运用POE教学策略探秘维生素C的化学知识
孙帅妮 李艳 郭云倩 李冰
摘? 要 运用POE教学策略，结合实验探究的教学方法探秘维生素C的化学知识，通过对维生素C还原性和酸性的实验探究，加深学生对维生素C知识的理解。结合POE教学策略加强学生的主体地位，提升学生科学探究能力和解决问题的实践能力，发展学生“科学探究与创新意识”的核心素养。
关键词 高中化学;POE教学策略;维生素C;核心素养;实验探究
中图分类号：G633.8? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）17-0085-03
1 前言
《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确提出要培养学生的科学素养，强调以实验探究的方式促进学生知识的建构[1]。化学是一门以实验为基础的学科，在教学中借助实验可以让学生更加直观地理解相关知识。在传统实验教学中，教师一般更注重实验的解释，忽略了学生对原有知识的探查和对实验原理的预测，且大多以演示实验的方式展示出来，忽略了学生的动手操作能力。要提高实验教学质量，就需要选择更加合适的教学策略。
POE教学策略是“Predict-Observe-Explain”，即“预测—观察—解释”，是在建构主义和前概念等学习理论的基础上提出的一种教学策略，旨在通过预测发现学生原有的认知，在此基础上进行实验验证，最终经过解释，促进学生对新旧知识的概念转化和知识体系的建构[2]。POE教学策略改变了以往实验中以教师为主的演示实验，强调以学生为中心，让学生在自主动手操作实验的过程中探究知识，提升化学实验教学质量;同时，学生是基于自己的预测带有目的地去审视探究实验的，增强了活动的指向性和针对性，有助于激发自主探究的欲望和建构新知识。
本文运用POE教学策略以探秘维生素C的化学知识为主题，通过实验探究验证维生素C的还原性和酸性等化学性质，在真实生活中从化学视角发现维生素C的奥秘，加深学生对维生素C知识的理解，在整个探究过程中充分培养学生探究思考的能力和動手实践能力，以及结构决定性质、性质决定用途的化学科学思维。
2 POE 教学策略的思路构建
通过对相关POE教学策略理论知识的探索，提出以学生为主体的、符合学生发展思维的POE教学策略的实施流程，如图1所示。
3 运用POE教学策略探秘维生素C的化学知识
环节一：课题引入? 猕猴桃中蕴含着丰富的维生素C，深受人们的喜爱。在日常生活中可以看到，在服铁剂时通常会选择维生素C片或者选择猕猴桃等富含丰富维生素C 的水果一起搭配进食。学生对猕猴桃蕴含丰富的维生素C比较熟悉，但很少从化学知识的角度去思考：维生素C具有哪些用途？为什么维生素C在小肠和血液中可以促进Fe2+
的吸收？为什么在服铁剂时要选择猕猴桃等富含维生素C的水果搭配一起进食呢？
【设计意图】以生活中常见水果猕猴桃引入，基于真实的实际问题具有针对性和趣味性，学生感觉很熟悉。维生素C中蕴含丰富的化学知识，激发了学生的探究欲望和学习兴趣。
环节二：猜想预测? 教师提问：“为什么维生素C在小肠和血液中可以促进Fe2+的吸收？维生素C具有什么样的性质？”学生通过小组讨论分析得出，对于维生素C具有怎样的性质，可以从物理性质和化学性质两个方面去考虑，根据生活经验以及查阅相关资料得出维生素C的物理性质。维生素C（Vitamin C）呈白色、无味的晶体状，分子式为C6H8O6，分子量为176.12 g/mol，化学名称为2，3，5，6-四羟基-2-己烯酸-4-内酯[3]。
学生产生疑问：了解了维生素C的物理性质，那么其化学性质是怎样的？教师根据学生的疑惑，展示维生素C的结构图，如图2所示。分析维生素C的结构，结构决定性质，让学生通过结构来预测维生素C的化学性质。
学生提出预测：“维生素C由碳元素、氢元素和氧元素组成，是一种含有六个碳原子的多羟基化合物。其结构中含有烯二醇式羟基，即含有-C（OH）=C（OH）-不饱和键，容易被氧化，应该具有很强的还原性，能防止Fe2+被氧化为Fe3+。”
【设计意图】预测是POE教学策略的步骤之一，也是进行化学实验研究的一种常用方法，特别需要强调的是预测不是凭空想象，而是在一定的理论和经验的基础上，对实验现象或事件结果进行合理猜想。引导学生进行合理预测，反映出学生的前概念，激发学生的探究思维。
环节三：实验观察? 教师引导：“以上是从维生素C的结构出发，现在通过实验来证实维生素C的还原性。请同学们根据自己设计的实验方案选择合适的实验药品和实验仪器进行操作，并认真观察实验现象，做好实验记录，以验证自己的预测。”实验药品包括饱和维生素C溶液、蒸馏水、KSCN溶液、FeCl3溶液。学生小组成员进行分工合作，取两个小试管，分别滴加四滴蒸馏水和四滴维生素C溶液，可以观察到两支试管中均为无色透明溶液;然后分别滴入FeCl3溶液各两滴，振荡摇匀，蒸馏水小试管显黄色，维生素C溶液小试管为无色，没有Fe3+所呈现出的黄色。为了进一步验证，可在上述试管中分别继续滴加KSCN溶液两滴，蒸馏水试管显血红色，而维生素C溶液试管中仍为无色，说明维生素C把Fe3+还原为Fe2+。
【设计意图】学生是在已有经验和认知的基础上，带着问题去审视实验过程的，通过亲自实验操作，将实验现象与预测结果进行对照，分析查看是否相符，从而产生知识的认知，激发认知需求。
环节四：探究解释? 教师提问：“请根据上述实验现象和结果记录进行分析，提出自己的见解和作出解释，可以得出怎样的结论？”学生通过小组的讨论分析得出：维生素C溶液的试管始终为无色透明溶液，试管中的维生素C溶液与FeCl3溶液发生反应，Fe3+具有氧化性，被还原为Fe2+，说明维生素C具有还原性。
教师引导：“根据以上实验探究，证明了维生素C具有还原性，请同学们书写化学反应方程式。”学生结合实验结论，得出化学反应方程式，如图3所示。
教师释疑：“维生素C具有很强的还原性，食物中铁存在的离子形式为Fe2+和Fe3+，而人体能够吸收的只有Fe2+，运用维生素C的强还原性可以将食物中的Fe3+还原成Fe2+，促进食物中的铁在人体肠道内被吸收。因此，我们会看到在服铁剂时通常会选择维生素C片或者选择猕猴桃等富含维生素C的水果搭配一起进食，维生素C在小肠和血液中可以促进 Fe2+的吸收，本质上是发生了氧化还原反应。”
【设计意图】教师利用学生探究的好奇心巧设问题线索，层层引导，使学生完成知识结构的梳理和新知的构建。通过维生素C的结构预测化学性质，然后进行实验验证，掌握了维生素C的还原性，利用这些性质解决生活中的问题。对于维生素C性质的演绎，体现了结构决定性质的化学学科思想。
教师提问：“在高中化学课本《化学与生活》中，维生素C被称为抗坏血酸，那么维生素C是否具有酸性？”学生进行小组讨论，通过分析维生素C的结构，发现维生素C具有醇羟基，而醇羟基没有酸性，且没有羧基和酚羟基，预测维生素C不具有酸性。
教师引导：“对于维生素C酸性的论证，体现了科学知识的严谨性，现在让我们通过实验来探究。请同学们按照自己设计的实验方案进行验证，检验自己的预测是否与现象和结果相一致？”实验药品包括饱和维生素C溶液、蓝色石蕊试纸、0.1 mol/L NaOH溶液、甲基橙试液。教师指导学生进行实验，取一支小试管加入2 mL维生素C溶液，然后用玻璃棒分别蘸取少量维生素C溶液滴在蓝色石蕊试纸上和pH试纸上，可以看见蓝色石蕊试纸变为红色，测出pH大约为3;取另一只小试管同样加入2 mL维生素C溶液，呈无色透明溶液，滴入两滴甲基橙试液后，溶液呈现红色;然后在上述溶液中逐滴加入0.1 mol/L NaOH溶液振荡，观察到在滴入20滴NaOH溶液后，溶液由红色转变为黄色。教师指导学生注意观察实验现象，如实清晰地记录实验结果。
学生在小组中议论纷纷：实验中溶液由红色转变为黄色，说明维生素C溶液显酸性，能与NaOH溶液发生酸碱中和反应，为什么维生素C溶液会显酸性？
【设计意图】此时学生的预测结果与实验探究的现象产生明显的差异，学生学习情绪高涨，产生强烈的认知冲突，原有的认知平衡被打破，为新知识的学习打下坚实的基础。
教师引导学生分析维生素C呈酸性的原因：“维生素C分子中含有-C（OH）=C（OH）-结构，羰基的双键会和C2-C3间双键构成共轭体系，使其比乙醇分子中羟基上的氢原子更易电离，从而加强了烯醇基的酸性。同时，维生素C具有四个羟基，羟基溶于水与水分子形成氢键，易水解，具有極不稳定的化学性质。”
【设计意图】问题的发现来源于日常的生活，应让学生在生活中发现和感知化学知识。学生通过实验探究，以探秘维生素C的化学知识为切入点，探究验证了维生素C具有还原性和酸性等化学性质，对维生素C的性质有了更深入的理解，整个过程充分培养了探究思考的能力。
环节五：学以致用? 教师归纳：“维生素C被广泛应用于日常生活的各个方面，在日常生活中可以巧用维生素C片去除衣物上的污渍。当把铁锈或含碘污渍沾于衣服上时，可采用棉签或棉球蘸取维生素C溶液涂抹污渍，利用维生素C的强还原性与铁锈或含碘污渍发生氧化还原反应，污渍便可被轻松去除。同时，奶制品不能与维生素C同时食用。牛奶中含有氧化性的物质——维生素B2，维生素C具有强还原性，与奶制品同时服用会发生氧化还原反应，从而使两者都失去其中的营养价值。”最后进行归纳总结，以探秘维生素C的化学知识为主题，通过维生素C的结构预测化学性质，然后进行实验验证，最后得出正确的结论，让学生在化学学习中建立这种探究思路是非常重要的。
【设计意图】教学设置前后照应，达成知识的迁移与应用，将所学知识应用于日常生产、生活中，加深学生的理解，对所学新知进行深化，促使学生掌握现象背后的知识本质，激发学生的学习兴趣。
4 结语
POE教学策略强调通过预测发现学生原有认知，接着采用实验探究观察现象，培养学生的动手操作能力，最后进行分析解释，促进学生新旧知识概念的转化和新知识体系的建构。以探秘维生素C的化学知识切入主题，利用真实问题进行新知识的学习构建，充分调动学生学习化学的热情，运用POE教学策略，采用实验探究的教学方法探秘维生素C的化学知识，突出化学以实验为基础的学科特点，从维生素C的结构出发，探讨维生素C的性质，通过维生素C的系列探究实验，使学生对维生素C的酸性、还原性、不稳定性的化学性质有了更深入的理解，最后学以致用，对知识进行升华，锻炼学生的实验操作能力，着重培养学生的探究意识和解决问题的能力。POE教学策略能有效提高学生的科学素养和探究创新能力，有利于学生化学学科核心素养的培养。■
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[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]丁文轩.维生素C的结构、性质与功效[J].当代化工研究，2017（7）：125-126.
