浅谈如何在校本化学实验拓展课中体现学科核心素养 ——以“豆腐中的化学原理”为例 - 内容 - 徐汇教师网

浅谈如何在校本化学实验拓展课中体现学科核心素养 ——以“豆腐中的化学原理”为例

作者(来源):本站    发布时间:2020-09-02

上海市华东理工大学附中     钱晶莹

【摘要】学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。根据学生的学情和能力,开展契合课标理念的校本化学拓展类实验课,是培育学生化学核心素养的有效途径之一。通过分析“豆腐中的化学原理”这节课如何将抽象的学科核心素养转变成了具体的任务探究活动,浅谈如何提高学生的学科核心素养,从而实现从“学科教学”走向“学科育人”。

【关键词】化学;学科核心素养;实验拓展课

 

一、设计背景

上海高中化学新一轮课改迫在眉睫,在学科育人中如何落实学生核心素养的形成是重中之重。化学核心素体现了化学课程在帮助学生形成未来发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力。教育部《普通高中化学课程标准(2017年版)》课程基本理念中指出:1、以发展化学学科核心素养为主旨。2、设置满足学生多元发展需求的高中化学课程。3、选择体现基础性和时代性的化学课程内容。4、重视开展“素养为本”的教学。5、倡导基于化学学科核心素养的评价[1]。在这一课改背景下,根据学生的学情和能力,开展契合课标理念的校本化学拓展类实验课,不仅能有效巩固和提升课内知识,也是是激发学习兴趣、培养探究意识、提高动手能力的有力推手,更是培育学生化学核心素养的有效途径之一。下面以一节校本化学实验拓展课“豆腐中的化学原理”为例浅谈如何在校本化学实验拓展课中体现学科核心素养。

二、教学内容及目标

高中化学课程的基本理念之一是要重视开展以“素养为本”的教学,倡导真实问题情境的创设,开展以化学实验为主的多种探究活动,促进学生学习方式的改变。课标在必修课程中有以下学习要求:认识胶体是一种常见的分散系。认识蛋白质等有机物在生活中的应用。了解蛋白质的变性、显色实验。以课标为导向,在实验内容的选取上,选择了贴近日常生活的“豆腐”为情境载体,从豆浆到豆腐的制作最后再通过化学实验和知识解决生活中的问题,整堂课以实验探究串联起知识脉络,落实核心素养的培养。

根据我校高一学生的学情:已经具备基础的实验动手能力,知道溶液的构成及浓度的多种表示方法、能区分电解质和非电解质、有初步的证据意识和假设论证能力等,本节课制定教学目标如下:

1、了解豆腐起源和历史,知道豆腐的制作工序及涉及的化学原理。

2、通过实验探究豆腐的主要成分,理解胶体分散系的特点。

3、知道蛋白质的基本结构和沉淀原理。

4、养成正确的科学观,学会收集证据并给予证据进行分析推理,对生活中的现象和说法证实或证伪。

三、教学流程

1、创设真实问题情境,基于证据提出假设

【情境引入】(PPT+实物展示):同学们看我手上是一种典型的中国食物:豆腐。有关豆腐的起源众说纷纭,韩国曾经声称他们发明了豆腐,但淮南王刘安创造豆腐的说法最为可信[2] 东汉时期,豆腐已经形成了完整、成熟的制作工艺,这在 1960 年出土的打虎亭东汉大墓中的豆腐制作壁画中有着清晰的描述。这张画证明1800多年前,豆腐已经作为食品为人们熟知了,是目前发现的世界上最早的有关豆腐制作工艺的记载。

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图一 打虎亭东汉大墓中的《制作豆腐工艺图》

【提出质疑】这幅壁画描绘了东汉时期人们制作豆腐的完整过程,包括泡豆、煮浆、磨浆、点浆、压制。其中的核心工艺就是点浆。历史资料显示,刘安当时是用石膏作沉淀剂发明了豆腐。石膏能作为沉淀剂能点卤,那么其它物质是否也可以达到相同效果?为什么石膏能将豆浆沉淀下来?

在试管中加入10毫升热豆浆,逐滴滴加沉淀剂10滴,震荡试管,静置片刻观察现象。

【实验1】要使热豆浆沉淀下来需要添加什么样的试剂?

1  豆腐制作沉淀剂探究

组别

实验试剂

实验现象

第一组

2%食盐溶液

无明显现象

第二组

2%氯化镁溶液

产生沉淀

第三组

2%硫酸钙悬浊液

产生沉淀

第四组

白醋

产生沉淀

第五组

2%蔗糖溶液

无明显现象

设计意图:通过实验现象的对比,激发学生好奇,通过对比使学生产生质疑,且培养学生证据意识,形成以实验求证假设的基本思路,为随后的通过逻辑联系建立观点提供论据。

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图二 实验1的实验结果

2、探究内在逻辑联系,建立观点

【讨论探究1】能使热豆浆产生沉淀的是白醋、硫酸钙、氯化镁,是盐和酸。学生很容易通过已学知识总结出这些都属于电解质,能在溶液中电离出阴阳离子。

结构决定性质:豆浆的主要成分是大豆蛋白,大豆蛋白是由氨基酸所组成的高分子化合物,在其表面上带有大量羧基和氨基。由于这些基团对水的作用,使蛋白质颗粒表面形成一层带有相同电荷的水膜的胶体物质,使颗粒相互隔离,不会因碰撞而粘结下沉,最终形成胶体溶液。

分析推理揭示本质:加入电解质后,豆浆产生了沉淀,说明离子能破坏蛋白质胶粒的水化膜和双电层使蛋白质胶粒聚结并把水包在网络中形成絮状结构。随后通过适当加压排出一定量的自由水就可得到有一定形状、弹性、硬度的豆腐了[3]

【质疑】第三组的食盐也是电解质,为什么它不能使热豆浆沉淀呢?有同学提出可能是加入的量太少导致的,也有同学认为并非所有电解质都能够作为豆浆的沉淀剂。

【实验2】在热豆浆中继续加入大量食盐固体,震荡,静置片刻也没有看到沉淀的产生。

【讨论探究2】根据实验1和实验2的现象,引导学生从宏观辨识与微观探析的角度去探讨沉淀剂的种类和量对实际宏观沉淀效果的影响。

学生得出结论:1、相同量的不同电解质对大豆蛋白的沉淀效果不同,硫酸钙作为沉淀剂得到的蛋白质沉淀颗粒较小,制得的豆腐比较细腻柔软;而用氯化镁和白醋点浆得到的沉淀颗粒较大,制得的豆腐比较粗糙和坚硬;2、并不是所有电解质都能使豆浆很好的沉淀(学生课后查找资料结合所学知识从离子带电量等角度解释原因)。

食盐对大豆蛋白的沉淀效果不理想,故一般不用食盐对豆腐进行点卤。以前点卤使用的是海水晒盐后的苦卤水(含大量氯化镁、氯化钠、硫酸钙等),得到的豆腐质地比较坚硬,且有涩味。现在市面上较为普及的沉淀剂是葡萄糖酸-δ-内酯,所得的豆腐结构整齐,口感顺滑柔嫩,也避免了金属离子超标的危险。

3、运用所学知识解决实际问题

豆腐富含大豆蛋白,营养价值极高,但是关于豆腐的食用,网上普遍存在以下的说法(如图三所示),其中豆腐不能与菠菜、葱花同食更是流传比较广泛的一种认知,那么这种说法是否有科学依据?如何去求证这种说法的真伪呢?

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图三 网络上关于豆腐的食用注意事项

【讨论探究3】关于这种说法的一般理论依据是食物中的草酸和豆腐中的钙生成难溶的草酸钙,影响钙的吸收,并且造成结石。因此,核心问题就是豆腐中的含钙量到底高不高?

【质疑】学生提出两种意见:豆腐中含钙量高可能是因为点卤使用的苦卤水或者石膏带来的,其本身含钙量可能不高。另一种说法是豆腐本身就是一种含钙量比较高的食物。基于以上两种猜测,学生很容易想到设计以下实验:

【实验3】实验验证豆腐不能与菠菜、葱同食的说法

取实验1中白醋点卤后的上层清液,加入过量草酸溶液,震荡后静置片刻,无明显现象。

取市售内酯豆腐捣碎浸泡后的上层清液,加入过量草酸溶液,震荡后静置片刻,也无明显现象。

【设计意图】实验结果表明,用白醋和内酯点卤的豆腐中含钙量并不高,根据这一结果再引导学生进行分析推理,证实或证伪假设:网上的这种说法是基于用石膏或苦卤点卤的南北豆腐而言的,沉淀剂带来了大量的钙元素(钙元素平均含量为127毫克/100克),当然这种说法是否科学还有待考证。而日常中常见的内酯豆腐含钙量并不高(钙元素含量为17毫克/100克),这种说法就更没有科学依据了。

四、教学总结

 整节课的主题从学生的生活情境中提取素材,以问题驱动贯穿整个教学过程,从豆腐的起源之争开始,到制作工艺中的点浆步骤探究,最后用所学知识去解决实际生活中的问题。

全堂课的设计以课程目标为导向、以提升学科核心素养为目的、以实验事实为依据,很好的做到了以下几个转化[4]1、将学科核心素养的培育目标转化成符合学科本质的教学内容。2、将有待学生获得的知识转化成真实的学科问题。3、将核心问题转化成符合学生解决问题的心理顺序、且具有内在逻辑关系的子问题。4、根据核心问题的顺序将枯燥的课堂理论知识转化为以实验探究为主体的活动。通过这几个转化,将抽象的学科核心素养转变成了具体的任务探究活动,实现从“学科教学”走向“学科育人”。

 

 

参考文献:

[1] 中华人民共和国教育部普通高中化学课程标准(2017年版)[S]. 北京:人民教育出版社,2018.

[2] 白晓州东汉时期的豆腐制作工艺[J]. 食品安全导刊,2019(1):182-183.

[3] 张文朴豆腐解读——历史、原理、创新[J]. 化学教育,2007(7):63-64.

[4] 张克龙刍议培育化学学科核心素养的关键问题[J]. 中学化学教学参考,2018(11):13-16.