基于真实情境的化学教学实践以“复习糖类、油脂和蛋白质的性质”为例

　　摘要以“下午茶”为情境线,设计若干个关键问题,引导学生探究奶茶、蛋糕配料中的营养成分,复习糖类、油脂、蛋白质的性质和检验,培养学生从化学角度看待、分析并解决社会生活中的真实问题,为奶茶、蛋糕制作行业的发展提出建议,感受化学学科在社会发展中的重要作用。

　　关键词项目式教学糖类油脂蛋白质

　　1教学主题及教学现状分析

　　本节教学设计以苏教版《普通高中教科书:化学第二册(必修)》[1]专题8第2单元“食品中的有机物”为基础,以“糖类、油脂和蛋白质的性质”为主要知识内容,这一部分内容在《普通高中化学课程标准(2017年版)》[2]中的必修模块提出了具体的内容标准和学业要求。

　　课标对这部分内容的要求并不高,主要内容包括:糖类、油脂、蛋白质的组成及性质,了解它们的结构特点,以及在人们日常饮食中的重要性和在生产生活中的应用。检索近年来的教学论文,虽然有部分分别以“糖类”“油脂”“蛋白质”为主题的教学设计,如《融入地方特色资源的中学化学教学设计———以“甘蔗的综合利用”为例》[3],是以“糖类”为主要内容进行教学设计,但类似的优质教学设计很少,且将这3者在一个真实情境下联系起来进行教学的实践并没有检索到。

　　由此可见,此为高中教学中的非热点内容,但却是学生在生活中十分熟悉的东西,以此为题,更有利于学生从生活中认识化学,关注身边与化学有关的社会问题,积极参与相关话题的讨论,因此,对于这部分内容,更应敢于尝试创新,深入挖掘其中的育人价值,立足于学生和社会的长远发展,真正落实立德树人的目标[3]。据相关数据显示,2020年我国以奶茶为主的茶饮市场的总规模达442亿元[4],以糕点为主的烘焙食品零售额有望突破2500亿元[5];而学生是其主要消费群体之一。

　　如何引导学生利用化学知识了解奶茶、蛋糕的制作原料、工艺,从而学习其对人体健康、食品行业发展的影响,成为一项重要的课题。基于此背景,笔者以“‘化’说下午茶”为题开展主题教学,以“下午茶”为情境线,引导学生从下午茶的制作原料类属进行探究,主要内容为复习糖类、油脂、蛋白质的性质和检验方法,同时从人体健康和行业发展2方面进行思考,激发学生的社会责任感,促使学生在探究和思考过程中发展自身的化学学科核心素养。

　　2教学目标

　　根据上述教学主题分析,本节课设置了如下教学目标:

　　(1)结合生活实际,通过学生熟识的奶茶、蛋糕回忆3大重要营养素糖类、油脂、蛋白质的性质。

　　(2)通过“白色晶体样品是葡萄糖还是蔗糖”“植脂末成分检验”“自制氢化植物油”“常见食用油的不饱和度的检验”等巩固糖类、油脂、蛋白质的化学性质,同时培养学生分析、设计实验的能力,通过实验-现象-结论之间的关系,培养学生收集证据,依据证据提出假设和验证的能力,促进学生依据物质性质及其变化的信息建构模型,建立解决复杂化学问题的思维框架。

　　(3)通过讨论利用化学知识提高生活质量,相关社会各界需要如何通过履行自身责任义务促进饮品行业健康发展,提高学生的社会责任感,通过为不同年龄的人群设计下午茶,培养学生综合分析问题的能力。

　　3教学流程

　　4教学实录

　　4.1下午茶的营养成分

　　【师】随着国民生活水平的提高,下午茶逐渐成为人们在追求慢生活中的一种新风尚,下午茶主要以茶饮和甜品为主,尤其是奶茶和蛋糕。这2者也是同学们在平时经常接触的休闲食品。它们是不是能在健康安全的前提下为我们提供足够的营养呢?今天我们从化学角度来研究这2种风靡于市场的食品。

　　【PPT展示】奶茶、蛋糕的图片及其概念———奶茶:以牛奶、茶、糖为主要原料制成的牛奶和茶的混合饮品;蛋糕:用鸡蛋、白糖、小麦粉为主要原料,以牛奶、奶粉、油、水、泡打粉为辅料。经过搅拌、调制、烘烤后制成一种像海绵的点心。

　　【师】根据这个制作方法,从健康角度来看,同学们对奶茶、蛋糕有什么样的初印象?【生1】包含了人体所需要的3大营养物质,感觉对人体健康没有太大的损害。但为什么人们总说奶茶、蛋糕这些东西吃多了不好呢?【生2】可能是含糖量太高,糖分摄入太多,对人的身体健康有危害。

　　【生3】我觉得奶茶、蛋糕里可能含有对人体健康有害的添加剂,或者使用廉价的替代品替代上述的原料降低成本,使其食品安全性大打折扣。【师】同学们说得都很有道理。既然我们怀疑它的原材料有问题,那我们就从这些原料入手,用我们已掌握的化学方法进行一次行业揭秘。【任务1】请同学们对配料表中的物质所含的主要营养素进行分类。

　　【生】糖、小麦粉、葡萄糖属于糖类,油属于油脂类,牛奶、鸡蛋、奶粉主要含有蛋白质。【师】在奶茶配方中的这个糖,据了解,有的店用白砂糖也就是蔗糖,有的店用的是葡萄糖,这2者从分类上有无区别?【生】蔗糖是二糖,葡萄糖是单糖;蔗糖是非还原糖,葡萄糖是还原糖。【任务2】老师从某一奶茶店中求购了一些他们在制作奶茶所用的糖,就是大家桌子上的白色晶体样品,这究竟是葡萄糖还是蔗糖?请同学们设计并完成实验。

　　【生】小组讨论得出实验方案:葡萄糖没有还原性,而蔗糖有还原性,因此可以利用蔗糖的还原性进行检验。学生完成实验:取少量样品溶于试管中,加入3~5滴新制氢氧化铜悬浊液并加热,无明显现象。得出实验结论:该样品是蔗糖而非葡萄糖。【师】其实大部分甜品店都会选择蔗糖作为甜味剂,因为如果在相同条件下将蔗糖水溶液甜度定为1.0,则葡萄糖水溶液的甜度则只有0.7。当然还有一些不良商家会添加甜度更高的糖精,属于违法操作。

　　【生】如果商家使用糖精,则违法,但如果使用蔗糖,是不是就要添加很多糖?【任务3】一杯奶茶需要添加多少糖?每个小组的桌子上都分别有正常糖、半糖、无糖的奶茶样品,请同学们利用测糖仪测一下这些奶茶的含糖量,计算一杯500mL的正常糖奶茶中需要添加蔗糖的质量。(注:利用测糖仪测得的数据为白利度(brix),指溶液中的糖的百分溶度)【生】完成实验并计算。其中一组学生测得3种甜度的奶茶白利度分别为7.5%,5.0%,2.1%。若取奶茶密度约为1g/mL,则以一杯500mL正常糖奶茶进行计算,其中含糖量为500mL×1g/mL×7.5%=37.5g【师】同学们对实验得到的这个数字有什么感受?

　　【生1】奶茶的含糖量真的太高了!一杯奶茶竟然加有37.5g糖,太可怕了!【生2】无糖奶茶其实也有糖!根据测试无糖的奶茶甜度也有2.1,还是有一定糖分的。【生3】一杯正常糖奶茶的糖就已超过了我们日常所需的量,喝多了肯定影响健康。

　　4.2奶茶中真的有奶吗

　　【师】除了配料表上的原料,老师在查阅资料的时候发现,很多新闻资讯上提到奶茶配方时,都会提到一种物质———奶精,这奶精究竟是什么物质,请同学们阅读资料卡片《奶茶中的奶精到底是什么精》[6],并思考奶精的分类归属。【生】小组代表上台展示小组以“植脂末”为主题绘制的海报,并介绍植脂末。

　　【师】通过阅读以及第一小组同学的介绍,相信同学们对植脂末已经有了初步了解,对于调制奶茶使用植脂末替代牛奶,有没有什么想要说的?【生】通过刚才的介绍我们知道植脂末应该是属于油脂类,不含蛋白质,和牛奶有本质区别,我觉得奶茶店使用植脂末调制奶茶属于商业欺诈,我们可以维权。【师】维权需要证据,你要如何通过化学知识来指证这种欺诈呢?【生】牛奶中含有大量蛋白质,而植脂末属油脂,我们可以通过检验奶茶中有无蛋白质来验证商家究竟是用了牛奶还是植脂末来调制奶茶。

　　【任务3】请同学们利用桌面上的仪器和药品,通过检验蛋白质来验证桌面上的2份奶茶样品中是否真的含有牛奶?【生】小组讨论,根据蛋白质的显色反应鉴别蛋白质。设计完成实验:分别取约2mL奶茶样品1和样品2,加入2mL0.1g/mL的NaOH溶液,再分别向试管中滴入3~4滴0.01g/mLCuSO4溶液,观察,样品1中溶液显紫色,样品2中没有明显现象。【师】通过刚才的实验,同学们得出什么结论?

　　【生】样品1中含有蛋白质,样品2中没有检测到蛋白质,所以样品1应该是用牛奶冲泡的,而样品2可能是用植脂末调制的。【师】是的,有些不法商家偷工减料,甚至威胁到了我们的健康安全,我们不仅可以利用化学知识戳穿他们的不法手段,还可以利用法律武器维护我们的权益。除了A同学提出的这个问题,还有没有同学有其他想要讨论的问题?

　　【生】根据材料介绍,植脂末也就是氢化植物油,是不是通过油脂加氢得到的产物?【生】讨论后回答:氢化应该就是加氢。因为植物油和动物油在常温下状态不一样的主要原因就是不饱和度不一样,要将植物油转化成固态奶油的状态,可能就是通过植物油和氢气加成,降低它的不饱和度。【师】究竟是不是呢?我们可以利用加成的方法制备看看,能不能得到氢化植物油。【任务4】请同学们根据实验方案,自制氢化植物油。

　　【PPT展示】自制氢化植物油:在烧杯中加入约4mL芝麻油,加入镁条约2g,充分振荡均匀后,用胶头滴管逐滴滴加稀硫酸,并用玻璃棒不断搅拌,直到析出较多固体为止,然后注入冷水数毫升,振荡后静置,析出的固体即为氢化油[7]。【生】学生完成实验,并观察实验现象:溶液分层,上层有淡黄色黏稠状固体析出。

　　【师】氢化植物油确实是通过与氢气加成得到的。经过氢化的植物油硬度增加,保持固体的形状,可塑性、融合性、乳化性都增强,可以使食物更加酥脆。不过加成过程中可能产生较多的反式脂肪酸,会对人体健康产生一定程度的威胁。

　　4.3什么是健康的食用油

　　【师】通过上述实验,相信同学们对奶茶有了新的认识。那么蛋糕呢?我们再来看看刚才的蛋糕所用的原料,鸡蛋、牛奶大家都很熟识,但是这个油通常用的是什么油呢?同学们觉得做蛋糕的油需要满足什么条件?

　　【生】油本身的气味不能太重,以免掩盖蛋糕的气味,比如花生油应该不行。【师】没错,制作蛋糕可以用味道比较淡的如色拉油,而需要批量生产的商家会有专门的蛋糕油,主要成分是棕榈油。棕榈油和我们常见的花生油、菜籽油等相比又有什么特点呢?课前,老师也布置了其中一个小组去查阅资料并绘制棕榈油的海报,我们请这个小组来介绍一下棕榈油。【生】展示海报并做介绍。介绍中提及棕榈油的不饱和度较高,不适合用于食品加工。

　　【师】感谢这一小组同学的介绍,让我们对棕榈油有了一定的认识,但是老师有一个疑问:为什么饱和度较高的油脂,不被推荐用于加工食品?同学们认为评价一种食用油的品质和营养价值应该看什么?4.4如何健康地享用下午茶【师】刚才我们通过所学知识了解了奶茶、蛋糕中一些原料的理化知识,学到了一些新的名词,同时也运用我们的化学知识验证了一些说法。通过这节课的学习,有没有刷新大家对奶茶、蛋糕这些东西的看法?

　　【生1】奶茶、蛋糕中的糖分和脂肪含量都很高,最好少吃点。【生2】氢化植物油过程会形成反式脂肪酸,很不利于人体健康,最好不要吃。【生3】我觉得也不能这么绝对,如果能注意搭配,采用符合规范、质量较好的原材料,我们也可以享受到健康营养的下午茶。【任务6】为不同年龄阶段的人士设计适宜的下午茶,并说明设计意图。【生1】我为小朋友搭配的下午茶是牛奶和蛋糕,牛奶和蛋糕能够提供足够的糖类和蛋白质,为小朋友长身体提供较好的营养,当然,蛋糕制作肯定要符合规范,最好不要使用含反式脂肪酸的氢化植物油。【生2】青少年是人体生长发育十分旺盛的一个阶段,也是对各品类的小吃食比较感性的群体,所以我觉得下午茶搭配也要丰盛一些,我的搭配是无糖奶茶、三明治和水果。这样的搭配营养全面,口感丰富。同样的,奶茶用的牛奶以及其他原料也要符合规范。

　　5反思与启示

　　人体中的营养元素在高中化学、生物学科里都有涉及,在人体生命活动中也扮演着重要角色。而目前社会上对食品安全也越来越重视,健康生活逐渐成为国民追求的新风尚。但由于这部分内容非高考重点考查知识,因此在以往的复习过程中都是比较简单地将糖类、油脂、蛋白质的性质、检验方法等罗列出,更注重知识传授、习题讲评,忽视了对学生思维、实验技能、化学学科核心素养的培养。

　　本节复习课突破了原来常见教学设计的格局,借助下午茶这个学生熟知的情境,从中发掘和化学相关的问题,学生在整个过程中处于主体地位,表现出极高的兴趣和求知欲,通过自主动手完成实验,融会贯通地运用了奶茶、蛋糕等制作过程所涉及的化学知识,不仅复习了糖类、油脂、蛋白质的性质和检验方法,还提升了学生的批判性思维和问题解决能力,培养学生从化学视角审视社会问题的习惯,潜移默化地培养学生的科学态度与社会责任感等化学学科核心素养[9]。

　　参考文献

　　[1]王祖浩.普通高中教科书:化学第二册(必修).南京:江苏凤凰教育出版社,2019

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

　　[3]覃念,徐潇潇,许燕红.化学教育(中英文),2020,41(7):20-26

　　[4]第一财经商业数据中心,奈雪の茶.2020新式茶饮白皮书[EB/OL].(2020-12-03)[2021-01-08]

　　[5]深圳中商情大数据股份有限公司.2020年中国烘焙行业市场规模及发展趋势预测分析[EB/OL].(2020-09-08)[2021-01-08].

　　作者：赖珊珊1*刘双俊2