陳麗芬 楊發(fā)福

（福建師范大學化學與材料學院 福建 福州 350000）

2022年11月，教育部印發(fā)《關于進一步加強新時代中小學思政課建設的意見》，提出了五方面的舉措，其中一方面是豐富中小學課程教學資源。另外，在2017 年版高中化學課程標準中強調了要繼承和弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，提出中學化學課程與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化要進行有機融合。［1］中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化博大精深，包括中藥文化、茶文化、飲食文化等。而傳統(tǒng)民間小吃是中華飲食文化的重要載體，作為高中化學課程資源具有以下兩方面的優(yōu)勢:首先，傳統(tǒng)民間小吃更貼近學生生活，符合新課標多次強調的教學過程中要注重聯(lián)系生產生活實際。中學生可以通過電視、網絡等途徑了解到傳統(tǒng)民間小吃，對常見的一些傳統(tǒng)民間小吃并不陌生，甚至自己親自品嘗傳統(tǒng)民間小吃。［2］其次，以傳統(tǒng)民間小吃為教學資源，可以極大地調動學生學習化學的興趣。新課標多次強調教學情境的創(chuàng)設，要求教師更加注重教學的情境性，要求學生能夠靈活地掌握知識，學以致用。但目前提出與傳統(tǒng)文化相關的情境素材較多是化學史、傳統(tǒng)化學工藝等，［3］盡管這些素材的育人價值豐富，但是這些素材離中學生的生活太遙遠，在課堂上學生很難真正代入到這個情境當中，而傳統(tǒng)民間小吃貼近中學生的生活，更能激發(fā)學生學習化學的興趣?？傊?，將傳統(tǒng)民間小吃融入中學化學教學，符合教育部文件要求和課程標準要求，十分有必要，且具有獨特的育人優(yōu)勢。

本教學案例結合福建當地特色，以閩南傳統(tǒng)小吃綠豆涼粉為教學主題情境，結合教材從綠豆涼粉制作工藝的角度提出若干問題，并根據學生的認知發(fā)展規(guī)律設計具有一定難度梯度的驅動性任務。在完成驅動性任務和解決問題的過程中理解和掌握知識，培養(yǎng)解決實際問題的能力，促進核心素養(yǎng)的落地生根。

一、教學主題分析

綠豆涼粉是閩南地區(qū)的傳統(tǒng)風味小吃之一。以綠豆淀粉為原料，在加熱的條件下，通過加水并不斷攪拌至糊狀，冷卻定型得到綠豆涼粉。［4］其制作過程看似簡單，卻包含了氫鍵的斷裂和生成的過程。以綠豆涼粉為教學主題情境，既可以充分調動學生的學習興趣，又可以使抽象的知識變得更加具象，促進學生對“氫鍵”的理解和掌握。另外，在探秘綠豆涼粉中氫鍵的過程中，既可以逐步培養(yǎng)學生從化學的角度思考和解決實際問題的能力，又可以加深學生對具有當地特色的傳統(tǒng)小吃乃至傳統(tǒng)文化的了解和熱愛。

二、教學背景分析

《普通高中化學課程標準（2017 年版）》關于“氫鍵”的內容要求:“認識分子間存在相互作用，知道范德華力和氫鍵是兩種常見的分子間作用力，了解分子內氫鍵和分子間氫鍵在自然界中的廣泛存在及重要作用?！标P于“氫鍵”的學業(yè)要求:能說明分子間作用力（含氫鍵）對物質熔、沸點等性質的影響，能列舉含有氫鍵的物質及其性質特點。［5］

本節(jié)課位于蘇教版選擇性必修2專題3第四單元第二節(jié)“氫鍵”。［6］教材采用舊知導入的形式，通過給出某些氫化物隨相對分子質量增加的熔沸點變化情況，引發(fā)學生的認知沖突。再以水分子為例，介紹氫鍵的概念和表示方法。然后介紹了氫鍵的形成對物質熔沸點、黏度等物理性質的影響以及運用氫鍵的知識解決了冰的密度比水小的原因。最后，在“拓展視野”欄目，介紹了DNA分子中的氫鍵，體現(xiàn)了跨學科融合的教學思想。

學生通過學習金屬鍵、離子鍵、共價鍵以及范德華力的相關知識，具備一定的從微觀角度分析問題的能力，但由于對分子間作用力的學習尚未完善，還不能完全解釋物質相關物理性質的變化原因。通過本節(jié)課的學習，將進一步完善學生已有的認知結構，以“綠豆涼粉”為主題情境展開教學，有利于學生提高知識遷移能力和問題解決能力。

三、教學目標

1.以綠豆涼粉為主題情境，通過尋找綠豆涼粉中的氫鍵以及分析制作過程中氫鍵類型的變化，在真實情境中理解并掌握氫鍵的形成及其對溶解度、黏度的影響。

2. 通過展示HF、HCl、HBr、HI 的熔沸點，以及鄰羥基苯甲醛、對羥基苯甲醛的熔沸點，利用化學事實得出不同類型的氫鍵對物質熔沸點的影響，培養(yǎng)學生的證據推理意識。

3.通過設計實驗探究加水量對綠豆淀粉乳黏度的影響，培養(yǎng)學生的科學探究與創(chuàng)新意識。

4.通過對綠豆涼粉制作工藝的深入分析，體會化學知識與生產生活的緊密聯(lián)系。

四、教學流程（見表1）

表1 “探秘綠豆涼粉中的氫鍵”教學流程

五、教學過程

1.認識綠豆涼粉——引入氫鍵的概念

【創(chuàng)設情境】多媒體展示綠豆涼粉的制作過程（見圖1），請學生思考:為什么通過不斷地攪拌，綠豆涼粉最終會變成糊狀？

圖1 綠豆涼粉制作過程

【猜想】可能是綠豆淀粉與水產生了某種作用力，吸水脹大。

【教師點評】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。氫鍵是指由已經與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子，與另一個電負性很大的原子接近產生的作用力。

【設計意圖】以“綠豆涼粉”的制作工藝引出氫鍵的概念，充分調動學生的學習興趣，學生可以感受到抽象的原理知識與實際生活也是緊密聯(lián)系的。另外，綠豆涼粉作為漳州傳統(tǒng)小吃，從制作工藝出發(fā)融入化學教學中，有利于學生進一步了解具有當地特色的傳統(tǒng)飲食文化。

2.尋找綠豆涼粉中的氫鍵——氫鍵的表示方法和形成條件

【教師提問】電負性很大的原子一般指哪些？

【學生回答】N、O、F。

【教師提問】根據氫鍵的概念總結氫鍵的形成條件。

【學生回答】①與N、O、F 等以共價鍵相連的H；②含N、O、F等電負性很大的原子。

【教師總結】氫鍵一般存在于含N—H、O—H、F—H鍵的物質中，并用X—H…Y表示。

【小組討論】那為什么綠豆涼粉制作過程中會有氫鍵？可以從綠豆涼粉制作原料的角度思考這個問題。

【學生回答】綠豆涼粉以綠豆淀粉為原料，而淀粉是葡萄糖的聚合體，因此具有多羥基的結構。具有與電負性較大的原子形成共價鍵的H。

【教師引導】那另一個電負性很大的原子在哪？

【猜想1】可能與分子內的另一個羥基中的O形成氫鍵。

【猜想2】可能與另一個淀粉分子羥基中的O形成氫鍵。

【猜想3】可能與水分子羥基中的O形成氫鍵。

【提供材料】淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，并展示兩種淀粉分子的結構（見圖2）。綠豆淀粉中既含有直鏈淀粉又含有支鏈淀粉。

圖2 直鏈淀粉（上）和支鏈淀粉（下）的分子結構

【教師點評】猜想是合理的，但從淀粉分子內羥基的距離來考慮，其實綠豆涼粉在制作過程中只涉及淀粉分子間、淀粉分子與水分子間氫鍵的相互轉化。

【設計意圖】引導學生通過氫鍵的概念自己總結氫鍵的形成條件。并通過思考綠豆涼粉中氫鍵是怎么形成的，進一步鞏固了氫鍵的形成條件，有利于提升學生運用化學知識分析和解決實際問題的能力。最后，通過對綠豆涼粉中氫鍵形成的猜想，為下面學習氫鍵的類型做好鋪墊。

3. 探究綠豆涼粉制作過程中氫鍵類型的變化——氫鍵的類型及其對物理性質的影響

【教師引導】根據上述對于綠豆涼粉制作過程中氫鍵的幾種猜想，能不能試著總結氫鍵的類型？

【學生回答】氫鍵分為分子間氫鍵和分子內氫鍵。

【教師提問】在綠豆涼粉制作的不同階段分別對應哪種類型的氫鍵呢？

【提供材料】綠豆涼粉的制作工藝為:綠豆淀粉→加水→不斷攪拌→加熱→糊化→冷卻→定型。在第一階段中，綠豆淀粉中淀粉分子的排列是較為緊密的，不溶于冷水中。在第二階段中，當水溫上升到一定溫度，水分子進入淀粉分子內部，破壞了淀粉分子間的緊密結構，淀粉粒體積膨脹到原來的幾倍到幾十倍，溶液變?yōu)轲こ淼哪z體，此過程為淀粉糊化過程。在第三階段中，糊化后的淀粉經冷卻可以定型為綠豆涼粉［7］。

【教師提問】首先看第一個階段，為什么綠豆淀粉不溶于冷水中？

【學生回答】因為淀粉分子間形成氫鍵，排列較為緊密。

【教師提問】在第二階段，為什么經過加熱會變?yōu)轲こ淼哪z體？

【學生回答】加熱破壞了淀粉分子間的緊密結構，即破壞了淀粉分子間的氫鍵，水分子進入淀粉分子內部，與淀粉分子形成氫鍵，淀粉粒體積膨脹到原來的幾倍到幾十倍。

【教師提問】在第三階段，為什么綠豆涼粉經冷卻后會定型？

【學生回答】溫度降低，淀粉分子間的氫鍵又重新結合，形成淀粉凝膠。

【教師提問】請總結綠豆涼粉制作過程中氫鍵類型及其物理性質的變化（見表2）。

表2 綠豆涼粉制作過程中氫鍵類型及其物理性質的變化

【提供材料】HF、HCl、HBr、HI 的熔沸點。思考為什么HF的熔沸點會出現(xiàn)反差（見圖3）。

圖3 HF、HCl、HBr、HI熔沸點變化

【學生回答】可能是HF 存在分子間氫鍵，可以增大HF的熔沸點。

【多媒體展示】鄰羥基苯甲醛和對羥基苯甲醛的結構和熔沸點（圖4）。［8］

圖4 鄰羥基苯甲醛和對羥基苯甲醛的結構和熔沸點

【教師提問】鄰羥基苯甲醛和對羥基苯甲醛都存在氫鍵嗎，其氫鍵的類型分別是什么？為什么其熔沸點相差這么大？

【學生回答】鄰羥基苯甲醛存在分子內氫鍵，對羥基苯甲醛存在分子間氫鍵。可能分子內氫鍵與分子間氫鍵對物質熔沸點的影響不同，分子內氫鍵會降低物質的熔沸點。

【師生總結】從上面的探究可以得出，不同類型的氫鍵對物質的溶解度、黏度、熔沸點等物理性質的影響不同。請?zhí)顚懴卤磉M行總結（見表3）。

表3 不同類型的氫鍵對物理性質的影響總結表

【設計意圖】首先，通過對綠豆涼粉中氫鍵形成的猜想，讓學生自己總結氫鍵的類型。其次，通過探究綠豆涼粉制作過程中氫鍵類型的變化及其呈現(xiàn)的物理性質，歸納分子間氫鍵的存在對物質溶解性、黏性的影響。最后，通過展示HF、HCl、HBr、HI的熔沸點，讓學生自己分析分子間氫鍵的存在對物質熔沸點的影響，并通過展示鄰羥基苯甲醛、對羥基苯甲醛的熔沸點，引發(fā)學生的認知沖突，最后得出不同類型的氫鍵對物質熔沸點的影響。

4.綠豆涼粉黏度的調控——總結氫鍵的特征

【教師提問】通過剛才的學習，我們知道在加熱過程中由于淀粉分子與水分子之間形成氫鍵，使體系的黏度增大。如果不斷地加水，體系的黏度會不斷增大嗎？

【猜想1】會。

【猜想2】不會。

【教師引導】以前后四人為小組設計實驗方案加以驗證。

【實驗方案】取10 g 綠豆涼粉于燒杯中，分別標號為①、②、③、④，往各燒杯中分別加入水40 mL、60 mL、80 mL、100 mL，加熱并攪拌20 s，對比各燒杯中黏度的變化。

【方案實施】全班以四人為一個小組，共分為12個小組。1-3 組做實驗①，4-6 組做實驗②，7-9 組做實驗③，10-12組做實驗④。［9］

【實驗成果】通過組間交流，分享實驗成果。拍攝圖片和學生實驗現(xiàn)象記錄如下（見圖5）:

【教師提問】為什么加水量至80 mL，體系的黏度反而減小呢？

【學生回答】因為氫鍵具有飽和性。當所有的淀粉分子全部與水分子形成氫鍵之后，多余的水只起到稀釋作用，因此體系的黏度反而減小。

【教師點評】因此綠豆涼粉的制作要注意控制料液比。另外，通過科學測量，水分子間氫鍵的鍵角是固定的，因此氫鍵不僅具有飽和性，還具有方向性。

【設計意圖】學生通過設計實驗探究加水量對綠豆淀粉乳黏度的影響，在教師的引導下得出氫鍵具有飽和性的結論。

【提供材料】提供化學鍵、氫鍵、范德華力的鍵能大小的數據（見表4）。［10］分析表格數據，你能得出什么結論？

【學生回答】氫鍵的鍵能比范德華力大，比化學鍵小。

【設計意圖】通過實驗探究加水量對綠豆涼粉黏度的影響，讓學生自己總結實驗現(xiàn)象并得出氫鍵具有飽和性的結論。另外，通過教師補充以及用具體數據展示化學鍵、氫鍵、范德華力的鍵能大小，學生可以直觀地感受三種鍵的強弱。

【小結】師生共同總結知識脈絡，并請學生談談本節(jié)課的收獲和體會。

【作業(yè)】PPT 展示:茶多酚是茶葉中多種多羥基酚類化合物的總稱，是具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老等功能的生理活性物質。研究表明，茶多酚與淀粉相互作用，可以通過影響淀粉的結構進而改變淀粉的糊化、回生等理化性質。茶多酚與淀粉形成的復合物結構如圖6所示。［11］結合所學知識和所給材料，試分析茶多酚和淀粉相互作用能影響淀粉理化性質的機理。

圖6 茶多酚與淀粉形成的復合物結構示意圖

【設計意圖】展示科學家對淀粉的相關研究，與前面?zhèn)鹘y(tǒng)民間小吃綠豆涼粉的教學情境形成呼應，學生可以體會到科學發(fā)展的腳步是不斷向前的，潛移默化地培養(yǎng)學生樹立終身學習的理念。

六、教學效果評價

1.學生課堂表現(xiàn)性評價

以漳州市某中學高二年段3個班級共136名學生為教學對象進行教學實踐，并進行教學評價。針對前三個任務，筆者在實際教學中根據學生的回答情況以及表格的填寫情況進行分析，總體情況良好。針對任務四，結合本節(jié)課教學目標，設計學生課堂表現(xiàn)性評價表（見表5）。該評價表分為“認知程度”“情感參與”“行為參與”三個維度，［12］各維度又分為A、B、C、D 四個水平，程度逐級遞增。通過對評價表進行整理和分析，得出56%的學生能準確且完整記錄實驗現(xiàn)象、77%的學生對課堂活動充滿興趣、62%的學生能專注于探究，符合預計的教學效果（見圖7）。

表5 學生課堂表現(xiàn)性評價表

圖7 學生課堂表現(xiàn)性評價表統(tǒng)計情況

2.課后訪談

在本節(jié)課結束之后，從所教3 個班中分別隨機找5 位學生（共15 位）進行訪談，大部分學生都表示較喜歡融合傳統(tǒng)民間小吃的化學課堂，理由主要包括以下三個方面:“知識點由我們自己總結而來，印象更深刻”，“用化學知識解決真實問題”以及“動手制作綠豆涼粉，對漳州的傳統(tǒng)小吃有更進一步的認識”。

七、總結

本教學設計以“探秘綠豆涼粉中的氫鍵”進行傳統(tǒng)民間小吃融入高中化學教學的探索，以“綠豆涼粉”為主題情境，設計一系列驅動性任務。通過“認識綠豆涼粉”引出氫鍵的概念；通過“尋找綠豆涼粉中的氫鍵”學習氫鍵的表示方法和形成條件；通過“探究綠豆涼粉制作過程中氫鍵類型的變化”學習氫鍵的類型及其對物理性質的影響；最后通過“綠豆涼粉黏度的調控”理解氫鍵的飽和性。在本教學設計中，在知識方面，可以使碎片化知識系統(tǒng)化、抽象的物構知識具象化；在能力方面，有利于培養(yǎng)學生的問題解決能力；在情感方面，有利于加深對傳統(tǒng)民間小吃的了解，弘揚傳統(tǒng)飲食文化。