的食品，它们能够像“缓释胶囊”一样让血糖水平保持在相对平稳的状态，人的运动状态就会相应稳定，因此特别适合喜欢运动的人来吃。除了通心粉，我们日常生活中常见的粗粮、豆类、薯类都是消化速度慢的主食，纤维素含量丰富，在一定程度上影响了淀粉的水解速率。它们比精米、白面更能让人在较长时间里维持不错的体能。

【教师】“饭要一口一口地吃”的科学依据是什么？为什么吃饭时要强调细嚼慢咽，为什么仓促嚼的米饭味道和细嚼慢咽的米饭味道不一样？

【学生】结合生活经验，讨论交流，做出猜想。

【实验探究】探究淀粉的水解程度

  【学生活动】边做实验，边观察现象。记录实验现象。

【教师】请根据实验现象，做出相应的猜想。

[现象A＼&现象B＼&猜想＼&变蓝＼&未出现砖红色沉淀＼&＼&变蓝＼&部分出现砖红色沉淀＼&＼&未变蓝＼&都是砖红色沉淀＼&＼&]

【设计意图】因为学生通过先前的学习早已了解淀粉的水解反应，因此另辟蹊径，探究淀粉水解程度。影响淀粉水解程度的因素有：时间，温度和试剂的量等。运用控制变量的科学方法，可以科学地探究淀粉的水解程度。

【设计意图】围绕提供能量的主线来说明糖类的水解反应，最终还是为了给人体提供能量。化学能量观是一个不断深化、有机联系的结构化内容，因此学生的化学能量观建构应该注重认识和理解的重要性。（2）对于多糖的水解探究，终究还是一种科学方法的训练，化学教学不能停留在知识教学，需要重视方法教育。

（4）代糖不是糖——不提供能量

【教师】代糖结构和糖类相似，但是代糖不是糖。代糖不提供能量，只提供甜味，糖类既提供能量又提供甜味。

【补充】对于一些嗜甜却又必须要控制糖分的人时，除了控制糖类的摄取外，用代糖代替也是个很好的选择。但代糖不可以吃多，会消化不良。

【设计意图】选修才仔细通过结构来说明代糖不是糖，必修方面就一带而过。糖类在人们的认知中代表着 “甜”和“供能”。为了解决人们追求甜味，但也要抑制摄取糖类过度的问题，人们发明了代糖。但是人们解决了“甜”，也成功使血糖浓度保持稳定，但代糖无法解决“能量”问题，这是一种对比，更是一种观念强化。科学观念形成于学习、实践活动之中，又左右着人们的学习和实践活动（3），所以代糖的补充教学意义更在生活实践之中。

（六）课堂总结

用流程图表示糖类各个知识点。总结糖类是什么，糖怎么转化，糖的意义是什么，如何合理摄取糖类保障人体健康。

[参 考 文 献]

[1]姚远远，陈凯.初中化学教科书中能量观的建构[J].化学教育，2013，（5）：7-22.

[2]梁永平.论化学学习中的能量观建构[J].化学教育，2008，29（8）：7-12.

[3]何彩霞.对“科学主题”、“科学观念”的认识[J].北京教育学院学报，2001，15（3）：51-54.

（责任编辑：张华伟）

基金项目：本文系2016年江苏省高校哲学社会科学研究一般项目“中小学科学教育中的语言素养研究——科学读写的教学设计与活动开发”（2016SJD880022）;2014年南京晓庄学院教育教学改革研究重点立项项目“基于教师学习视角的卓越教师职前培养行动研究——以化学师范生培养为例”;南京晓庄学院2016年大学生科研基金项目重点项目“科学素养与语言素养融合的实证研究——基于核心素养的科学读写水平调研和培养策略”（2016XSKY036）;江苏省高校“青蓝工程”培养对象基金赞助。

作者简介：陈凯（1980-），男，江苏镇江人，南京晓庄学院环境科学学院副教授，南京师范大学在读博士研究生，主要研究化学课程与教学论。