運(yùn)用POE教學(xué)策略探秘維生素C的化學(xué)知識(shí)

孫帥妮 李艷 郭云倩 李冰

摘? 要 運(yùn)用POE教學(xué)策略，結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)方法探秘維生素C的化學(xué)知識(shí)，通過對(duì)維生素C還原性和酸性的實(shí)驗(yàn)探究，加深學(xué)生對(duì)維生素C知識(shí)的理解。結(jié)合POE教學(xué)策略加強(qiáng)學(xué)生的主體地位，提升學(xué)生科學(xué)探究能力和解決問題的實(shí)踐能力，發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 高中化學(xué);POE教學(xué)策略;維生素C;核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)探究

中圖分類號(hào)：G633.8? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）17-0085-03

1 前言

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確提出要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)以實(shí)驗(yàn)探究的方式促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的建構(gòu)[1]。化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中借助實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生更加直觀地理解相關(guān)知識(shí)。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師一般更注重實(shí)驗(yàn)的解釋，忽略了學(xué)生對(duì)原有知識(shí)的探查和對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的預(yù)測，且大多以演示實(shí)驗(yàn)的方式展示出來，忽略了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。要提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，就需要選擇更加合適的教學(xué)策略。

POE教學(xué)策略是“Predict-Observe-Explain”，即“預(yù)測—觀察—解釋”，是在建構(gòu)主義和前概念等學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上提出的一種教學(xué)策略，旨在通過預(yù)測發(fā)現(xiàn)學(xué)生原有的認(rèn)知，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終經(jīng)過解釋，促進(jìn)學(xué)生對(duì)新舊知識(shí)的概念轉(zhuǎn)化和知識(shí)體系的建構(gòu)[2]。POE教學(xué)策略改變了以往實(shí)驗(yàn)中以教師為主的演示實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，讓學(xué)生在自主動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的過程中探究知識(shí)，提升化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量;同時(shí)，學(xué)生是基于自己的預(yù)測帶有目的地去審視探究實(shí)驗(yàn)的，增強(qiáng)了活動(dòng)的指向性和針對(duì)性，有助于激發(fā)自主探究的欲望和建構(gòu)新知識(shí)。

本文運(yùn)用POE教學(xué)策略以探秘維生素C的化學(xué)知識(shí)為主題，通過實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證維生素C的還原性和酸性等化學(xué)性質(zhì)，在真實(shí)生活中從化學(xué)視角發(fā)現(xiàn)維生素C的奧秘，加深學(xué)生對(duì)維生素C知識(shí)的理解，在整個(gè)探究過程中充分培養(yǎng)學(xué)生探究思考的能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，以及結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途的化學(xué)科學(xué)思維。

2 POE 教學(xué)策略的思路構(gòu)建

通過對(duì)相關(guān)POE教學(xué)策略理論知識(shí)的探索，提出以學(xué)生為主體的、符合學(xué)生發(fā)展思維的POE教學(xué)策略的實(shí)施流程，如圖1所示。

3 運(yùn)用POE教學(xué)策略探秘維生素C的化學(xué)知識(shí)

環(huán)節(jié)一：課題引入? 獼猴桃中蘊(yùn)含著豐富的維生素C，深受人們的喜愛。在日常生活中可以看到，在服鐵劑時(shí)通常會(huì)選擇維生素C片或者選擇獼猴桃等富含豐富維生素C 的水果一起搭配進(jìn)食。學(xué)生對(duì)獼猴桃蘊(yùn)含豐富的維生素C比較熟悉，但很少從化學(xué)知識(shí)的角度去思考：維生素C具有哪些用途？為什么維生素C在小腸和血液中可以促進(jìn)Fe2+

的吸收？為什么在服鐵劑時(shí)要選擇獼猴桃等富含維生素C的水果搭配一起進(jìn)食呢？

【設(shè)計(jì)意圖】以生活中常見水果獼猴桃引入，基于真實(shí)的實(shí)際問題具有針對(duì)性和趣味性，學(xué)生感覺很熟悉。維生素C中蘊(yùn)含豐富的化學(xué)知識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的探究欲望和學(xué)習(xí)興趣。

環(huán)節(jié)二：猜想預(yù)測? 教師提問：“為什么維生素C在小腸和血液中可以促進(jìn)Fe2+的吸收？維生素C具有什么樣的性質(zhì)？”學(xué)生通過小組討論分析得出，對(duì)于維生素C具有怎樣的性質(zhì)，可以從物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩個(gè)方面去考慮，根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)以及查閱相關(guān)資料得出維生素C的物理性質(zhì)。維生素C（Vitamin C）呈白色、無味的晶體狀，分子式為C6H8O6，分子量為176.12 g/mol，化學(xué)名稱為2，3，5，6-四羥基-2-己烯酸-4-內(nèi)酯[3]。

學(xué)生產(chǎn)生疑問：了解了維生素C的物理性質(zhì)，那么其化學(xué)性質(zhì)是怎樣的？教師根據(jù)學(xué)生的疑惑，展示維生素C的結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。分析維生素C的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，讓學(xué)生通過結(jié)構(gòu)來預(yù)測維生素C的化學(xué)性質(zhì)。

學(xué)生提出預(yù)測：“維生素C由碳元素、氫元素和氧元素組成，是一種含有六個(gè)碳原子的多羥基化合物。其結(jié)構(gòu)中含有烯二醇式羥基，即含有-C（OH）=C（OH）-不飽和鍵，容易被氧化，應(yīng)該具有很強(qiáng)的還原性，能防止Fe2+被氧化為Fe3+?！?/p>

【設(shè)計(jì)意圖】預(yù)測是POE教學(xué)策略的步驟之一，也是進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的一種常用方法，特別需要強(qiáng)調(diào)的是預(yù)測不是憑空想象，而是在一定的理論和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或事件結(jié)果進(jìn)行合理猜想。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理預(yù)測，反映出學(xué)生的前概念，激發(fā)學(xué)生的探究思維。

環(huán)節(jié)三：實(shí)驗(yàn)觀察? 教師引導(dǎo)：“以上是從維生素C的結(jié)構(gòu)出發(fā)，現(xiàn)在通過實(shí)驗(yàn)來證實(shí)維生素C的還原性。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案選擇合適的實(shí)驗(yàn)藥品和實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行操作，并認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，做好實(shí)驗(yàn)記錄，以驗(yàn)證自己的預(yù)測。”實(shí)驗(yàn)藥品包括飽和維生素C溶液、蒸餾水、KSCN溶液、FeCl3溶液。學(xué)生小組成員進(jìn)行分工合作，取兩個(gè)小試管，分別滴加四滴蒸餾水和四滴維生素C溶液，可以觀察到兩支試管中均為無色透明溶液;然后分別滴入FeCl3溶液各兩滴，振蕩搖勻，蒸餾水小試管顯黃色，維生素C溶液小試管為無色，沒有Fe3+所呈現(xiàn)出的黃色。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，可在上述試管中分別繼續(xù)滴加KSCN溶液兩滴，蒸餾水試管顯血紅色，而維生素C溶液試管中仍為無色，說明維生素C把Fe3+還原為Fe2+。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生是在已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知的基礎(chǔ)上，帶著問題去審視實(shí)驗(yàn)過程的，通過親自實(shí)驗(yàn)操作，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，分析查看是否相符，從而產(chǎn)生知識(shí)的認(rèn)知，激發(fā)認(rèn)知需求。

環(huán)節(jié)四：探究解釋? 教師提問：“請(qǐng)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果記錄進(jìn)行分析，提出自己的見解和作出解釋，可以得出怎樣的結(jié)論？”學(xué)生通過小組的討論分析得出：維生素C溶液的試管始終為無色透明溶液，試管中的維生素C溶液與FeCl3溶液發(fā)生反應(yīng)，F(xiàn)e3+具有氧化性，被還原為Fe2+，說明維生素C具有還原性。

教師引導(dǎo)：“根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)探究，證明了維生素C具有還原性，請(qǐng)同學(xué)們書寫化學(xué)反應(yīng)方程式?！睂W(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)論，得出化學(xué)反應(yīng)方程式，如圖3所示。

教師釋疑：“維生素C具有很強(qiáng)的還原性，食物中鐵存在的離子形式為Fe2+和Fe3+，而人體能夠吸收的只有Fe2+，運(yùn)用維生素C的強(qiáng)還原性可以將食物中的Fe3+還原成Fe2+，促進(jìn)食物中的鐵在人體腸道內(nèi)被吸收。因此，我們會(huì)看到在服鐵劑時(shí)通常會(huì)選擇維生素C片或者選擇獼猴桃等富含維生素C的水果搭配一起進(jìn)食，維生素C在小腸和血液中可以促進(jìn) Fe2+的吸收，本質(zhì)上是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)?！?/p>

【設(shè)計(jì)意圖】教師利用學(xué)生探究的好奇心巧設(shè)問題線索，層層引導(dǎo)，使學(xué)生完成知識(shí)結(jié)構(gòu)的梳理和新知的構(gòu)建。通過維生素C的結(jié)構(gòu)預(yù)測化學(xué)性質(zhì)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，掌握了維生素C的還原性，利用這些性質(zhì)解決生活中的問題。對(duì)于維生素C性質(zhì)的演繹，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的化學(xué)學(xué)科思想。

教師提問：“在高中化學(xué)課本《化學(xué)與生活》中，維生素C被稱為抗壞血酸，那么維生素C是否具有酸性？”學(xué)生進(jìn)行小組討論，通過分析維生素C的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)維生素C具有醇羥基，而醇羥基沒有酸性，且沒有羧基和酚羥基，預(yù)測維生素C不具有酸性。

教師引導(dǎo)：“對(duì)于維生素C酸性的論證，體現(xiàn)了科學(xué)知識(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)性，現(xiàn)在讓我們通過實(shí)驗(yàn)來探究。請(qǐng)同學(xué)們按照自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)自己的預(yù)測是否與現(xiàn)象和結(jié)果相一致？”實(shí)驗(yàn)藥品包括飽和維生素C溶液、藍(lán)色石蕊試紙、0.1 mol/L NaOH溶液、甲基橙試液。教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取一支小試管加入2 mL維生素C溶液，然后用玻璃棒分別蘸取少量維生素C溶液滴在藍(lán)色石蕊試紙上和pH試紙上，可以看見藍(lán)色石蕊試紙變?yōu)榧t色，測出pH大約為3;取另一只小試管同樣加入2 mL維生素C溶液，呈無色透明溶液，滴入兩滴甲基橙試液后，溶液呈現(xiàn)紅色;然后在上述溶液中逐滴加入0.1 mol/L NaOH溶液振蕩，觀察到在滴入20滴NaOH溶液后，溶液由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色。教師指導(dǎo)學(xué)生注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如實(shí)清晰地記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

學(xué)生在小組中議論紛紛：實(shí)驗(yàn)中溶液由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，說明維生素C溶液顯酸性，能與NaOH溶液發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，為什么維生素C溶液會(huì)顯酸性？

【設(shè)計(jì)意圖】此時(shí)學(xué)生的預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)探究的現(xiàn)象產(chǎn)生明顯的差異，學(xué)生學(xué)習(xí)情緒高漲，產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，原有的認(rèn)知平衡被打破，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析維生素C呈酸性的原因：“維生素C分子中含有-C（OH）=C（OH）-結(jié)構(gòu)，羰基的雙鍵會(huì)和C2-C3間雙鍵構(gòu)成共軛體系，使其比乙醇分子中羥基上的氫原子更易電離，從而加強(qiáng)了烯醇基的酸性。同時(shí)，維生素C具有四個(gè)羥基，羥基溶于水與水分子形成氫鍵，易水解，具有極不穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。”

【設(shè)計(jì)意圖】問題的發(fā)現(xiàn)來源于日常的生活，應(yīng)讓學(xué)生在生活中發(fā)現(xiàn)和感知化學(xué)知識(shí)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，以探秘維生素C的化學(xué)知識(shí)為切入點(diǎn)，探究驗(yàn)證了維生素C具有還原性和酸性等化學(xué)性質(zhì)，對(duì)維生素C的性質(zhì)有了更深入的理解，整個(gè)過程充分培養(yǎng)了探究思考的能力。

環(huán)節(jié)五：學(xué)以致用? 教師歸納：“維生素C被廣泛應(yīng)用于日常生活的各個(gè)方面，在日常生活中可以巧用維生素C片去除衣物上的污漬。當(dāng)把鐵銹或含碘污漬沾于衣服上時(shí)，可采用棉簽或棉球蘸取維生素C溶液涂抹污漬，利用維生素C的強(qiáng)還原性與鐵銹或含碘污漬發(fā)生氧化還原反應(yīng)，污漬便可被輕松去除。同時(shí)，奶制品不能與維生素C同時(shí)食用。牛奶中含有氧化性的物質(zhì)——維生素B2，維生素C具有強(qiáng)還原性，與奶制品同時(shí)服用會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而使兩者都失去其中的營養(yǎng)價(jià)值。”最后進(jìn)行歸納總結(jié)，以探秘維生素C的化學(xué)知識(shí)為主題，通過維生素C的結(jié)構(gòu)預(yù)測化學(xué)性質(zhì)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后得出正確的結(jié)論，讓學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中建立這種探究思路是非常重要的。

【設(shè)計(jì)意圖】教學(xué)設(shè)置前后照應(yīng)，達(dá)成知識(shí)的遷移與應(yīng)用，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于日常生產(chǎn)、生活中，加深學(xué)生的理解，對(duì)所學(xué)新知進(jìn)行深化，促使學(xué)生掌握現(xiàn)象背后的知識(shí)本質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4 結(jié)語

POE教學(xué)策略強(qiáng)調(diào)通過預(yù)測發(fā)現(xiàn)學(xué)生原有認(rèn)知，接著采用實(shí)驗(yàn)探究觀察現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，最后進(jìn)行分析解釋，促進(jìn)學(xué)生新舊知識(shí)概念的轉(zhuǎn)化和新知識(shí)體系的建構(gòu)。以探秘維生素C的化學(xué)知識(shí)切入主題，利用真實(shí)問題進(jìn)行新知識(shí)的學(xué)習(xí)構(gòu)建，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，運(yùn)用POE教學(xué)策略，采用實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)方法探秘維生素C的化學(xué)知識(shí)，突出化學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科特點(diǎn)，從維生素C的結(jié)構(gòu)出發(fā)，探討維生素C的性質(zhì)，通過維生素C的系列探究實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)維生素C的酸性、還原性、不穩(wěn)定性的化學(xué)性質(zhì)有了更深入的理解，最后學(xué)以致用，對(duì)知識(shí)進(jìn)行升華，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，著重培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)和解決問題的能力。POE教學(xué)策略能有效提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究創(chuàng)新能力，有利于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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