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1、新冠抗原检测中的“巨星”超分子宣城市第二中学刘芳一、课标呈现1 .了解人类探索物质结构的过程，认同“物质结构的探索是无止境的”观点，了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义。2 .初步认识物质的结构与性质之间的关系，知道物质结构的研究有助于发现具有预期性质的新物质，以及为设计与合成这些新物质提供理论基础。认识研究物质结构有助于了解材料的结构与性能的关系，对优化物质结构、改善材料性能具有重要意义。3 .能从物质微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念。二、教学内容分析1 .内容分析本节课的核心内容是超分子。结合生物上已经学过的抗原-抗体特异性结合
2、，DNA中碱基互补配对入手，从结构角度重新认识这些生物大分子的特异性结合，从而帮助学生建立结构决定性质，性质决定功能的化学思想。本节课主要从新冠抗原检测的原理出发，并指出其中蕴含超分子的知识，激发学生学习超分子的兴趣。从学生熟悉的DNA分子入手，剖析其内部两条链的结合方式，引出超分子的概念。其中，通过腺嚓吟（A）与胸腺嗑噬（T）结合，鸟喋吟（G）与胞嚏（C）结合，得出超分子的第一个特征分子识别。通过碱基互补配对、酶和底物结合解释进行分子识别的两种途径：分子间作用和尺寸匹配。展示冠酸与钾离子的识别，冠酸与CKI的识别。在分子进行识别后，两分子要结合，这一结合的过程即为自组装。自组装是指结构较简单
3、或较小的分子从无序状态，在无外界干预的条件下，通过相互作用自行聚集，组织成规则结构的现象，是形成超分子结构的重要方式。学生了解了超分子的结构和性质后，再强调超分子的功能，为学生树立结构决定性质，性质决定功能的化学思想。以杯酚分离C6。与G。、冠酷做相转移催化剂为例，最后介绍生物体内的一些超分子的功能。最后从对超分子学习的过程，使学生学会从超分子、大分子、分子等不同尺度认识物质结构的学习方法。2 .素养呈现微观结构决定宏观性质，宏观性质决定主要功能，这就需要学生能基于超分子的功能，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题，发展学生宏观辨识与微观探析，证据推理与模型认知，科学探究与创新意识，科学
4、态度与社会责任。三、学情分析学生在生物课上已经学习了分子的特异性结合以及结合后所表现出来的功能，也初步了解了DNA的结构；在化学必修课程中已经学习了分子间作用力，以及相似相溶的原理。在生物上学生学习了能够特异性结合的分子，例如DNA,蛋白质，磷脂双分子层等，但是并不知道这些能够特异性结合的分子就是超分子,对超分子的知识并不熟悉。例如,超分子是什么？超分子的特点是什么？超分子有哪些用途？四、教学目标1 .以抗体与抗原特异性结合为例，认识生命中常见的超分子及功能。2 .以DNA碱基互补配对原则为例，认识超分子的特征3 .以杯酚和冠雁为例，介绍超分子的功能五、教学方法实验法、讨论法六、教学重点、难点
5、重点：生命体中常见的超分子及超分子的特征难点：超分子的形成与应用七、教学流程八、教学过程环节一：初探超分子【情境】随着2019年新冠疫情的爆发，我们现在每周都要做核酸，除了核酸检测，还可以用抗原检测来检测新冠病毒，抗原检测的原理是什么？【播放视频】播放核酸检测的动画视频【导入】抗原检测的原理里面蕴含着超分子的知识,今天我们就来学习抗原检测中的“巨星超分子”【任务I-IlDNA双螺旋结构中的两条链如何连接？【活动1-1）画出腺喋口令（A）与胸腺畸喔（T）,鸟噂吟（G）与胞喀噬（C）形成的氢键。.N-H【归纳11】A和T,G和C之间依靠氢键结合，并且在DNA复制的过程中，两条链中的氢键断开并不影响
6、碱基的性质，因为氢键属于分子间作用。DNA属于超分子，超分子指的是分子（离子）和分子（离子）之间通过分子间相互作用结合形成的分子聚集体。评价任务1根据学生画氢键的情况评价学生从分子、原子水平认识物质的能力。另外，根据学生书写情况判断其对化学符号的使用能力。根据课堂中生成的问题评价学生的质疑能力。根据学生回答情况判断学生对不同学科知识的相互连通能力。设计意图从时下热点新冠病毒的检测出发，激发学生学习兴趣。创建DNA双螺旋结构形成的情境，设置学习任务，诊断学生是否能从大分子、分子、原子层面认识超分子。环节一学生表现评价标准评价水平水平1水平2水平3水平4评价标准能说出DNA中碱基通过氢键连接能说出
7、DNA中碱基通过氢键连接，且能够画出形成氢键的部位能从原子的电负性角度分析碱基形成氢键的原因能根据碱基之间形成氢键，结合氢键的特征，说明DNA解旋的原理环节二，再探超分子【情境】腺喋吟(A)和胸腺啼咤(T)结合，而不与胞喀嚏(C)结合的原因？【任务2-1】画出腺喋吟(A)与胞啮唯(C)形成的氢键。H脱领核捺【活动2-1】学生讨论，合作完成【归纳2-1由于空间因素，腺喋吟(A)与胞啥喔(C)形成一根氢键，腺喋吟(A)和胸腺喀咤(T)形成2根氢键，其中形成两根氢键更加稳定。我们把像腺喋口令(A)这样只与胸腺嗑噬(T)结合的性质叫做分子识别，这也是超分子的特征之一。腺喋吟(A)和胸腺嘴咤(T)之间是
8、通过氢键相互识别。评价任务2：围绕学生熟悉知识(A与T特异性结合)再进行提问(A不与C结合？)评价学生对已学知识再思考的能力。设计意图：诊断学生对氢键模型的理解程度，将化学事实与理论模型之间进行关联和合理匹配的能力。通过A与T、A与C形成氢键的对比，认识A与T特异性结合的原因【过渡】除了可以像碱基这样通过形成分子间作用一氢键进行分子识别，还可以像酶与底物的结合一样。【任务22】思考酶如何识别底物？【活动2-2】学生思考【归纳22】分子识别可以通过分子间作用，也可以通过尺寸互补【任务2-3解释冠健识别金属离子：杯酚识别C60的原因【活动23】学生思考、讨论【归纳2-3冠酸和杯酚是通过尺寸匹配来识
9、别金属离子和C60的评价任务3：诊断学生借助宏观模型理解微观粒子结构决定性质的能力。设计意图：通过DNA碱基互补配对，酶与底物特异性结合，帮助学生进一步理解分子识别的原理，认识超分子的特征。【任务2-4】分子与分子进行识别后还要通过分子间作用相互结合形成超分子结构，这种结合的过程，我们称之为自组装。其中，DNA中的碱基是通过氢键自组装成双螺旋结构，磷脂分子是通过疏水作用形成磷脂双分子层结构。氢键和疏水作用都属于分子间相互作用。【活动2-4】指出杯酚和C60是如何形成超分子的？18冠6与K+是如何形成超分子的？【归纳2-41C60与杯酚通过分子间作用力形成超分子；18-冠4与K，是由于静电作用形
10、成的超分子。评价任务4：通过学生回答情况评价学生利用信息解决问题的能力；根据学生回答情况评价学生利用原子结构判断成键情况的能力。设计意图：以DNA双螺旋结构、磷脂双分子层探究自组装的原理，再利用杯酚和冠酸这样具体结构的物质，帮助学生了解分子与分子结合形成超分子的原因，认识超分子的另一特征：自组装。环节二学生表现性评价标准评价水平水平1水平2水平3水平4评价标准能够指出超分子的特征：分子识别与自组装。能够用模型表示出分子形成超分子的过程并说明分子识别与自组装的原理能够从原子、分子水平分析分子识别与自组装的原理能够运用分子识别与自组装的特点，解释杯酚和C60、冠醒和金属离子形成超分子的原因环节三，
11、超分子的应用【过渡】上面介绍了超分子的结构与性质，结构决定性质，性质决定功能，那么超分子有哪些功能呢？【情境】生命体内功能各异的超分子【任务3-1】分离C60与C70【活动3-1】展示杯酚分离C60与C70,学生看图说明其原因【归纳3-1杯酚可以通过尺寸匹配识别C60并与C60形成分子间相互作用结合形成超分子，而不与C70结合，由于C70溶于甲苯且C60-杯酚超分子不溶，即可通过过滤分离C60-杯酚超分子与C70,最后利用杯酚溶于氯仿将C60与杯酚分离。所以我们可以利用超分子来分离物质。评价任务5：通过学生回答情况评价学生对超分子概念及特征运用的能力；评价学读取信息的能力。设计意图：以生物体内
12、结构各异、功能各异的超分子为情境，突出结构决定性质，性质决定功能的观念。通过杯酚与C6O与Cio流程图模型，建立认知模型，运用模型解释分离过程。【任务32】甲苯与高锈酸钾反应生成苯甲酸【活动3-2】二苯并18-冠-6、甲苯与高锌酸钾实验【归纳3-2】由于冠酸能与阳离子（尤其是碱金属阳离子作用）并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。在这里，高锌酸钾水溶液与苯不互溶，对苯的氧化效果较差，在苯中加入冠酸时，冠酸通过与K+结合而将Mno4也携带进入苯；冠酸不与Mno4结合，使游离或裸露的MnOl反应活性很高，从而使氧化反应能够
13、迅速发生。这里，冠酸与金属离子的聚集体可以看成是一类超分子。在反应前后冠酸没有发生变化，却加快了化学反应速率，因此冠酸可以作为催化剂，解决有机物与无机物反应时不相溶的问题。【评价3-2根据学生回答情况评价学生观察实验现象，描述实验现象的能力。根据学生对原理解释情况，评价学生运用已有知识解释实验现象的能力。评价任务6：诊断并发展学生对实验现象的观察与描述能力。认识到宏观现象变化必然伴随着微观粒子的变化。设计意图：通过演示实验，使学生积累收集证据，并基于证据提出关于物质组成、结构及变化的观点的学习体验。环节三学生表现性评价标准评价水平水平1水平2水平3水平4评价标准能够识别杯酚与C60的模型；能够
14、从冠酸与高铳酸钾的实验中收集证据能够结合图示解释杯酚分离Ceo与C?o的原理；能根据实验现象，推出合理的结论能够通过定性地分析推出合理的结论，能从原子角度分析形成超分子的原理。能从碳原子的杂化角度分析形成超分子的过程。化学史【情境】展示超分子研究化学史1852年519世纪30年代1967年1978年51987年前景-德国科学家费歇尔(E.Fischer)提出“锁-钥匙”模型奠定了现代超分子科学理论的雏形。德国科学家沃尔夫(K.L.Wolf)创造了“超分子”一词，用来描述分子缔合而成的有序体系。美国科学家佩德森(C.J.PederSen)发表了关于冠酷的合成和选择性结合碱金属的报告。法国科学家莱
15、恩(J.M.Lenh)提出了“超分子化学”概念。佩德森、莱恩、克来姆因在主客体化学和超分子化学领域成就获诺贝尔化学奖。我国张希院士、袁咏华院士通过人工合成的超分子可以模拟自然界中的超分子体系实现多种功能。【任务4】根44上述超分子研究的化学史，了解d超分子研究的彳介值和意义【活动4】思考交流【结论4超分子独特的结构使其区别于经典化学从原子、分子研究物质结构的视角，同时表现出某些特殊的性能，渐渐由超分子化学发展为涉及材料科学、信息科学和生命科学等跨学科的超分子科学。评价任务7：根据学生阅读化学史后的回答情况评价其对科学研究做出正确的价值判断的能力，能参与有关化学问题的社会实践活动的能力。【设计意
16、图】通过超分子化学研究的化学史，引导学生了解人类探索超分子的过程，认同“物质的探索是无止境的“，感受从原子、分子视角到超分子的过程，认同“物质结构的探索是无止境的”，感受从原子、分子视角到超分子尺度认识物质结构的意义，体现正是通过科学家在探索过程中不断的继承与创新，才推动了科学的不断发展。评价水平水平1水平2水平3水平4评价标准能列举事实说明化学对人类文明的伟大贡献学习科学家的研究方法，理解科学研究的过程。学习科学家高尚的品质、科学态度与人文精神。认识化学学科特点，形成化学思维方式。【课堂小结】本节课我们站在微观的角度，剖析了生物体内的超分子，知道它们是由分子与分子相互识别，并通过分子间作用自
17、组装成分子聚集体。并且了解了超分子具有单个分子没有的功能，这对我们合成新的材料具有重大意义。板书设计课时作业设计水杨酸具有疏松毛孔，消炎，治疗座疮的功效，但由于其微溶于水，易溶于酒精，所以往往将水杨酸溶解在酒精中制成洗面奶或者护肤品中。由于酒精对皮肤有刺激，所以含有水杨酸的洗面奶销量低迷。博乐达公司合成了一种超分子水杨酸，这种超分子水杨酸易溶于水。（1） 结合图示，说明超分子水杨酸包含哪些分子（2） 请结合图示说明超分子水杨酸的形成原理（3） 结合背景与超分子的知识，说明超分子水杨酸相比于水杨酸的优势。（教学目标1,2,3）九、教学反思本节课从新冠抗原检测原理入手，从时下热点出发，激发学生学习
18、兴趣。以DNA碱基互补配对为切入点，引出超分子的概念：分子与分子之间通过分子间作用形成的分子聚集体。由腺喋吟（A）与胸腺喀噬（T）的特异性结合引出超分子的特征之一：分子识另IJ。再由能与蛋白质特异性结合说明分子识别的方式：1.分子间作用，2.尺寸匹配。生物上，特异性指的就是分子识别，那么结合指的就是自组装一超分子的另一特征。自组装需要分子和分子之间形成作用力。介绍完超分子的结构与特征（性质），树立结构决定性质，性质决定功能的化学观念。最后，介绍超分子的功能，通过生物上超分子的功能,感受超分子广泛的用途,再用杯酚和冠酸的例子具体说明超分子是如何分离物质，如何做催化剂。通过超分子化学史的介绍，学生
19、能够感受到人类了解超分子的过程，认识到科学研究是无止境的，十、教学评价1 .立足情境，引发学生深度学习本节课遵循深度学习基本教学模式：情境-问题/任务-活动知识-素养。真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会。深度学习也始于情境，教学中创设了新冠抗原检测的真实情境，DNA碱基互补配对，生物体内超分子的应用等真实情境，并立足于这些真实情境，设置问题启迪学生全身心投入学习，如腺喋吟（A）为什么不与胞嘴咤（C）结合，引导学生深入思考、进行解释，促使学生认识到分子识别的本质，在活动中重新认识生物体内的一些超分子。鉴于学生对超分子的认识有
20、限，本节课对于超分子只做了简单的介绍，没有对超分子广泛的功能详细分析。2 .突出学科交叉，促进学习方式转变跨学科的本质是强调学生综合应用相关学科知识解决实际问题,促进学生核心素养和高阶思维的发展。未来学生需要更广泛的专业知识，并非死记硬背的知识，这更需要培育学生的跨学科素养和知识联结能力。本节课中利用了大量生物知识，例如碱基互补配对，酶与底物结合，抗原-抗体结合，学生对生物超分子的理解只停留在特异性结合，至于什么是特异性，什么叫结合，大多数学生没有深入思考过。在介绍超分子的过程中，就从化学的角度解决了生物学科没有解决的问题，深化了学生的理解，建构了学生的知识体系。学生在今后各学科的学习中，有了
21、学科交叉的意识，能够将学科与学科相互联系，相互融合，构建知识体系。3 .基于问题，培养学生创新能力指向核心素养的课堂教学不能脱离核心知识，知识的发展核心素养的载体，而创新是知识的转化和整合，培养学生的创新能力，离不开对知识的深度理解。本节课从创设的真实情境中设置“问题串”，用问题串把化学知识从外延伸到内，逐层清晰地展示给学生，帮助学生自主建构和理解，化学的本质。例如，本节课利用DNA结构，设置了进阶问题：（1）DNA两条链如何连接；（2）碱基之间的氢键如何形成；（3）A为什么只和T结合，而不与C结合。这三个进阶问题，引导学生思考生物上特异性结合的原理以及超分子的形成过程。4 关注评价，探查课堂
22、学习效果本节课的教学是将素养导向的学习任务嵌入到课堂教学过程中，通过学生活动，教师的追问来显现学生的思维过程，有利于教师判断学习目标的达成情况。例如，环节一中，画出腺嗯吟（A）与胸腺啥呢（T）,鸟喋吟（G）与胞喀噬（C）形成的氢键，该活动具有素养诊断价值，水平1的学生只能说出碱基之间通过氢键连接，但无法画出氢键的位置；水平2的学生可以画出可能形成氢键的部位，但没有考虑到空间因素；水平3同学可以准确的画出碱基之间形成的氢键，由此判断学生对氢键模型的理解程度。在环节三中，通过实验探究冠酸作催化剂的原理，水平1的学生可以描述实验现象；水平2的学生可以结合前面介绍的分子识别建立冠酸与钾离子形成超分子的模型，但没有联想到冠醒-K+超分子带正电，会吸引MnO-从而使高锌酸根溶于甲苯。水平3的学生能很好的借助冠雁-K+超分子模型解释甲苯与高镒酸钾反应速率加快的原理。
