探究思想在“葡萄糖”教学中的应用

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  一、基本说明
  在苏教版教材必修二专题三第二单元“食品中的有机化合物”中,学生已经初步接触“葡萄糖”,并且知道,葡萄糖可以和新制的的银氨溶液以及新制的氢氧化铜反应,但是学生对葡萄糖的结构以及为什么能发生此类反应,不甚了解。在苏教版选修教材《有机化学基础》中,学生在系统学习完“有机物的研究方法”和“烃的衍生物”之后,又讨论“生命活动的物质基础”,而“葡萄糖”是其中最重要的一种。学习“葡萄糖”,不仅对前面相关知识的复习巩固,也是使学生对“化学对于人类生活的意义”有了更加明确的认识。
  二、教学设计
  1.教学目标:
  知识与技能:
  (1)认识葡萄糖的组成和结构特点。
  (2)了解葡萄糖的检验原理和方法。
  (3)设计分组实验,培养学生学生实验操作技能。
  过程与方法:
  (1)通过实验探究初步认识葡萄糖的还原性,经历对化学物质及其变化进行探究的过程,进一步理解科学探究的意义。
  (2)学习科学探究的基本方法,提高科学探究能力,培养学生积极思维、敢于创新的科学素养和相互协作的团队精神。
  情感态度与价值观:从学生熟悉的生活事实和已有的知识经验入手,通过分析化学事实学习化学知识。密切化学与生活的联系,激发学生学习化学的兴趣
  2.教学重点:葡萄糖的结构与性质,葡萄糖的检验方法
   教学难点:运用科学探究的思想,推出葡萄糖的结构
   3.学情分析:学生已经初步了解葡萄糖的分子式和部分化学性质,并且初步了解科学研究有机化合物的一般思路,掌握常见官能团的特征性质。
  4.设计思路:本课题旨在运用科学探究的思想,改变习惯的学习方式,课堂实验也不再是传统的验证试验,而是模仿科学家的思维方式和研究过程,通过客观的实验事实的分析,推断出葡萄糖的结构,从而明确葡萄糖的性质。结合现代化学测定分析手段和测量数据,延伸课本知识,拓展学生视野,提升学生比较概括和综合应用的能力。也让学生明白学习化学的真正意义,提高学生的科学素养。
  三、教学过程
  【课前导学】课前老师布置简单习题,促使学生回顾醇、醛的知识,为本节葡萄糖的学习做准备。
  1. 乙醇的结构简式是 ,含有的官能团是 ,写出乙醇与醋酸反应的化学方程式 。
  2. 乙醛的结构简式是 ,含有的官能团是 ,写出乙醛发生银镜反应、和新制的氢氧化铜反应的化学方程式 、 。
  【课堂导入】播放视频“葡萄糖酸钙”的广告。
  {教师活动}葡萄糖酸钙究竟是如何制得的?它对于人体到底有什么好处?这就是我们今天研究的课题。
  【设计意图】由学生熟悉的生活情境入手,营造轻松地课堂学习氛围,点燃学生求知探究的欲望;通过创设“问题情景”进行启发式教学,为本节课知识的传授作了良好的铺垫。
  {教师活动}请大家拿起课桌上的葡萄糖样品,仔细观察,再结合生活常识,相互讨论,总结葡萄糖的物理性质。
  {学生活动}相互讨论,归纳得出葡萄糖的物理性质,其他同学补充完善。
  {教师设问}科学家是如何研究有机物的?让我们也来尝试当一回小小科学家。
  {学生活动}兴趣盎然,相互讨论
  【设计意图】老师轻轻一带动,就把一堂普通的课堂教学转换成一场神秘的科学研究。不经意之间,就激发起学生继续求知上进的欲望。
  {学生活动}相互讨论,得出“元素种类→原子个数→分子式→定性定量实验→官能团的种类和个数→分子结构”这个完整的思路。而且相互讨论可知,通常利用“燃烧”法来测定有机物组成元素的种类。
  {教师活动}结合课本P90实验事实①1.80g葡萄糖完全燃烧,只得到2.64g CO2和1.08g H2O,你能得出葡萄糖的最简式吗?
  {学生活动}讲解计算的方法
  {教师活动}再结合“②葡萄糖的相对分子质量为180”,得出葡萄糖的分子式
  【设计意图】本册选修教材的第一单元就跟学生介绍了“科学家怎样研究有机物”。通过课本设计的这样两个问题的讨论,使学生能够进一步巩固有机化学的最基本计算形式,初步开始体会研究事物的必经之路。
  {教师活动}设问:请根据葡萄糖分子式是C6H12O6,猜想葡萄糖分子中可能含有哪些官能团?
  {师生活动}相互讨论。学生可能会不着边际的随意猜测,教师应该根据学生的讨论情况,适时提醒。
  {学生活动}归纳总结,得出可能结构:成环、碳碳双键、醛基、羰基、羧基、酯基、羟基、醚键
  {教师活动}根据葡萄糖的分子组成中C、H之间的关系,可知葡萄糖分子必然含有一个不饱和的化学键,在大家这些猜测的这些结构中,最常见的不饱和键有:碳碳双键、醛基、羧基。请同学们相互讨论,应该如何检验这些官能团的存在呢?
  {学生活动}讨论,并汇报讨论结果。
  羧基:利用指示剂检验酸碱性
  醛基:利用银氨溶液或者是新制的氢氧化铜
  碳碳双键:利用溴水或者用高锰酸钾溶液。
  {教师活动}追问:如果有醛基在的可能,那么用溴水或高锰酸钾检验碳碳双键,是否合适呢?
  {学生活动}分组实验:乙醛中滴加溴水或高锰酸钾,都可以褪色。
  {师生活动}分析:因为乙醛具有强还原性,而溴水和高锰酸钾都有强氧化性,所以乙醛可以使溴水和高锰酸钾褪色。得出结论:用溴水或高锰酸钾检验碳碳双键不太妥当。
  {学生活动}分组实验:在乙醛中滴加溴的四氯化碳
  现象:没有褪色
  结论:可以用溴的四氯化碳检验碳碳双键
  【设计意图】不是直接教给学生相关结构,而是先让学生根据分子组成,自己分析相关可能。结合官能团的检验,巩固了各种常见官能团的性质,为接下来的分组检验找到了理论依据。设计乙醛使溴水和酸性高锰酸钾褪色,让学生切实体验到官能团之间的相互干扰,而且为葡萄糖与乙醛的联系埋下伏笔。
  {学生活动}分组实验:在葡萄糖中分别加入紫色石蕊、溴的四氯化碳溶液
   得出结论:葡萄糖分子结构中没有羧基、碳碳双键。
  {教师活动}请同学们动手实验,是否可以到寻找到醛基的踪影?
  {学生活动}分组实验:(1)配制银氨溶液,滴加几滴葡萄糖溶液,水浴加热
   (2)制取氢氧化铜,滴加几滴葡萄糖溶液,加热至沸腾
   得出结论:葡萄糖分子结构中含有醛基
  【设计意图】通过分组实验,增强了学生的实验动手能力,巩固了银氨溶液、新制的氢氧化铜的制备方式,得出葡萄糖分子结构中有醛基。改变了学生正常的学习方式,真正体现了探究思想,激发了学生的学习兴趣。
  {教师活动}投影,葡萄糖的红外光谱图
  {学生活动}识别其中的特征峰,找到了羟基,得出结论:葡萄糖分子结构中有羟基。
  {教师活动}带领学生讨论课本P90实验事实③在一定条件下,1.80g葡萄糖与乙酸完全酯化,生成的乙酸酯的质量为3.90g
  {学生活动}讨论可能得到什么结论
  {师生互动}此项讨论中涉及的计算比较困难,教师可以适当的帮助学生,运用有关数据,分析得出结论:一个葡萄糖分子中含有五个羟基。
  CH3COOH+R-OH→CH3COOR+H2O △m
   1mol 42g
  xmol 2.1g
  {师生活动}结合课本实验事实④ :葡萄糖可以被还原为直链已六醇
  得出结论:葡萄糖分子中六个碳原子排成一根链状。
  {教师活动}投影葡萄糖分子的氢谱图
  {学生活动}找出其中有11个峰,说明葡萄糖分子中有11种不同环境的氢原子,验证了六个碳原子和五个羟基的的排列方式。
  【设计意图】始终围绕课本,结合课本提供数据,让学生有一个直观的分析过程。结合现代分析仪器的相关数据,使学生巩固对这些数据的处理方式。也符合有机物研究的一般思想:不断提出假设,并设法验证或否定假设。
  {师生活动}教师指导学生阅读课本P91和P92的“拓展视野”,并且动画演示葡萄糖链状结构和环状结构的互变。学生仔细观察动画可分析得出:葡萄糖分子链状和环状结构互变的实质和变化方式,也容易得出变化过程发生的反应是加成反应。
  【设计意图】适当提高,拓展了学生视野。结构的互变比较抽象,但通过动画演示,学生便于接受变化的实质,巩固了对加成反应形式的理解。
  {教师活动}结合葡萄糖的分子结构,根据特征官能团,得出葡萄糖可能具备什么化学性质。
  {学生活动}讨论汇报,相互补充。
  {教师活动}要求写出下列反应的化学方程式:
  1.葡萄糖与银氨溶液水浴加热生成单质银
  2.葡萄糖与新制的氢氧化铜反应
  3.葡萄糖被氢气还原为己六醇
  {师生活动}学生板演过后,老师可以和学生一起,通过回忆乙醛分别和银氨溶液、新制的氢氧化铜、氢气的反应形式类比迁移到葡萄糖的有关反应。
  【设计意图】巩固旧知,认识新知,使学生能够逐步培养起类比迁移、归纳总结的学习习惯。
   {教师活动}播放视频:葡萄糖酸钙的制备流程。
  【设计意图】贴近联系生活,和本节课的开头相呼应。使学生意识到学习化学的用途,从而进一步树立学习化学的兴趣。
  {教师活动} 投影化学小故事“醋”的由来、葡萄糖的有氧呼吸、无氧呼吸。
  【设计意图】在讨论葡萄糖分子结构的基础上,了解葡萄糖对于人类的应用。这也是我们学习的真正意义所在。
  【课堂巩固】1.关于葡萄糖的叙述错误的是
   A.是白色晶体,能溶于水 B.是一种多羟基醛
   C.葡萄糖是人体重要的能量来源 D.葡萄糖属于高分子化合物
  2. 在一定的条件下,既可以发生氧化反应又可以发生还原反应,还可以和酸发生酯化反应的是
   A、乙醇 B、乙醛 C、乙酸 D、葡萄糖
  {学生活动}总结本节课的收获:学会了一种分析有机物结构的方法:燃烧并
  结合相对分子质量,得出分子式→推测可能官能团→性质实验或谱图,检验或否定推测。切实体会到了探究的方法和思想,是一种新的学习方法。
   {教师活动}我们在这堂课的学习中沿着前人的足迹不断向前摸索,不断向前探究,锲而不舍,希大家在以后的学习生活中保持这种钻研的热情,不断认识新事物,认识我们美好的世界。
  四、教学反思
  1.本节课以学生熟悉的生活情境为开头,创设情境,在轻松愉快的气氛中,引入课题,体现了“问题¬——知识——应用”的教学思路,也体现了探究学习的思想。
  2.本节课旨在利用探究思想推测葡萄糖的分子结构。学生已经初步了解葡萄糖的分子式和部分化学性质,并且初步了解科学研究有机化合物的一般思路,掌握常见官能团的特征性质。利用学生已知的有机物的研究思路:“元素种类→原子个数→分子式→定性定量实验→官能团的种类和个数→分子结构”模仿科学家的思维方式和研究过程,变“验证实验”为“探究实验”,通过客观的实验事实的分析,推断出葡萄糖的结构,从而明确葡萄糖的性质。而且整节课堂始终围绕课本知识,结合现代化学测定分析手段和测量数据,延伸课本知识,拓展学生视野,提升学生比较概括和综合应用的能力。介绍葡萄糖对于人类的用途,也让学生明白学习化学的真正意义,提高学生的科学素养。
  3.通过师生、生生之间的多种交流,互相讨论、补充、完善,进行科学方法的训练,提高学生思维的全面性和严谨性,培养了学生的协作交流意识和严谨的科学素养。学生在学习和思考中发现问题、检验问题,体验在成功中获得探索的乐趣,对进一步学习化学产生向往,使学生逐步树立“我要学”和“乐学”的意识习惯,体现了教育的真正功能,使学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面得到和谐统一的发展。
  4.对于现在不少学生而言,还是比较习惯于传统的学习方式,被动学习。本节课教者遵循探究思想,要求学生的思维一直都处于积极状态。所以部分学生不太跟得上节奏。在整节课堂,大部分学生都能积极参与讨论,但也有少数学生不太参与、不太主动,而还是寄希望于老师完整的给予。所以,在教学过程中,教师必须把握好合适的梯度,注意适当的引导和教学语言的启发性,帮助学生铺设合适的阶梯,让更多学生越来越接受这样的学习方式。
  (作者简介:王瑶,女,1992年6月毕业于苏州大学化学系,同年8月分配到滨海中学任教化学。2009年调动至滨海县教育局教研室担任初中和高中化学教研员。 )
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