探究氨基酸的两性教学实录与评析

“探究氨基酸的两性”教学实录与评析

一、设计思想如何引导学生认识氨基酸的两性？氨基酸可以跟碱反应，这一点学生很容易接受。为什么氨基酸可以跟酸反应？在讲解时，多数教师以类比，自与酸反应迁移至氨基酸与酸反应，并时常辅之以分析分子结构的变化，帮助学生理解上述问题。翻阅近年来各种版本教材，有关氨基酸的两性多以文字叙述为主，鲜见实质性探究过程，尤其缺少贴近中学生学习、生活的实验、实践案例。在本课例中，教师选择“味精”作为研究氨基酸的起点。通过学生分组实验，配置饱和味精水溶液，并从饱和味精水溶液中制备谷氨酸晶体，进一步实验探究谷氨酸的两性。二、课前准备教师、实验员准备以下相关实验材料：(1)药品、试剂：①NaOH溶液；②盐酸(2)；③水；④味精（市售，谷氨酸钠含量≥99%）。(2)实验仪器、用品：试管（10支）、试管架（1个）、药匙（1支）、胶头滴管（4支）、激光笔（1支）等。说明：以上仪器、试剂、用品等各需15套，用于学生分组实验，探究氨基酸（谷氨酸）的两性。三、教学过程教师：味精是我们生活中常用的调味品，你了解味精吗？学生：味精可以提鲜，是一种氨基酸在作用。学生：味精放多了，味咸。味精可能是一种钠盐。［投影展示］味精样品的包装及实物外观精美图片。教师：现在大家看到的味精，其谷氨酸钠含量≥99%。这是味精的样品。为了认识味精，我查阅了一些资料，期望与大家分享。［投影展示］资料1味精的化学成分是谷氨酸的一元钠盐。资料2表1资料3在谷氨酸分子结构中，处在氨基α-位的羧基酸性更强。预设与生成：据课前了解，学生生活中最“熟悉”的氨基酸的盐莫过于“味精”了。但是，在完成本节课学习之前，学生对于“味精”的化学成分、性质等知之甚少。教师查阅刑其毅教授主编的《基础有机化学》，择其重要信息传递给学生，意在丰富有关知识，强化信息素养，与学生共同体验阅读、思考的乐趣，激发学生投入科学探究的强烈愿望。教师：请大家写出谷氨酸分子的结构简式。能否进一步写出“味精”可能的分子结构简式？学生：写出谷氨酸分子的结构简式；写出“味精”可能的分子结构简式。【投影展示】教师：“味精”可能的分子结构简式有两种。你认为哪一种结构式为主？学生：可能第一种结构式为主。预设与生成：如何捕捉并理解味精的有关信息？学生通过书写谷氨酸的结构简式，不仅回忆有机物“系统命名法”，而且更加关注官能团氨基和羧基的个数和“位置”。学生在推测谷氨酸一元钠盐的两种结构时，必然考虑官能团之间的相互影响。结合资料3相关信息，学生推测，味精的化学成分以处在氨基α-位的羧基所对应的一元钠盐为主。学生并未否定另一种结构存在的可能，同时，有同学提出：“如何由谷氨酸制备上述目标产物呢？应该怎样控制反应条件？二元钠盐会不会影响味精的品质呢？……”上述问题虽看似稍偏离主题，但足以见得学生思维开放且富有理性，自由且不失严谨。［思考与交流］如何从饱和味精水溶液获得谷氨酸？教师：请大家思考，如何从饱和味精水溶液获得谷氨酸？学生：酸化。教师：为什么？学生：强酸可以制备弱酸。教师：何以见得谷氨酸是弱酸？你期望选择什么强酸进行酸化？学生：谷氨酸结构碳链较长，还有氨基，酸性应该比较弱。我期望选择盐酸或稀硫酸，因为它们氧化性不强，比较“温和”，可能不会破坏谷氨酸的结构……教师：结合前面所给的资料信息，你能否预测可能出现什么现象？学生：可能会有沉淀生成。教师：让我们以实验来求证吧！预设与生成：如何从饱和味精水溶液获得谷氨酸？这一问题必将引发学生一系列思考，涉及反应原理、试剂的选择、现象的预测等。不仅让学生明晰探究思路，更侧重于引领学生自觉培养独立思考、自主学习的习惯，唤醒其亲力亲为、乐于实践的内驱力。［实验探究］谷氨酸的制备与两性，学生：以小组为单位，配制饱和味精水溶液，备用。学生：以小组为单位，按表2中步骤1、2、3进行探究。教师：指导学生进行实验探究。提醒学生认真观察，填写实验报告（如表2所示）。表2实验探究［投影展示］2份学生实验报告。教师：请相关同学结合自己的实验报告简要说明探究过程。学生：步骤1，取约2mL饱和味精水溶液于试管中，滴加约1mL浓度为2的盐酸，振荡，静置，可以看到试管中起初是无色澄清溶液，大约半分钟后，在均一透明的溶液中均匀地弥散着极其细小的白色固体颗粒，而且，颗粒迅速长大，最后，生成白色沉淀。学生：老师！我们仔细记录了全过程。从溶液到胶体，继而生成白色悬浊液，最后生成白色沉淀。这是谷氨酸结晶析出了！教师：你是如何知道生成胶体的？学生：我用激光笔照射试管中的液体，中间一段时间有丁达尔现象啊！学生：我看到了美丽的谷氨酸结晶，这可是我亲自制备的晶体！教师：有的同学按步骤1做了两次。是否还有新的收获？学生：我们小组得到的白色沉淀紧紧地附着在试管内壁上，难以倾倒至另一支试管中，所以重做了一遍。教师：为什么最终生成白色沉淀？其成分可能是什么？学生：是谷氨酸晶体。学生：那么，试管中的水跑到哪里去了？学生：我认为，这种白色沉淀应该是谷氨酸的水合物！学生：这种白色沉淀与盐酸或NaOH溶液作用，瞬间就溶解掉了。学生：我们按步骤1的第一次实验“失败”了，没有看到沉淀，郁闷！教师：第一次实验没有看到沉淀，为什么？第二次呢？学生：第二次得到了白色沉淀。现在想想，可能是第一次实验中盐酸加多了！预设与生成：设计实验探究谷氨酸的制备与两性，教师将配制饱和味精水溶液安排在课堂中完成，意在让学生感受“味精”与谷氨酸的溶解度差异，深刻理解“酸化法”制备谷氨酸的反应原理。学生不仅获得了谷氨酸，而且更加关注谷氨酸生成的过程。“从溶液到胶体，继而生成白色悬浊液，最后生成白色沉淀。”学生对实验现象的观察、记录可谓细致入微。学生见证谷氨酸生成的过程，并发现“美丽的谷氨酸结晶”，自然能感受化学的无穷魅力。实验中的“失败”是难免的，是不容回避的。“失败”能生成问题，问题可引发有意义的思考。学生正是在“实验反思”中，超越了“照方抓药，重复实践”的浅层次探究，提升了对相关反应原理的理解。教师：刚才，我们通过酸化，从饱和味精水溶液获得了谷氨酸。实验发现：谷氨酸既可以溶于盐酸，又可以溶于氢氧化钠。为什么呢？［投影展示］氨基酸在酸、碱条件下的转换板书：1.两性教师：下面，我们从原理上分析刚才的实验过程。我们以这样一种阴离子表示氨基酸的羧酸盐，加酸，羧酸根结合氢离子，生成相应的氨基酸。我们看到，谷氨酸溶解度很小，结晶易析出。继续加酸，氨基则可以结合氢离子，生成这样二种阳离子，即相应的铵盐。铵盐溶解度较大，可获得澄清的溶液。如果向氨基酸中加碱，羧基解离的氢离子则和碱发生酸碱中和，生成相应的羧酸盐。羧酸盐溶解度较大，同样可获得澄清的溶液。显然，这样一种铵盐也可以与碱反应，生成相应的氨基酸。所以，氨基酸既可以跟酸反应，又可以跟碱反应，具有两性。氨基酸之所以具有两性，是氨基酸分子中的两个官能团在发挥作用。学生：氨基和羧基。教师：接下来，请大家写出步骤2、步骤3所发生的化学反应方程式（略）。板书：步骤2、步骤3发生的化学反应方程式（略）。预设与生成：在学生完成自主探究实验的基础上，由特殊到一般，从谷氨酸推广到氨基酸，师生剖析反应原理，解读氨基酸的两性，揭示氨基和羧基的重要作用。顺应学生认知规律，思路顺畅，言简意赅。四、教学反思尊重学生的教学主体地位。关注学生学习方式的转变，追求探究性，强调自主性。自主源自思想的独立，“自主”与“引领、互助、合作、交流”绝不矛盾。学生的“自主学习”建立在教师的“科学引领”及同伴间“真诚互助、密切合作、用心交流”之基础上。自主不仅仅是一种学习方式，更应该成为一种习惯。在“充分预设”中追求“灵动生成”。只有做好“充分预设”，才能追求“灵动生成”。预设不仅仅是课前教师备课，而更为重要的是师生共享一段阅读、思考、实践、感悟的教学过程。在阅读中思考，在实践中感悟，在感悟中生成。生成发于自然，自主彰显灵动。遵循学生的自然发展规律。“从溶液到胶体，继而生成白色悬浊液，最后生成白色沉淀。”