基于“科学探究与创新意识”核心素养的探究教学

姚美霞

摘要：以化学学科核心素养体系培养为目标，从葡萄糖组成、官能团、特征反应、分子结构、反应类型这几个角度，分别进行模型设计与实验探究，通过情境、问题、活动和评价这四条主线展开对葡萄糖分子结构的探究教学活动，引导学生在真实的实验情境下对糖类物质进行类推、迁移，紧紧抓住结构决定性质的思维解决问题，建构研究有机物的一般探究模型与方法，培养学生的“科学探究与创新意识”化学核心素养。

关键词：核心素养;科学探究;创新意识;葡萄糖;分子结构

一、教学设计思想

科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动;能发现和提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究;勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新[1]。在真实的实验情境下，将教学目标、内容、方法和学习任务融入在整个教学环节中，有序组织学生根据给出的问题提出可能的假设，依据假设设计实验方案，与同学合作完成实验操作，基于实验事实得出结论，并对实验中的“异常”现象进行反思、提出自己的看法，逐步建构研究有机物的一般探究模型与方法，培养学生的“科学探究与创新意识”化学核心素养。

二、教学过程设计与实施

2.1 创设情境，驱动学生探究的欲望

图文介绍化学之父费歇尔及其对糖类研究简单历程。从1884年起，费歇尔断断续续地花费了10年时间对糖类化合物进行系统地研究，在他的努力之下終于探明了单糖类的本性及其相互间的关系，包括葡萄糖的分子结构。然后抛出问题“假如你是当年的费歇尔，你要如何确定葡萄糖的结构？”

提到有机物的结构研究，学生很快想到质谱法、红外光谱和核磁共振氢谱，同时他们也马上意识到200多年前还没有可以快速确定结构的仪器，只能通过化学实验探究的办法来确定结构。

2.2 基于“理论推测—实验验证”的探究设计任务与组织[2]

【学习任务1】葡萄糖分子式为C6H12O6，你能否推测葡萄糖分子结构中可能存在的官能团？

【学生】从分子式元素组成和不饱和度可知，葡萄糖分子结构中存在一个环，或者一个双键，剩下的氧原子只能以单键的形式存在，推测其可能存在的官能团有：

【学习任务2】设计实验验证自己的推测，得出葡萄糖的分子结构，类推葡萄糖的化学性质。

可能存在的官能团实验操作或选用试剂预测实验现象实验现象及结论

在环、碳碳双键、羧基、酯基、醛基、酮基的确定中，学生能考虑到葡萄糖分子只有一个不饱和度，所以它们只能存其一，而羧基、酯基、醛基不受其他官能团的影响，可以通过实验检测确定存在与否。于是，我让学生分成三大组，分别设计实验对羧基、酯基、醛基存在与否进行探究。以下是学生小组讨论得出的方案：

（1）羧基的检验

a.往葡萄糖溶液加入适量无水乙醇，滴加几滴浓硫酸，加热，若有具有香味的油状液体产生，证明羧基存在，反之不存在;

b.往葡萄糖溶液加入铁粉，若有气体产生，证明羧基存在，反之不存在;

c.测定葡萄糖溶液的pH值。

（2）酯基的检验

a.观察其水溶性便可得出有没有酯基;

b.往滴有酚酞的氢氧化钠溶液中加入适量的葡萄糖溶液，加热，若红色变浅的，证明酯基存在，反之不存在;

（3）醛基的检验

a.配制银氨溶液，然后加入适量的葡萄糖溶液，水浴加热，若有银镜产生的证明醛基存在，反之不存在;

b.配制新制氢氧化铜，然后加入适量的葡萄糖溶液，加热，若有砖红色沉淀产生的证明醛基存在，反之不存在;

学生都能结合羧酸、醛和酯的性质，设计实验方案。师生一起简单点评后，让他们选择最有特征的一组来进行实验，他们都不约而同选择从醛基的验证着手。

醛基存在与否的检验过程中，银镜反应和与新制氢氧化铜的反应现象都非常明显，学生看见自己制造出来的银镜都非常开心，其中有一个组在加热葡萄糖与新制氢氧化铜悬浊液时没有产生砖红色沉淀，而是先出现墨绿色沉淀，后沉淀越来越黑。学生对这个实验中的“异常”现象主要得出两种可能。其一是硫酸铜加多了，以致氢氧化铜受热分解产生黑色的氧化铜，其二是温度太高使氧化亚铜迅速被氧化成黑色的氧化铜。对于学生提出的质疑，由于课堂时间的限制，不能即时设计实验进行验证。于是，我让让学生课后完善实验方案，后续研究。至此学生实验探究的喜悦一直延续到课后，他们都满怀期待着下一次的探究。

醛基确定之后，学生针对羟基和醚键的性质差异，提出了两个方案：一是加入乙酸和稀硫酸，加热看能否产生具有香味的油状液体，若有，证明存在羟基;二是看熔融的葡萄糖能否与金属钠反应产生气体，若有证明存在羟基。但由于实验条件的限制，学生目前所具备的知识并不能完全得出葡萄糖的结构，例如，羟基的数目、碳链中有无支链。此时，教师展示相应知识点的资料卡片供学生参考。从而得出葡萄糖的分子结构。

【学习任务3】由葡萄糖的结构特点类推葡萄糖具有哪些化学性质？

有了前面的探究，大部分的学生都能顺利根据葡萄糖分子中具有的官能团类推出葡萄糖的化学性质，从反应类型到具体的典型反应。类推出葡萄糖的化学性质一方面可以落实葡萄糖的化学性质，另一方面可以发展学生对多官能团有机物性质的认识角度，提升解决实际问题的能力。

2.3 习题反馈，加深灵活利用的能力

课堂反馈形式多样，笔者根据自己生源特点，设计了几道有针对性的习题考查学生对多羟基醛这种物质的性质掌握程度，培养在新情境下对糖类物质进行类推、迁移，抓住结构决定性质的思维解决问题的能力。

【习题】

1.鼠李糖是一种甜味剂，可用来测定肠道的渗透性，结构简式为CH3—（CHOH）4—CHO，下列关于鼠李糖的叙述正确的是（ ）

A.与葡萄糖互为同分异构体 D.可以使紫色石蕊试液变红

C.1mol鼠李糖与足量Na反应时可产生4molH2 B.能发生银镜反应

2、下列反应中葡萄糖被还原的是（ ）

A、葡萄糖发生银镜反应  B、葡萄糖在人体内变成CO2和H2O

C、葡萄糖变成六元醇 D、葡萄糖变成五醋酸酯

3、已知：核糖分子式为C5H10O5，对其进行实验检测时，能发生银镜反应，1mol核糖与足量Na反应时可产生2molH2，在一定条件下与H2反应生成的产物核磁共振氢谱中有六组峰，且峰面积之比为4：2：2：2：1：1。则：

（1）核糖结构简式为_____________________

（2）已知相关物质被氧化的顺序： RCHO>RCH2OH>R（R1）CHOH

①试剂Ⅱ最可能是_______，② A的结构简式为_________

三、结语

在葡萄糖分子结构的探究中，笔者主要是通过从葡萄糖组成、官能团、特征反应、分子结构、反应类型这几个角度，分别进行模型设计与实验探究，通过情境、问题、活动和评价这四条主线展开对葡萄糖分子结构的探究教学活动，引导学生在真实的实验情境下对糖类物质进行类推、迁移，紧紧抓住结构决定性质的思维解决问题，既能建构研究有机物的一般探究模型与方法。这样的教学有利于训练学生的思维，促进学生的反思，加深学生对知识点的理解，同时又能培养学生的科学探究能力和创新意识、从各个途径获取信息的能力，使学习达到可持续发展的目的。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）.北京：人民教育出版社，2020.07：4;91.

[2] 宋心琦. 普通高中课程标准实验教科书：化学选修5 有机化学基础. 北京：人民教育出版社，2019082AD4F9-3E70-4932-9C3D-3D991B836918