李申申
摘 要：在新课程改革的背景下，教育部门更加注重学生核心素养的培养。将化学前沿知识融入化学课堂教学，更有利于核心素养的落地。阐述化学前沿知识的价值，以化学前沿知识作为背景，以研究有机化合物的步骤和方法为例，进行教学活动的设计，展现化学前沿知识在化学教学中的重要应用。
关键词：化学前沿知识;化学学科核心素养;有机物;教学活动
2020年年初，一场突如其来的疫情，让国人的生活都按下了暂停键，也更加凸显了化学作为一门基础学科在科学研究中的重要地位。在新一轮的课程改革中，教育部门要求以“学生为本”“素养为本”，更加注重学生核心素养的培养。在此背景下，将化学前沿知识融入日常化学教学是十分必要的。学生通过化学前沿知识，完成化学知识框架的建构、拓展及延伸，更有利于培养学生的“科学态度与社会责任”。
1 化学前沿知识的概念界定及价值
1.1 化学前沿知识的概念界定
化学前沿知识是指某一化学领域的最新研究成果以及正在进行的研究课题和该领域的发展趋势等，其概念具有一定的相对性，因为科学研究并不存在绝对的前沿性知识[1]。化学前沿知识的范畴主要包括日常生活中的绿色化学、纳米材料以及新型抗癌药物等[2]，与人类生活的衣食住行紧密结合，比如用于检测新冠肺炎的核酸检测试剂盒、新冠肺炎疫苗的研发、药物的合成等。科学研究是一个长期、持续、不断发展的过程，所带来的科研成果统称为化学前沿知识。在新课程改革的背景下，化学前沿知识对于学生核心素养的培养具有重要价值。
1.2 化学前沿知识的价值
在培养核心素养的背景下，化学前沿知识的价值主要包括3个方面。
1.2.1 科学价值
化学前沿知识是科研人员不断探索和积累的成果，具备一定的科学价值。化学是一门以实验和实践为基础的实验性学科，以实验和实践来支撑理论性知识，能够帮助学生认识事物发展的规律、事物的变化，使其能够透过現象看本质。在新课改背景下，使学生掌握必要的科学探究方法是高中化学教学的主要目标之一[3]。化学前沿知识研究的过程恰恰就是承载科学研究方法、传递科学价值，将其引入化学教学中也要注意科学性及合理性，教师要将其转化为学生认知范围内的知识。
1.2.2 育人价值
化学前沿知识在教学中恰当的引入，不仅能提高学生学习的兴趣，培养学生的创新精神和实践能力，还能增强学生对化学科研的认识，培养学生对科研的兴趣以及民族自豪感。比如诺贝尔奖的获得者屠呦呦发现青蒿素，成功研制出HPV疫苗。
1.2.3 教学价值
化学前沿知识可以作为教学情景创设的素材，更新教材上的老旧知识，拓展并延伸学生的知识结构。化学课堂结合现代研究成果，可开拓学生视野，启迪学生思维，形成科学探究模型，达到“促进教学改革，提高教学质量”的目的[4]。
化学前沿知识的选取依据是化学教学内容，根据教学目标的设定来进行化学教学活动的设计，在活动中彰显化学前沿知识在培养核心素养背景下的价值。本研究以青蒿素的发现过程为背景来进行天然有机化合物的研究—利用人教版-选修五来研究有机化合物的步骤和方法。
2 化学前沿知识的选取及教学活动设计思路
2.1 化学前沿知识的选取
化学前沿知识的选取主要根据教学大纲的要求。除此之外，还需要考虑所选素材的科学性、完整性、启发性、生动性、语言的通俗性以及是否具有争议性。教师在进行教学活动设计以及素材选取时，需要注意以下几个方面：首先，教师在课前应充分研读教学大纲和教材，分析学情，制定课堂教学方案和目的[4];其次，确定素材，利用与教学内容相关的关键词查阅化学前沿知识;最后，在查阅后，将素材进行分类、筛选、备用。
以人教版-选修五研究有机化合物的步骤和方法为例，本节课的内容重点介绍了有机化合物的分离与提纯（蒸馏、重结晶、萃取、色谱法）、元素分析与相对分子质量的测定（元素分析、相对分子质量的测定-质谱法）以及分子结构的鉴定（红外光谱、核磁共振氢谱）3个部分知识，恰好构成研究天然有机化合物的基本步骤与方法。
选取青蒿素作为化学前沿素材的主要原因为：一是青蒿素是近年来被频繁提及的有机物，在中、高题目中作为考试素材，而且关于青蒿素被列入化学史的议题被多次提出，体现青蒿素作为化学史料的重要地位;二是青蒿素的发现过程与本节课的教学内容相契合，青蒿素的发现者屠呦呦也因此获得诺贝尔奖，可增强学生的民族自豪感;三是青蒿素作为治疗疟疾的药，可以拯救无数人的生命。
2.2 教学活动设计思路
以线索的方式再现青蒿素被发现的历史，引导学生分析并思考值得研究的问题，在不断研究与解决问题的过程中，从感悟到应用再到掌握科学方法[5]。教学活动设计思路包括3条线：第一条是情景线，青蒿素作为情景素材和教学环节的切入点;第二条是知识线，将大纲要求的知识线与青蒿素的情景线对应，以情景线承载所学知识;第三条线是素养线，培养学生的化学核心素养。基于这3条线进行教学活动的设计。
3 化学前沿知识在有机化合物教学中的教学活动设计
依据教学设计思路进行具体的教学活动设计，为化学前沿知识在化学教学中的可操作性、可行性提供实践依据;化学前沿知识在化学核心素养中发挥的作用和价值具体真实，使核心素养的培养不再空洞。
（1）环节一：情景导入—诺贝尔医学奖获得者屠呦呦。
（教师）大家观看图片，她是谁呢？她获得了什么奖？她发现了什么呢？
（学生）她是诺贝尔医学奖的获得者屠呦呦，她发现了抗疟神药—青蒿素。
（教師）当时她获奖时国人都很振奋，是第一个我们本土培养出来的诺贝尔奖获得者，她研究发现了青蒿素。青蒿素的问世，使得抗击疟疾取得了突破性的进展。据相关数据统计，2015年与2010年相比，全球疟疾新增感染人数下降37%，死亡率下降60%，可折算为620万人的生命被拯救[6]。
（过渡）这么神奇的药物是怎么被发现的呢？下面我们跟着科学家的视角探索青蒿素的发现历程。
（教师）为什么要研制青蒿素呢？这还要从一种疾病（疟疾）说起。接下来我们看看资料卡片，说出抗击疟疾的重要性。
（学生）疟疾对人的生命健康危害极大，而且是通过我们最常见的蚊子来传播的。
（2）环节二：建构新知—分离、提纯。
（教师）同学们说的非常正确，正因为这样才要进行青蒿素的研究，那么最开始是如何提取青蒿素的呢？其实东晋时期，著名的医师葛洪在《肘后备急方》中记录了提取青蒿的方法，“青蒿一握，以水二升，渍绞取汁，尽服之”[7]，而屠呦呦正是受此启发，这个启发是什么？
（学生）这个启发是萃取。
（老师）萃取青蒿素时需要进行萃取剂的选取，因为青蒿素是有机物，易溶于有机溶剂，且在低温下的萃取效果更好。屠呦呦选取的萃取剂是过乙醚和乙醇，但最终确定的是乙醚，这是为什么呢？
（学生）乙醚的萃取效果好。
（老师）正确，乙醚和乙醇都是有机溶剂，乙醚的沸点低于乙醇（乙醇中含有氢键），有利于形成低温环境。
（3）环节三：建构新知—元素组成及分析方法。
（过渡）青蒿素的发现过程是十分曲折的，屠呦呦在参考了《肘后备急方》后，终于在1972年提取了抗疟的有效成分，并命名为青蒿素。这是一种只含C、H、O 3种元素的有机物，分子式为C15H22O5，是熔点在156～157 ℃的无色晶体[8]。
（老师）同学们思考以下几个问题：确定元素组成的方法有哪些？上述方法中哪个是定性分析法，哪个是定量法，或者既是定性分析又是定量分析？有机物的实验式又叫最简式，如何确定？以CH3CH3为例，最简式、分子式、结构式、结构简式是什么？
（学生）李比希法，现代元素分析仪，二者既包括定性分析又包括定量分析。通过以上方法，即可确定各原子的最简整数比，由此确定实验式：
（4）环节四：建构新知—质谱法。
（老师）那么当我们知道实验式之后如何确定分子式呢？
（学生）需要知道相对分子质量才能确定分子式。
（老师）没错，在我们高中范围内，有机物的相对分子质量的测定一般采用的方法是质谱法（Mass Spectrometry，MS）。用高能电子流轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子[9]。两者因具有不同的相对分子质量，在磁场的作用下，到达检测器的时间有别，结果被记录为质谱图[9]。最右边的分子离子峰则为未知物A的相对分子质量。
（老师）观看教材上的质谱图，我们发现，最右侧的离子峰CH3CH2+OH表示的就是未知物A的相对分子质量。未知物A的相对分子质量是46。青蒿素分子式的确定也是依赖于此，在1975年年初便确定了青蒿素是分子式为C15H22O5的倍半萜内酯化合物，不含羟基和双键[10]。
（5）环节五：巩固新知。
（教师）今天，我们以青蒿素为例，学会探究物质的组成、结构、性质的方法，而探究这些的目的就是应用并造福人类。青蒿素可以用来治疗疟疾。大家可以在课后继续查阅文献和资料，深入了解青蒿素，本节课我们就上到这里。
4 结语
化学前沿知识在化学教学中的应用有很多，成熟的案例相对较少。大胆地尝试将化学前沿知识与化学课堂教学进行深度融合。在新课程改革的背景下，及时更新教材知识，拓展学生知识面，发散学生思维，形成科学探究的思维方法，建构实验探究模型，使化学学科核心素养能够真正转化并内化为学生的核心素养。
[参考文献]
[1]季春阳，付伟凭，廖志刚.新课程实施中对化学前沿知识课程资源的开发与利用[J].中学化学教学参考，2008（4）：32-33.
[2]李美霞.基于学科核心素养的前沿知识在中学化学教学中的应用研究[D].烟台：鲁东大学，2019.
[3]陆伟.浅谈化学前沿知识融入高中化学教学的应用[J].中学化学教学参考，2019（16）：8-9.
[4]舒青龙，冯洁，翁美芝.“科学前沿进课堂”—高校生物化学特色教学初探[J].生命的化学，2017，37（6）：1095-1099.
[5]柯馨瑶，卢伟.以青蒿素为背景培养化学学科核心素养的教学设计—科学家怎样研究有机物[J].化学教育（中英文），2020，41（9）：101-106.
[6]袁岚峰.诺贝尔奖后又有突破，屠呦呦发现青蒿素是怎样的贡献[EB/OL].（2018-04-17）[2021-02-20].https：//www.sohu.com/a/228534765_788170.
[7]张铁军，王于方，刘丹，等.天然药物化学史话：青蒿素—中药研究的丰碑[J].中草药，2016，47（19）：3351-3360.
[8]马子颂，许秀华.屠呦呦回顾青蒿素发现艰难历程[EB/OL].（2016-11-20）[2021-02-20].http：//www.360doc.com/content/16/1120/20/37859631_608068446.shtml.
[9]课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书·化学·选修5[M].北京：人民教育出版社，2007.
[10]吴毓林.青蒿素—历史和现实的启示[J].化学进展，2009，21（11）：2365-2371.
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