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        運用POE教學(xué)策略探秘維生素C的化學(xué)知識

        2020-04-02 03:39:21孫帥妮李艷郭云倩李冰
        中國教育技術(shù)裝備 2020年17期
        關(guān)鍵詞:維生素C實驗探究高中化學(xué)

        孫帥妮 李艷 郭云倩 李冰

        摘? 要 運用POE教學(xué)策略,結(jié)合實驗探究的教學(xué)方法探秘維生素C的化學(xué)知識,通過對維生素C還原性和酸性的實驗探究,加深學(xué)生對維生素C知識的理解。結(jié)合POE教學(xué)策略加強學(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踐能力,發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”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);實驗探究

        中圖分類號:G633.8? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        文章編號: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),強調(diào)以實驗探究的方式促進(jìn)學(xué)生知識的建構(gòu)[1]?;瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,在教學(xué)中借助實驗可以讓學(xué)生更加直觀地理解相關(guān)知識。在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中,教師一般更注重實驗的解釋,忽略了學(xué)生對原有知識的探查和對實驗原理的預(yù)測,且大多以演示實驗的方式展示出來,忽略了學(xué)生的動手操作能力。要提高實驗教學(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)行實驗驗證,最終經(jīng)過解釋,促進(jìn)學(xué)生對新舊知識的概念轉(zhuǎn)化和知識體系的建構(gòu)[2]。POE教學(xué)策略改變了以往實驗中以教師為主的演示實驗,強調(diào)以學(xué)生為中心,讓學(xué)生在自主動手操作實驗的過程中探究知識,提升化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量;同時,學(xué)生是基于自己的預(yù)測帶有目的地去審視探究實驗的,增強了活動的指向性和針對性,有助于激發(fā)自主探究的欲望和建構(gòu)新知識。

        本文運用POE教學(xué)策略以探秘維生素C的化學(xué)知識為主題,通過實驗探究驗證維生素C的還原性和酸性等化學(xué)性質(zhì),在真實生活中從化學(xué)視角發(fā)現(xiàn)維生素C的奧秘,加深學(xué)生對維生素C知識的理解,在整個探究過程中充分培養(yǎng)學(xué)生探究思考的能力和動手實踐能力,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

        通過對相關(guān)POE教學(xué)策略理論知識的探索,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)策略的實施流程,如圖1所示。

        3 運用POE教學(xué)策略探秘維生素C的化學(xué)知識

        環(huán)節(jié)一:課題引入? 獼猴桃中蘊含著豐富的維生素C,深受人們的喜愛。在日常生活中可以看到,在服鐵劑時通常會選擇維生素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)生對獼猴桃蘊含豐富的維生素C比較熟悉,但很少從化學(xué)知識的角度去思考: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)計意圖】以生活中常見水果獼猴桃引入,基于真實的實際問題具有針對性和趣味性,學(xué)生感覺很熟悉。維生素C中蘊含豐富的化學(xué)知識,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)兩個方面去考慮,根據(jù)生活經(jīng)驗以及查閱相關(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)該具有很強的還原性,能防止Fe2+被氧化為Fe3+?!?/p>

        【設(shè)計意圖】預(yù)測是POE教學(xué)策略的步驟之一,也是進(jìn)行化學(xué)實驗研究的一種常用方法,特別需要強調(diào)的是預(yù)測不是憑空想象,而是在一定的理論和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,對實驗現(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:實驗觀察? 教師引導(dǎo):“以上是從維生素C的結(jié)構(gòu)出發(fā),現(xiàn)在通過實驗來證實維生素C的還原性。請同學(xué)們根據(jù)自己設(shè)計的實驗方案選擇合適的實驗藥品和實驗儀器進(jìn)行操作,并認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象,做好實驗記錄,以驗證自己的預(yù)測?!睂嶒炈幤钒柡途S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)計意圖】學(xué)生是在已有經(jīng)驗和認(rèn)知的基礎(chǔ)上,帶著問題去審視實驗過程的,通過親自實驗操作,將實驗現(xiàn)象與預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對照,分析查看是否相符,從而產(chǎn)生知識的認(rèn)知,激發(fā)認(rèn)知需求。

        環(huán)節(jié)四:探究解釋? 教師提問:“請根據(jù)上述實驗現(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)以上實驗探究,證明了維生素C具有還原性,請同學(xué)們書寫化學(xué)反應(yīng)方程式?!睂W(xué)生結(jié)合實驗結(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+,運用維生素C的強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,我們會看到在服鐵劑時通常會選擇維生素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)行實驗驗證,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):“對于維生素C酸性的論證,體現(xiàn)了科學(xué)知識的嚴(yán)謹(jǐn)性,現(xiàn)在讓我們通過實驗來探究。請同學(xué)們按照自己設(shè)計的實驗方案進(jìn)行驗證,檢驗自己的預(yù)測是否與現(xiàn)象和結(jié)果相一致?”實驗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)行實驗,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)生注意觀察實驗現(xiàn)象,如實清晰地記錄實驗結(jié)果。

        學(xué)生在小組中議論紛紛:實驗中溶液由紅色轉(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溶液會顯酸性?

        【設(shè)計意圖】此時學(xué)生的預(yù)測結(jié)果與實驗探究的現(xiàn)象產(chǎn)生明顯的差異,學(xué)生學(xué)習(xí)情緒高漲,產(chǎn)生強烈的認(rèn)知沖突,原有的認(rèn)知平衡被打破,為新知識的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(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,從而加強了烯醇基的酸性。同時,維生素C具有四個羥基,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。學(xué)生通過實驗探究,以探秘維生素C的化學(xué)知識為切入點,探究驗證了維生素C具有還原性和酸性等化學(xué)性質(zhì),對維生素C的性質(zhì)有了更深入的理解,整個過程充分培養(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,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,奶制品不能與維生素C同時食用。牛奶中含有氧化性的物質(zhì)——維生素B2,維生素C具有強還原性,與奶制品同時服用會發(fā)生氧化還原反應(yīng),從而使兩者都失去其中的營養(yǎng)價值?!弊詈筮M(jìn)行歸納總結(jié),以探秘維生素C的化學(xué)知識為主題,通過維生素C的結(jié)構(gòu)預(yù)測化學(xué)性質(zhì),然后進(jìn)行實驗驗證,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)計意圖】教學(xué)設(shè)置前后照應(yīng),達(dá)成知識的遷移與應(yīng)用,將所學(xué)知識應(yīng)用于日常生產(chǎn)、生活中,加深學(xué)生的理解,對所學(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)策略強調(diào)通過預(yù)測發(fā)現(xiàn)學(xué)生原有認(rèn)知,接著采用實驗探究觀察現(xiàn)象,培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力,最后進(jìn)行分析解釋,促進(jìn)學(xué)生新舊知識概念的轉(zhuǎn)化和新知識體系的建構(gòu)。以探秘維生素C的化學(xué)知識切入主題,利用真實問題進(jìn)行新知識的學(xué)習(xí)構(gòu)建,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情,運用POE教學(xué)策略,采用實驗探究的教學(xué)方法探秘維生素C的化學(xué)知識,突出化學(xué)以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科特點,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的系列探究實驗,使學(xué)生對維生素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,對知識進(jìn)行升華,鍛煉學(xué)生的實驗操作能力,著重培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和解決問題的能力。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)

        [1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:人民教育出版社,2017.

        [2]Gunstone,R F, White R T. Understanding of gravity

        [J].Science Education,1981(3):199-291.

        [3]丁文軒.維生素C的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與功效[J].當(dāng)代化工研究,2017(7):125-126.

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