基于PBL模式與POE策略的教學(xué)課例

沈冰心

摘要在分析PBL教學(xué)模式和POE教學(xué)策略的基礎(chǔ)上，以“溶液中Fe3+與I-反應(yīng)的平衡探究”課題為例，探討了兩種教學(xué)理論在化學(xué)教學(xué)中的價值。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)模式? POE教學(xué)策略? 化學(xué)平衡

一、問題的提出

化學(xué)平衡是高中化學(xué)的基本概念之一，是反應(yīng)原理的核心知識點之一。人教版選修四教材中對平衡的內(nèi)容介紹得很詳盡。而氧化還原反應(yīng)，一般來說進行得比較徹底，本課題由反應(yīng)“2Fe3++2I-2Fe2++I2”引入，引發(fā)認知沖突，在教學(xué)中讓學(xué)生從多角度理解化學(xué)平衡的概念，將有利于他們對平衡構(gòu)建正確的認知。筆者想采用POE教學(xué)策略，依托PBL教學(xué)模式，讓學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，構(gòu)建正確的化學(xué)平衡模型。

二、理論基礎(chǔ)

（一）PBL教學(xué)模式

PBL教學(xué)法是以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法（ProjectBased Learning）。

（二）POE教學(xué)策略

POE教學(xué)策略指的是預(yù)測—觀察—解釋策略（Predict—Observe—Explain）。

三、基于PBL模式、POE策略的教學(xué)案例

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

高二學(xué)生已經(jīng)掌握了Fe3+與I-反應(yīng)的相關(guān)知識，如常見物質(zhì)的檢驗、化學(xué)平衡相關(guān)知識、氧化還原反應(yīng)基本原理、原電池原理等，并且具備了一定的抽象思維能力和實驗探究能力;但是在應(yīng)用和深度認知上仍略有不足，處理真實問題的能力和揭示現(xiàn)象本質(zhì)能力仍有欠缺。

（二）教學(xué)目標設(shè)計

（1）通過尋找Fe3+與I-確實存在平衡體系的現(xiàn)象表征，培養(yǎng)實驗探究與創(chuàng)新意識。

（2）通過測定Fe2（SO4）3與KI反應(yīng)達到平衡時體系中碘的含量，確立由定性分析到定量判斷的學(xué)科思維。

（3）通過交流、合作，提高分析和解決問題的能力，知識遷移的能力，養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、勇于探索的科學(xué)態(tài)度。

（三）教學(xué)過程設(shè)計

情境引入：展示圖片——蘇教版必修二教材32頁的“活動與探究”內(nèi)容。學(xué)生閱讀教材內(nèi)容，理解其用意：過量的KI與少量FeCl3反應(yīng)后，驗證溶液中還有Fe3+，以此來證明FeCl3與KI的反應(yīng)存在限度。

活動一：質(zhì)疑

依據(jù)教材內(nèi)容，對實驗稍做修改，由于CCl4有毒且易揮發(fā)沒有使用，為了避免Fe3+顏色的干擾，我們選用接近無色的0.005 mol/L Fe2（SO4）3溶液和0.01 mol/L KI溶液進行實驗，同樣是等濃度的Fe3+和KI混合，KI過量，學(xué)生分組動手實驗，充分振蕩后每個小組均檢驗到了溶液中仍有Fe3+，與教材現(xiàn)象和結(jié)論一致。

展示視頻——延時攝影錄制的Fe3+與I-反應(yīng)的顏色變化，黃色逐漸由淺變深，但速度很慢，約一個小時之后才不再變化。由此提問，教材方案確實能證明Fe3+與I-的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)嗎？

設(shè)計意圖：PBL教學(xué)模式的應(yīng)用，以問題為導(dǎo)向，引發(fā)學(xué)生強烈的探究欲望，質(zhì)疑教材，挑戰(zhàn)權(quán)威，對學(xué)生也產(chǎn)生強大沖擊。微粒的檢驗落實了“宏觀辨識與微觀探析”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

探究一：尋求

學(xué)生通過探究活動，探究Fe3+與I-的反應(yīng)到底是否為可逆反應(yīng)。充分討論之后，有學(xué)生提出，可先通過加熱等方式加速反應(yīng)，促進其達到平衡，再按教材方法進行驗證;也有學(xué)生提出平衡后可以從平衡移動的角度來驗證。學(xué)生提出了多種方案，任選做兩組進行實驗和評價，比如：①充分反應(yīng)后體系內(nèi)加KSCN，滴加飽和FeSO4溶液，希望看到紅色變深，即平衡逆向移動;②充分反應(yīng)后體系內(nèi)加淀粉，滴加飽和KI溶液，希望看到藍色變深，即平衡正向移動。然而實驗現(xiàn)象并沒有達到預(yù)期，他們發(fā)現(xiàn)很多方案并不可行，因為KSCN或淀粉做指示劑的溶液顏色較深，再加入較高濃度的反應(yīng)物或生成物之后難以觀察到體系溶液顏色變深或變淺，無法判定平衡發(fā)生移動。

設(shè)計意圖：POE教學(xué)策略的應(yīng)用，學(xué)生在預(yù)測現(xiàn)象之后動手實驗，然而觀察到的實驗現(xiàn)象幾乎都不能達到預(yù)期，與預(yù)測的并不相符，于是同學(xué)們解釋原因，并繼續(xù)尋找更為明顯的現(xiàn)象表征。這里培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力，也促使他們進而尋求解決問題的辦法。學(xué)生的“變化觀念與平衡思想”在他們設(shè)計的實驗方案中充分展現(xiàn)出來，尋求過程也落實了“證據(jù)推理與模型認知”的學(xué)科素養(yǎng)。

活動二：感受

探究活動繼續(xù)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考，由于Fe3+與I-的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，是否可以設(shè)計出其他探究方案。同學(xué)們討論交流，得出新的方案，即設(shè)計成原電池。

學(xué)生的設(shè)計好之后，他們分析了原理：①可以通過指針偏轉(zhuǎn)，并逐漸歸零，來判定平衡;②可以通過分別從兩極改變某一物質(zhì)的濃度來觀察平衡移動。老師改進了裝置，把鹽橋連接的雙液原電池改成一個U型管，U型管底部注入鹽橋，使用時再在U型管兩端分別加入反應(yīng)液即可，改進后裝置的主要優(yōu)點是操作簡單和節(jié)約反應(yīng)物用量。同學(xué)們再次動手實驗。由于課堂時間限制和雙液原電池的穩(wěn)定性，老師可以提供提前加入試劑的U型管，其反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)。學(xué)生向負極KI這一側(cè)加入飽和的KI溶液，發(fā)現(xiàn)指針迅速偏轉(zhuǎn)且與之前偏轉(zhuǎn)方向一致;也有同學(xué)向正極Fe2（SO4）3這一側(cè)加入飽和FeSO4溶液，指針大幅度向反方向偏轉(zhuǎn)。于是同學(xué)們非常自信地匯報了他們的實驗結(jié)果，他們確信，F(xiàn)e3+與I-是可逆反應(yīng)。并且此方案可廣泛應(yīng)用于氧化還原類型的可逆反應(yīng)的檢驗，同學(xué)們感受到此次探究的價值。

設(shè)計意圖：打破慣性思維，多角度考慮問題。學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新精神”素養(yǎng)得以充分培養(yǎng)，從敢于質(zhì)疑到勇于探索再到方案應(yīng)用，提升了學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”素養(yǎng)。

探究二：進階

由于電化學(xué)實驗現(xiàn)象十分明顯，說明Fe3+與I-的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，以上皆為定性分析。那么可以定量計算出反應(yīng)進行的程度嗎？如何知道Fe3+與I-這個可逆反應(yīng)進行的程度？畢竟數(shù)據(jù)最能說明事實真相。學(xué)生提出，可對充分反應(yīng)后體系內(nèi)某一物質(zhì)的含量進行滴定測量，然后計算，常規(guī)思路再次被顛覆，因為是可逆反應(yīng)，無論哪種滴定測量都破壞了平衡體系。

利用數(shù)字儀器——分光光度計，根據(jù)反應(yīng)前溶液幾乎無色，隨著反應(yīng)的進行，I2逐漸增多從而顏色漸深，分光光度計可測量出產(chǎn)物的吸光率變化，最后換算成平衡式體系內(nèi)I2的濃度，由此計算出反應(yīng)在達到平衡時I2的產(chǎn)率接近30%，數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)e3+與I-的反應(yīng)確實存在限度。

設(shè)計意圖：實現(xiàn)了從定性判斷到定量分析，體現(xiàn)數(shù)字實驗的直觀性、準確性。學(xué)生的強烈的問題意識、層次的探究能力和實事求是的科學(xué)精神都得到培養(yǎng)，整堂課所有環(huán)節(jié)都是落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實踐體現(xiàn)。

四、思考

本節(jié)課通過尋求可逆反應(yīng)明顯的現(xiàn)象表征來證明平衡體系的存在，在動手實驗-質(zhì)疑權(quán)威-設(shè)計方案-實驗驗證-得出結(jié)論的探究過程中，把學(xué)科核心素養(yǎng)落到了實處。本節(jié)課是一堂以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)探究課，突出了學(xué)生的主體地位，極大程度地調(diào)動了學(xué)生科學(xué)探究的熱情。

PBL教學(xué)模式和POE教學(xué)策略可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。在預(yù)測現(xiàn)象與觀察現(xiàn)象不一致時，學(xué)生在認知沖突中探索新知，構(gòu)建新的認知結(jié)構(gòu)，尋求更為科學(xué)的辦法，在引導(dǎo)學(xué)生深層次參與課堂和學(xué)生之間的交流合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣。

參考文獻：

[1]朱穎，丁偉.基于三價鐵離子與碘離子的反應(yīng)學(xué)習(xí)化學(xué)平衡的實驗探究[J].實驗教學(xué)，2017（11）：4245.

[2]李文博，吳文中.再談鐵離子與碘離子反應(yīng)限度實驗設(shè)計[J]，化學(xué)教學(xué)，2018（3）：9397.