高中化學“糖類”的項目式教學

熊景春 徐浩年

摘要：新一輪課程改革大力提倡和開展項目式教學。本文以“食物中的糖類在人體內的轉化”項目式學習為主線，用學業(yè)質量水平指導教學設計，通過一系列項目任務的實施，全面提升學生化學學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：課程改革 ?項目式教學 ?項目任務 ?化學學科核心素養(yǎng)

項目式學習就是將所要學習的知識內容或所要提升的能力要求，設計成項目任務的形式，并以此為載體，隨著項目任務的完成達成學習目標，實現(xiàn)知識內容的掌握和相關能力的提升。

本文結合普通高中化學人教版選修5第四章第二節(jié)《糖類》的教學，探討在新一輪課程改革的背景下如何開展項目式學習，提升學生化學學科核心素養(yǎng)。

一、項目內容主題分析

糖類是綠色植物光合作用的產物，是動、植物所需能量的重要來源。魯迅先生有這樣一句名言“我好像一只牛，吃的是草，擠出來的是奶、血”，推而廣之，人吃的是五谷雜糧，衍變出來的也有奶和血。其實由“草、五谷雜糧”到“奶和血”的衍變，也就是食物中的營養(yǎng)物質在人和動物體內的消化吸收和利用的過程，糖類作為食物中的主要成分之一，在人體內進行著一系列復雜的糖代謝反應，這個過程涵蓋了多糖、低聚糖、單糖等相關知識，為此確定了項目學習的主題——食物中的糖類在人體內的轉化。通過“食物中的糖類在人體內的轉化”這個項目的學習，學生在參與多糖、低聚糖和單糖知識的研究學習過程中，理解淀粉、纖維素、蔗糖、麥芽糖、葡萄糖、果糖的組成、結構及其性質，宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)得到培養(yǎng)和提高。在項目學習的過程中，學生通過已有的有機物基本知識去進行類推、延伸、替代、變換、重組、遷移等思維方式去完成研究對象由“單官能團的化合物、小分子的化合物”過渡到“多官能團的化合物和高分子化合物”，形成糖類完整、系統(tǒng)的知識體系，培養(yǎng)了變化觀念、證據推理與模型認知及科學探究核心素養(yǎng)。糖類不僅作為一種重要的營養(yǎng)物質，還是重要的食品、醫(yī)藥工業(yè)、制鏡業(yè)及新能源的原料，通過實驗探究、社會實踐等活動體驗糖類物質在日常生活中的應用，理解糖類在生命活動過程中的重要作用，培養(yǎng)科學態(tài)度與社會責任的核心素養(yǎng)。

二、項目教學目標

（1）認識糖類的組成和性質特點，能列舉典型糖類物質（宏觀辨識與微觀探析）。

（2）能說明多糖、低聚糖、單糖的區(qū)別與聯(lián)系（宏觀辨識與微觀探析、變化觀念）。

（3）能描述淀粉、纖維素、蔗糖、果糖的典型性質，能探究葡萄糖的化學性質（變化觀念、證據推理與模型認知、科學探究）。

（4）知道糖類在食品加工和生物質能源開發(fā)上的應用，體會化學在日常生活及生命科學發(fā)展中所起的重要作用（科學態(tài)度與社會責任）。

三、項目任務及教學流程

四、項目實施過程及學生學習成果

【展示】魯迅先生的夫人許廣平的圖片及其作品。

【引入】在這部作品中，許廣平女士記錄了魯迅先生講過的這樣一句話“我好像一只牛，吃的是草，擠出來的是奶、血”，草的主要成分是什么？牛類動物吃的是草，擠出來的為什么是奶、血呢？草在牛體內發(fā)生了哪些變化呢？人吃的是五谷雜糧，五谷雜糧的主要成分是什么？它們在人體內又是如何衍變的呢？

【學生】觀看《多糖》微課內容及視頻《食物在人體內的消化全過程》，小組交流。

【小結】（1）草的主要成分是纖維素，五谷雜糧的主要成分是淀粉、蛋白質、脂類及水等。其中纖維素和淀粉都屬于多糖，都是天然高分子化合物，由多個葡萄糖分子脫水縮合而成，其分子式為（C6H10O5）n，但在纖維素和淀粉中由于葡萄糖分子間的結合方式不同，它們所包含的單糖單元數(shù)目不同（即n值不同），所以二者不屬于同分異構體;多糖在酶或化學方法下能夠水解生成低聚糖，低聚糖繼續(xù)水解，最后得到不能水解的單糖。但是，人體內不含消化纖維素的消化酶，所以纖維素不能在人體內消化。

（2）食物中的糖類在人體內的消化全過程：

【過渡】接下來我們就共同探究糖類在酶或化學方法下的水解。

任務一：多糖的水解

【實驗1】把一小團脫脂棉放入試管中，加入幾滴濃硫酸，迅速用玻璃棒把棉花搗成糊狀。立即加入2毫升蒸餾水稀釋、搖勻。把試管放在沸水中邊加熱邊搖動5～7分鐘，得無色清亮溶液。取出試管，稍冷，加入20%～30%的氫氧化鈉溶液中和至溶液PH為8～9，再加入新制的氫氧化銅加熱煮沸，觀察現(xiàn)象。

【實驗2】取兩支試管，各加入5 mL淀粉和2滴碘水，然后向其中一支試管中加入1 mL 2 mol/L的H2SO4（必要時可加熱）;向另一支試管中加入1 mL唾液，振蕩。觀察實驗現(xiàn)象。

[小組活動]學生分小組實驗，記錄實驗現(xiàn)象，解決實驗問題;教師巡視指導。

【師生小結】（1）多糖在酸性環(huán)境下或酶的作用下發(fā)生了水解，水解產物具有還原性;

（2）多糖水解過程比較復雜，先水解成低聚糖，最后水解成單糖;

（2）酶對多糖的水解催化效果更好。

【講述】多糖在日常生活中有著極其廣泛的應用，比如膳食纖維對人體健康有著重要的意義;淀粉經發(fā)酵轉化為多種有機產品，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)的重要原料，其中淀粉發(fā)酵生產的乙醇，現(xiàn)在已經推廣為汽車的清潔燃料——乙醇汽油，對我國能源結構的調整意義重大。

（C6H10O5）n+nH2O酸或酶nC6H12O6催化劑2C2H5OH

任務二：二糖的水解

【合作與交流】根據課前學習微課《二糖》的相關內容，小組交流自然界最普遍的二糖的組成、結構及其性質。

【科學探究】二糖在化學方法下的水解并驗證水解產物的性質。

【實驗3】在2支潔凈的試管中，分別加入2～3 mL NaOH溶液，再加入幾滴CuSO4溶液，然后分別加入約2 mL 20%蔗糖溶液、2 mL 20%麥芽糖溶液，加熱，觀察現(xiàn)象。

【實驗4】一支潔凈的試管中加入20%的蔗糖溶液5 mL，并加入5滴稀硫酸。將試管放在水浴中加熱5 min，然后用稀的NaOH溶液中和硫酸，使其呈弱堿性。上述溶液用試管平分成兩份，一支試管中加入銀氨溶液，振蕩試管，水浴加熱。另一支試管中加入新制的Cu（OH）2并加熱，觀察現(xiàn)象。

【小組活動】學生分小組實驗，記錄實驗現(xiàn)象，解決實驗問題;教師巡視指導。

【師生小結】（1）麥芽糖是還原性二糖，蔗糖不是還原性二糖;

（2）二糖水解生成單糖;

（3）蔗糖和麥芽糖水解的產物含還原性單糖。

任務三：實驗探究單糖的性質

【合作與交流】根據課前學習單糖微課的內容，交流葡萄糖與果糖組成、結構的異同。

【科學探究】葡萄糖與果糖的性質，并與醛類物質的性質作比較。

【實驗5】在兩支潔凈的試管中，各加入1 mL 2% AgNO3溶液，一邊搖動試管，一邊逐滴加入2%氨水，直到析出沉淀恰好溶解為止。在上述2支試管中分別加入2 mL 10%葡萄糖溶液、2 mL 10%果糖溶液，充分混合后，放在熱水中加熱3～5分鐘，觀察現(xiàn)象。

【實驗6】在2支潔凈的試管中，各加入10%的NaOH溶液2 mL，滴入5% CuSO4溶液5滴，振蕩試管，使溶液混合均勻。在上述2支試管中分別加入2 mL 10%葡萄糖溶液、2 mL 10%果糖溶液，充分混合后，加熱，觀察現(xiàn)象。

【小組活動】學生分小組實驗，記錄實驗現(xiàn)象，解決實驗問題;教師巡視指導。

【小結】葡萄糖和果糖都是還原性糖，利用銀鏡反應，可把葡萄糖用于制鏡業(yè)。

【展示】葡萄糖結構簡式：CH2OH-（CHOH）4-CHO（多羥基醛）

果糖結構簡式：CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH （多羥基酮）

【提問】果糖的結構中沒有醛基，為何也像葡萄糖一樣具有還原性能發(fā)生銀鏡反應呢？

【講述】堿性條件果糖分子結構異構化。果糖分子具有酮羰基，但在堿性條件下易轉化為烯·二醇中間體，它可異構化為醛式，所以果糖也易被弱氧化劑氧化。

【展示】果糖分子在堿性條件下的結構異構化

【講述】果糖在酸性條件下不能發(fā)生異構化，不能自動由酮式結構轉變?yōu)槿┦浇Y構，那么如何用化學的方法區(qū)分葡萄糖和果糖呢？

【思考與交流】學生討論并找出答案：溴水。

【小結】根據三個任務的實驗探究，總結糖類物質的主要化學性質：

（1）多糖的水解

纖維素：（C6H10O5）n+nH2O催化劑nC6H12O6

淀粉：（C6H10O5）n+nH2O酸或酶nC6H12O6

（2）二糖的水解

蔗糖：C12H22O11+H2O催化劑C6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6（果糖）

麥芽糖：C12H22O11+H2O催化劑2C6H12O6（葡萄糖）

（3）單糖的性質

①銀鏡反應：

CH2OH-（CHOH）4-CHO+2[Ag（NH3）2]++2OH-水浴CH2OH-（CHOH）4-COO- +NH+4+ 2Ag ↓+H2O+3NH3

②與新制Cu（OH）2作用——斐林反應

CH2OH-（CHOH）4-CHO+2Cu（OH）2+NaOH△CH2OH-（CHOH）4-COONa+Cu2O+2H2O

③單糖分子中含有醇羥基、醛基或羰基還能發(fā)生加成、酯化反應、置換反應等。

【過渡】葡萄糖是不能水解的單糖，它在人體內又是如何被利用的呢？

任務四：葡萄糖在人體內的代謝反應;糖尿病的成因及飲食特點。

【合作與交流】各小組展示課前收集、整理的糖代謝內容。

【師生小結】

在人體內糖的主要形式是葡萄糖及糖原，葡萄糖是糖在血液中的運輸形式，在機體糖代謝中占據主要地位;糖原是葡萄糖的多聚體，包括肝糖原、肌糖原和腎糖原等，是糖在體內的儲存形式。葡萄糖與糖原都能在體內氧化，提供能量。食物中的糖是機體中糖的主要來源，被人體攝入經消化成單糖吸收后，經血液運輸?shù)礁鹘M織細胞進行合成代謝和分解代謝。血液中的葡萄糖濃度（稱為血糖濃度）是反映機體內糖代謝狀況的一項重要指標。正常情況下，血糖濃度是相對恒定的。正常人空腹血漿葡萄糖濃度為3.9～6.1 mmol/L（葡萄糖氧化酶法）?？崭寡獫{葡萄糖濃度高于7.0 mmol/L稱為高血糖，低于3.9 mmol/L稱為低血糖。要維持血糖濃度的相對恒定，必須保持血糖的來源和去路的動態(tài)平衡。

【展示】人體內血糖的來源和去向

【講述】葡萄糖是一種重要的營養(yǎng)物質，它在人體組織中，在酶的催化下進行氧化反應，放出能量，以提供人體生命活動所需要的能量。葡萄糖可直接被人體吸收，因而，體弱和血糖過低的患者可利用靜脈注射葡萄糖溶液的方式來迅速補充營養(yǎng)。

C6H12O6 （s）+6O2（g）6CO2（g）+6H2O（l） ΔH=-2804 kJ/mol

【過渡】人體內血糖的來源和去路的動態(tài)平衡一旦遭到破壞，引起糖代謝發(fā)生紊亂，若導致血糖升高，就容易引起糖尿病。

【合作與交流】各小組展示課前收集和整理的糖尿病的相關內容。

【展示】學生作品

糖尿病說明書

1.糖尿病成因：是一種由于胰島素分泌缺陷或胰島素作用障礙所致的以高血糖為特征的代謝性疾病。

2.糖尿病的危害：持續(xù)高血糖與長期代謝紊亂等可導致全身組織器官，特別是眼、腎、心血管及神經系統(tǒng)的損害及其功能障礙和衰竭。嚴重者可引起失火，電解質紊亂和酸堿平衡失調等急性并發(fā)癥酮癥酸中毒和高滲昏迷。

3.常見病癥：（1）多尿;（2）多飲;（3）多食;（4）體重下降;（5）乏力;（6）視力下降。

4.糖尿病檢驗：用血糖儀或尿糖試紙（原理：糖尿病人尿液中葡萄糖遇試紙中的氫氧化銅發(fā)生反應，生成紅色的氧化亞銅）

5.病人飲食：

三宜：宜吃五谷雜糧，如莜麥面、蕎麥面、燕麥片、玉米面、紫山藥等富含維生素B，多種微量元素及食物纖維，以低糖，低淀粉的食物或者粗糖以及蔬菜等做主食;宜吃豆類及豆制品，豆類食品富含蛋白質、無機鹽和維生素，且豆油含不飽和脂肪酸，能降低血清膽固醇及甘油三酯;宜吃苦瓜、桑葉、洋蔥、香菇、柚子、南瓜等食品可降低血糖，是糖尿病人最理想食物

三不宜：不宜吃各種糖、蜜餞、水果罐頭、汽水、果汁、果醬、冰淇淋、甜餅干、甜面包及糖制糕點還有無糖餅干、無糖食物之類的，基本都含大量淀粉，因為這些食品含糖很高，食用易出現(xiàn)高血糖;不宜吃含高膽固醇的食物及動物脂肪，如動物的腦、肝、心、肺、腰、蛋黃、肥肉、黃油、豬牛羊油等，這些食物易使血脂升高，易發(fā)生動脈粥樣硬化;不宜飲酒，酒精能使血糖發(fā)生波動，空腹大量飲酒時，可發(fā)生嚴重的低血糖，而且醉酒往往能掩蓋低血糖的表現(xiàn)，不易發(fā)現(xiàn)，非常危險。

6.飲食原則：（1）定時定量和化整為零;（2）吃干不吃稀;（3）吃硬不吃軟;（4）吃綠不吃紅。

溫馨提示：正確治療，科學飲食，良好心態(tài)，適度鍛煉，健康自來！

五、項目教學反思及改進建議

糖類的教學自很長一段時間以來，都沒有引起老師和同學們的重視，一來本部分知識在課程標準及考試大綱上要求的層面比較低，屬于知道、了解層面居多;二來高考試題對該部分內容考查較少，即使考到的知識點也是屬于比較淺顯的內容。導致在過去的課堂教學中，很多老師照本宣科，只是簡單地給學生勾畫重點。如此一來，老師們恰恰忽略了糖類知識安排在教材中的用意：首先，糖類的教學是安排在學生系統(tǒng)地學習了有機物基本知識之后，學生完全有能力去運用已有的有機物基本知識去進行類比、替代、變換、重組、遷移等思維方式去完成糖類的學習;其次，通過糖類的學習，完成由小分子和生物大分子、有機高分子之間的轉化，形成糖類物質的知識體系，掌握學習有機高分子的學習方法;第三，通過糖類物質的學習讓學生體會到化學源于生活，生活離不開化學，學好化學可以更好地為生活服務。

基于以上原因，我們把《糖類》教學進行了調整，設計成項目式學習——食物中的糖類在人體中的轉化。我們以魯迅先生的名言引入，既弘揚了優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化，又極大地提高了學生學習化學的興趣;視頻《食物在人體內的消化全過程》展示了食物消化吸收的真實情景，讓學生明確了食物中的糖類在人體內的轉化過程，并根據食物消化吸收的過程設計了四個學習任務，完成了從“多糖→低聚糖→單糖→物質+能量”的代謝過程，也形成了糖類的知識體系，培養(yǎng)了學生宏觀辨識與微觀探析、變化觀念、科學態(tài)度與社會責任學科素養(yǎng);針對四個學習任務而設計的六個實驗探究又充分培養(yǎng)了學生證據推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識學科素養(yǎng);通過對糖尿病的調研及乙醇汽油的使用等社會實踐活動讓學生體驗到生活離不開化學。

該項目學習在執(zhí)行的過程中也存在一些不足。首先，完成該項目學習用時過長，原因在于本項目學習探究型實驗較多，耗時長，而且學生的實驗技能有待加強，操作不熟練，耗時較多;其次，化學教師缺乏相關的生物知識，在糖代謝這一部分的學習方面，與學生的交流不充分。在后面的教學中我們在進一步強化學生的實驗基本技能的同時，也要給自己充電，加強學科之間的聯(lián)系，搞好知識儲備，充實自己，提高自己，更好地為學生和教學服務！

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書：化學選修5.北京：人民教育出版社，2019.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[3]何明溪，王元鵬.化學方法論與化學教學[J].化學教育，1994（07）.

[4]覃稔，徐瀟瀟，許燕紅.融入地方特色資源的中學化學教學設計——以“甘蔗的綜合利用”為例[J].化學教育（中英文），2020（07）.