基于PBL模式与POE策略的教学课例

    沈冰心

    摘要在分析PBL教学模式和POE教学策略的基础上，以“溶液中Fe3+与I-反应的平衡探究”课题为例，探讨了两种教学理论在化学教学中的价值。

    关键词：PBL教学模式? POE教学策略? 化学平衡

    一、问题的提出

    化学平衡是高中化学的基本概念之一，是反应原理的核心知识点之一。人教版选修四教材中对平衡的内容介绍得很详尽。而氧化还原反应，一般来说进行得比较彻底，本课题由反应“2Fe3++2I-2Fe2++I2”引入，引发认知冲突，在教学中让学生从多角度理解化学平衡的概念，将有利于他们对平衡构建正确的认知。笔者想采用POE教学策略，依托PBL教学模式，让学生通过本节课的学习，构建正确的化学平衡模型。

    二、理论基础

    （一）PBL教学模式

    PBL教学法是以问题为导向的教学方法（ProjectBased Learning）。

    （二）POE教学策略

    POE教学策略指的是预测—观察—解释策略（Predict—Observe—Explain）。

    三、基于PBL模式、POE策略的教学案例

    （一）教学内容分析

    高二学生已经掌握了Fe3+与I-反应的相关知识，如常见物质的检验、化学平衡相关知识、氧化还原反应基本原理、原电池原理等，并且具备了一定的抽象思维能力和实验探究能力;但是在应用和深度认知上仍略有不足，处理真实问题的能力和揭示现象本质能力仍有欠缺。

    （二）教学目标设计

    （1）通过寻找Fe3+与I-确实存在平衡体系的现象表征，培养实验探究与创新意识。

    （2）通过测定Fe2（SO4）3与KI反应达到平衡时体系中碘的含量，确立由定性分析到定量判断的学科思维。

    （3）通过交流、合作，提高分析和解决问题的能力，知识迁移的能力，养成敢于质疑、勇于探索的科学态度。

    （三）教学过程设计

    情境引入：展示图片——苏教版必修二教材32页的“活动与探究”内容。学生阅读教材内容，理解其用意：过量的KI与少量FeCl3反应后，验证溶液中还有Fe3+，以此来证明FeCl3与KI的反应存在限度。

    活动一：质疑

    依据教材内容，对实验稍做修改，由于CCl4有毒且易挥发没有使用，为了避免Fe3+颜色的干扰，我们选用接近无色的0.005 mol/L Fe2（SO4）3溶液和0.01 mol/L KI溶液进行实验，同样是等浓度的Fe3+和KI混合，KI过量，学生分组动手实验，充分振荡后每个小组均检验到了溶液中仍有Fe3+，与教材现象和结论一致。

    展示视频——延时摄影录制的Fe3+与I-反应的颜色变化，黄色逐渐由浅变深，但速度很慢，约一个小时之后才不再变化。由此提问，教材方案确实能证明Fe3+与I-的反应是一个可逆反应吗？

    设计意图：PBL教学模式的应用，以问题为导向，引发学生强烈的探究欲望，质疑教材，挑战权威，对学生也产生强大冲击。微粒的检验落实了“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。

    探究一：寻求

    学生通过探究活动，探究Fe3+与I-的反应到底是否为可逆反应。充分讨论之后，有学生提出，可先通过加热等方式加速反应，促进其达到平衡，再按教材方法进行验证;也有学生提出平衡后可以从平衡移动的角度来验证。学生提出了多种方案，任选做两组进行实验和评价，比如：①充分反应后体系内加KSCN，滴加饱和FeSO4溶液，希望看到红色变深，即平衡逆向移动;②充分反应后体系内加淀粉，滴加饱和KI溶液，希望看到蓝色变深，即平衡正向移动。然而实驗现象并没有达到预期，他们发现很多方案并不可行，因为KSCN或淀粉做指示剂的溶液颜色较深，再加入较高浓度的反应物或生成物之后难以观察到体系溶液颜色变深或变浅，无法判定平衡发生移动。

    设计意图：POE教学策略的应用，学生在预测现象之后动手实验，然而观察到的实验现象几乎都不能达到预期，与预测的并不相符，于是同学们解释原因，并继续寻找更为明显的现象表征。这里培养了学生发现问题、分析问题的能力，也促使他们进而寻求解决问题的办法。学生的“变化观念与平衡思想”在他们设计的实验方案中充分展现出来，寻求过程也落实了“证据推理与模型认知”的学科素养。

    活动二：感受

    探究活动继续，教师引导学生思考，由于Fe3+与I-的反应是氧化还原反应，是否可以设计出其他探究方案。同学们讨论交流，得出新的方案，即设计成原电池。

    学生的设计好之后，他们分析了原理：①可以通过指针偏转，并逐渐归零，来判定平衡;②可以通过分别从两极改变某一物质的浓度来观察平衡移动。老师改进了装置，把盐桥连接的双液原电池改成一个U型管，U型管底部注入盐桥，使用时再在U型管两端分别加入反应液即可，改进后装置的主要优点是操作简单和节约反应物用量。同学们再次动手实验。由于课堂时间限制和双液原电池的稳定性，老师可以提供提前加入试剂的U型管，其反应已达到平衡状态。学生向负极KI这一侧加入饱和的KI溶液，发现指针迅速偏转且与之前偏转方向一致;也有同学向正极Fe2（SO4）3这一侧加入饱和FeSO4溶液，指针大幅度向反方向偏转。于是同学们非常自信地汇报了他们的实验结果，他们确信，Fe3+与I-是可逆反应。并且此方案可广泛应用于氧化还原类型的可逆反应的检验，同学们感受到此次探究的价值。

    设计意图：打破惯性思维，多角度考虑问题。学生的“科学探究与创新精神”素养得以充分培养，从敢于质疑到勇于探索再到方案应用，提升了学生的“科学态度与社会责任”素养。

    探究二：进阶

    由于电化学实验现象十分明显，说明Fe3+与I-的反应是可逆反应，以上皆为定性分析。那么可以定量计算出反应进行的程度吗？如何知道Fe3+与I-这个可逆反应进行的程度？毕竟数据最能说明事实真相。学生提出，可对充分反应后体系内某一物质的含量进行滴定测量，然后计算，常规思路再次被颠覆，因为是可逆反应，无论哪种滴定测量都破坏了平衡体系。

    利用数字仪器——分光光度计，根据反应前溶液几乎无色，随着反应的进行，I2逐渐增多从而颜色渐深，分光光度计可测量出产物的吸光率变化，最后换算成平衡式体系内I2的浓度，由此计算出反应在达到平衡时I2的产率接近30%，数据表明，Fe3+与I-的反应确实存在限度。

    设计意图：实现了从定性判断到定量分析，体现数字实验的直观性、准确性。学生的强烈的问题意识、层次的探究能力和实事求是的科学精神都得到培养，整堂课所有环节都是落实化学学科核心素养的实践体现。

    四、思考

    本节课通过寻求可逆反应明显的现象表征来证明平衡体系的存在，在动手实验-质疑权威-设计方案-实验验证-得出结论的探究过程中，把学科核心素养落到了实处。本节课是一堂以实验为基础的科学探究课，突出了学生的主体地位，极大程度地调动了学生科学探究的热情。

    PBL教学模式和POE教学策略可以激发学生的学习动机。在预测现象与观察现象不一致时，学生在认知冲突中探索新知，构建新的认知结构，寻求更为科学的办法，在引导学生深层次参与课堂和学生之间的交流合作学习，培养学生的思维习惯。

    参考文献：

    [1]朱颖，丁伟.基于三价铁离子与碘离子的反应学习化学平衡的实验探究[J].实验教学，2017（11）：4245.

    [2]李文博，吴文中.再谈铁离子与碘离子反应限度实验设计[J]，化学教学，2018（3）：9397.