基于POE策略的教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

申樹(shù)芳 張英鋒

摘要：“原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”教學(xué)中采用了POE策略進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，運(yùn)用預(yù)測(cè)觀察的方法，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)堿金屬元素之間性質(zhì)的相似性和遞變規(guī)律。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，為基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)提供案例參考。

關(guān)鍵詞：POE策略;原子結(jié)構(gòu);元素性質(zhì);預(yù)測(cè);解釋

文章編號(hào)：1008-0546（2022）02x-0043-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.011

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》頒布并實(shí)施，新課程以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，倡導(dǎo)開(kāi)展素養(yǎng)為本的教學(xué)[1]。2019人教版必修一第四章第一節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素周期表”分為三個(gè)課時(shí)，第三課時(shí)為“原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”。這部分知識(shí)在舊教材的標(biāo)題是“元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)”，標(biāo)題的改變只是表象，我們深入理解新教材的內(nèi)容變化的意義，用新課程的理念來(lái)解讀教材，指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)。舊教材重點(diǎn)介紹鉀與鈉的性質(zhì)對(duì)比，從而總結(jié)元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。新教材采用了預(yù)測(cè)的方法，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)堿金屬元素之間性質(zhì)的相似性和遞變規(guī)律。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，為基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)提供案例參考。

一、基于POE策略的教學(xué)設(shè)計(jì)

1992年，White R.T.和Gunstone R.F.提出了POE教學(xué)策略，即“預(yù)測(cè)—觀測(cè)—解釋”（Prediction—Obser?vation—Explaination，簡(jiǎn)稱POE策略。這種策略要求學(xué)生先根據(jù)自己已有的知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè);然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生對(duì)所觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行解釋[2-4]。

預(yù)測(cè)是教學(xué)策略實(shí)施的起始階段，在已有信息的基礎(chǔ)上依據(jù)一定規(guī)律和方法對(duì)未知事物所進(jìn)行的一種推測(cè)。在化學(xué)研究中，可以根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和反應(yīng)規(guī)律等，預(yù)測(cè)元素及其化合物的性質(zhì)及可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。觀察是教學(xué)策略實(shí)施的重要階段，教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)和講解等教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生觀察并記錄。當(dāng)觀察結(jié)果與預(yù)測(cè)不相符時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突。為了調(diào)和這種沖突，學(xué)生會(huì)主動(dòng)閱讀教材、與同學(xué)討論或向老師提問(wèn)求助。解釋是整個(gè)教學(xué)策略的核心階段。學(xué)生通過(guò)觀察分析和小組討論發(fā)現(xiàn)觀察與預(yù)測(cè)的差異，反思自己的觀點(diǎn)。教師引導(dǎo)學(xué)生逐步得出結(jié)論，最后師生共同形成完整的科學(xué)概念。

新課程更加關(guān)注概念理論知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程和各部分知識(shí)間的聯(lián)系，更注重科學(xué)學(xué)習(xí)方法的教育?！霸咏Y(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”這節(jié)課，我們采用POE策略進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)中通過(guò)鉀和鈉的性質(zhì)對(duì)比，找到原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的相似性與遞變性的規(guī)律，并通過(guò)鋰、銣、銫的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了元素性質(zhì)的相似性和遞變性。我們通過(guò)認(rèn)識(shí)元素“位置”“結(jié)構(gòu)”“性質(zhì)”之間的內(nèi)在聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系，使學(xué)生建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，預(yù)測(cè)和解釋元素的性質(zhì)，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

二、分析教材明確教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課是教材第四章第一節(jié)第三課時(shí)的內(nèi)容，是在學(xué)習(xí)了原子結(jié)構(gòu)和元素周期表的基礎(chǔ)上，以堿金屬和鹵素為代表，呈現(xiàn)同主族元素性質(zhì)的相似性和遞變性，引導(dǎo)學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。通過(guò)本節(jié)課學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)于同主族元素性質(zhì)有較清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)于常見(jiàn)的活潑金屬和活潑非金屬有一定的了解，進(jìn)一步構(gòu)建“構(gòu)”“位”“性”的關(guān)系，形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念。

在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)知道原子核外電子排布的規(guī)律;也知道元素周期表中元素的排列是由該元素原子的核外電子排布決定的，能夠明確主族元素的電子層數(shù)、最外層電子數(shù)與其在周期表中的位置之間的關(guān)系;在第二章學(xué)習(xí)中，學(xué)生知道了金屬鈉的基本性質(zhì)。但是，學(xué)生沒(méi)有清晰的元素變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，還不能將周期表與元素的原子結(jié)構(gòu)以及元素性質(zhì)聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以建立同主族元素性質(zhì)的相似和遞變的簡(jiǎn)單模型，為學(xué)習(xí)元素周期律打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

采用POE教學(xué)策略，能更準(zhǔn)確地理解新教材的教學(xué)目標(biāo)，更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)。開(kāi)展素養(yǎng)為本的教學(xué)，要以學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)為起點(diǎn)，以學(xué)生需要達(dá)到的素養(yǎng)目標(biāo)為終點(diǎn)，從而確定教學(xué)目標(biāo)。本節(jié)課的具體教學(xué)目標(biāo)如下：從微觀上理解同主族元素原子核外電子排布的相似性和遞變規(guī)律，明確宏觀上的元素性質(zhì)與微觀上的原子核外電子排布之間的關(guān)系，理解結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律。通過(guò)完成堿金屬和鹵族元素性質(zhì)的探究實(shí)驗(yàn)，初步體驗(yàn)科學(xué)探究在化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)中的重要地位，了解科學(xué)探究的基本方法，培養(yǎng)初步的科學(xué)探究能力。建立同主族元素原子結(jié)構(gòu)變化的微觀模型，理解根據(jù)該模型進(jìn)行元素性質(zhì)推理的科學(xué)思想。

三、教學(xué)過(guò)程

本節(jié)課的教學(xué)流程如圖1所示。

環(huán)節(jié)一：?jiǎn)栴}與預(yù)測(cè)

【新課導(dǎo)入】門捷列夫繪制出了第一張?jiān)刂芷诒?，這張?jiān)刂芷诒韺?shí)際是有很多空格的。他成功地預(yù)言了許多當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的元素，那么他是根據(jù)什么預(yù)言未知元素的性質(zhì)的呢？

【思考】元素的化學(xué)性質(zhì)由什么決定？

【教師】在初中時(shí)，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到元素的化學(xué)性質(zhì)與原子的最外層電子關(guān)系最為密切，金屬元素的原子最外層電子一般少于4個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中容易失去電子，具有金屬性，即原子結(jié)構(gòu)決定元素的性質(zhì)。

【過(guò)渡】我們把第IA族（除了氫）稱為堿金屬元素，堿金屬元素之間的內(nèi)在聯(lián)系是什么呢？

【思考】從上到下堿金屬元素的核電荷數(shù)、原子半徑的變化有什么特點(diǎn)？

【學(xué)生】核電荷數(shù)遞增，原子半徑逐漸增大。

【思考】它們的原子核外電子排布有什么特點(diǎn)？

【學(xué)生】隨著核電荷數(shù)遞增，電子層數(shù)增加，最外層電子數(shù)都是1。

【預(yù)測(cè)】根據(jù)堿金屬元素原子結(jié)構(gòu)的相同點(diǎn)，預(yù)測(cè)出堿金屬化學(xué)性質(zhì)相似的結(jié)論。

【問(wèn)題1】鈉具有哪些化學(xué)性質(zhì)？從原子結(jié)構(gòu)角度如何解釋？

【學(xué)生】與氧氣反應(yīng)：4Na+O2==2Na2O

【解釋】Na原子最外層只有1個(gè)電子，在反應(yīng)中容易失去電子，所以能分別和氧氣、水等發(fā)生反應(yīng)，形成+1價(jià)化合物，Na具有金屬性。

【思考】結(jié)合Na和K的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)測(cè)K會(huì)具有怎樣的性質(zhì)。

【預(yù)測(cè)】鉀具有與鈉相似的化學(xué)性質(zhì)，鈉、鉀的原子核外最外層電子數(shù)都是1個(gè)，應(yīng)該表現(xiàn)相似的化學(xué)性質(zhì)，所以鉀與氧氣、水應(yīng)該都能發(fā)生反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：先讓學(xué)生回顧鈉的化學(xué)性質(zhì)，為接下來(lái)預(yù)測(cè)其它元素的性質(zhì)做好鋪墊。再讓學(xué)生結(jié)合Na、K的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)測(cè)K可能具有的化學(xué)性質(zhì)。學(xué)生說(shuō)出預(yù)測(cè)的理由，不管預(yù)測(cè)是否正確，教師可不予評(píng)價(jià)，使學(xué)生保持好奇心。

環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)和觀察

【實(shí)驗(yàn)探究】堿金屬元素化學(xué)性質(zhì)的比較

【實(shí)驗(yàn)1】鉀在空氣中的燃燒

【現(xiàn)象】鉀在加熱過(guò)程中迅速熔化，發(fā)出紫色火焰（透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃），生成黃色固體。

【思考】鉀與氧氣的實(shí)驗(yàn)，為什么需要先加熱坩堝，再投入用濾紙吸去表面煤油的鉀塊，生成黃色固體是什么？

【解釋】縮短加熱時(shí)間，避免因?yàn)榫徛趸焕谟^察熔化后的鉀的色澤，生成黃色固體是KO（2超氧化鉀）。

【結(jié)論】鉀與氧氣反應(yīng)更劇烈，鉀的金屬活潑性大于鈉。

【實(shí)驗(yàn)2】鉀與水的反應(yīng)

【現(xiàn)象】鉀浮于水面，迅速熔化成銀色小球，四處游動(dòng)，反應(yīng)劇烈，有輕微爆炸聲并著火燃燒，反應(yīng)后滴入酚酞，溶液變紅。

【問(wèn)題2】K和水反應(yīng)、Na和水反應(yīng)現(xiàn)象有何不同？從原子結(jié)構(gòu)角度解釋。

【學(xué)生】鉀與水反應(yīng)有輕微爆炸聲，并發(fā)出紫色火焰。

【反應(yīng)原理】2K+2H2O==2KOH+H2↑

【解釋】從Na到K，隨著核電荷數(shù)增大，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，原子核對(duì)最外層電子引力減弱，失電子能力增強(qiáng)，元素金屬性增強(qiáng)，因此K與水的反應(yīng)現(xiàn)象更劇烈。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)先讓學(xué)生回憶Na分別與氧氣、水反應(yīng)的現(xiàn)象，以和接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做對(duì)比。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展開(kāi)討論，總結(jié)鈉、鉀相似的化學(xué)性質(zhì)，解決學(xué)生心中的疑惑，與環(huán)節(jié)一前后呼應(yīng)。

環(huán)節(jié)三：分析和結(jié)論

【問(wèn)題3】Li、Rb、Cs能和水反應(yīng)嗎？反應(yīng)現(xiàn)象如何？從原子結(jié)構(gòu)角度解釋原因。

【解釋】由鋰到銫，堿金屬元素的原子電子層增加，原子半徑增大，所以原子失電子能力增加，金屬單質(zhì)的活動(dòng)性增強(qiáng)，其與水反應(yīng)變得越來(lái)越容易。

【總結(jié)】1.堿金屬元素化學(xué)性質(zhì)的相似性：堿金屬元素原子的最外層上都有一個(gè)電子，很容易失去，它們的化學(xué)性質(zhì)相似，都能和氧氣、水發(fā)生反應(yīng)。因此堿金屬元素的化合價(jià)都是+1價(jià)。2.堿金屬元素化學(xué)性質(zhì)的遞變性：隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑逐漸增大，原子核對(duì)最外層電子的引力逐漸減小，堿金屬元素的原子失電子能力逐漸增強(qiáng)，金屬性逐漸增強(qiáng)。與O2的反應(yīng)，產(chǎn)物越來(lái)越復(fù)雜，反應(yīng)程度越來(lái)越劇烈;與H2O反應(yīng)越來(lái)越劇烈。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過(guò)比較鉀、鈉分別與水反應(yīng)的難易程度，預(yù)測(cè)鋰與水反應(yīng)的難易程度，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)鋰、鈉、鉀化學(xué)性質(zhì)的差異性和遞變性。讓學(xué)生運(yùn)用堿金屬元素原子結(jié)構(gòu)的遞變性來(lái)解釋鋰、鈉、鉀化學(xué)性質(zhì)的遞變性，歸納出堿金屬化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變規(guī)律。通過(guò)本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)由個(gè)別到一般的歸納方法。

【思考】堿金屬單質(zhì)的物理性質(zhì)有哪些相似性和遞變性？

【學(xué)生】1.相似性：除Cs外其余均為銀白色金屬，密度都比較小，熔點(diǎn)也都比較低。2.遞變性：隨著元素原子核電荷數(shù)的增加，堿金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)逐漸降低。

四、教學(xué)總結(jié)與反思

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，如何在教學(xué)過(guò)程中真正落實(shí)核心素養(yǎng)是廣大教師一直關(guān)注和研究的問(wèn)題。新課程提倡“素養(yǎng)為本”的教學(xué)應(yīng)該“促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展”。在教學(xué)過(guò)程中，采用POE策略進(jìn)行教學(xué)，教師通過(guò)讓學(xué)生對(duì)堿金屬原子結(jié)構(gòu)分析，預(yù)測(cè)元素的性質(zhì)，再由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證元素性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系。本節(jié)課旨在通過(guò)探究堿金屬的性質(zhì)得出同一主族元素得失電子的能力、金屬性遞變的趨勢(shì)，教給學(xué)生思考問(wèn)題的思路和方法，為學(xué)習(xí)元素周期表打好基礎(chǔ)。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，指導(dǎo)鹵族元素的學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了知識(shí)之間的聯(lián)系性。本節(jié)課教學(xué)中重視理論知識(shí)的構(gòu)建過(guò)程，通過(guò)課堂討論的形式，教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，讓學(xué)生自主思考與交流，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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