核心素養(yǎng)視角下POEC教學(xué)策略的“乙烯”教學(xué)實踐

盧珊

摘要：本文在核心素養(yǎng)的視角下，闡述了 POEC教學(xué)策略在“乙烯”教學(xué)中的重要應(yīng)用。教學(xué)以除去柿子的澀味真實問題引入，引導(dǎo)學(xué)生依照疑問—猜想—實驗—解釋—建構(gòu)五個基本步驟積極主動地參與學(xué)習(xí)，將乙烯的知識線、觀念線和素養(yǎng)線有機融合；通過微型化、數(shù)字化等實驗，提升學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新意識；以柿子儲運防腐作為鏈?zhǔn)角榫?，檢測、評價學(xué)生對乙烯知識的理解和應(yīng)用水平；展開乙烯開發(fā)和使用的討論，提升社會責(zé)任感，樹立學(xué)生科學(xué)的人生觀和價值觀。

關(guān)鍵詞：乙烯；實驗探究；POEC教學(xué)策略；核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2023）08-0056-05?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.08.012

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）要求培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提升學(xué)生的科學(xué)精神和社會責(zé)任。[1]中學(xué)化學(xué)教師在教學(xué)中應(yīng)將學(xué)科知識與真實生活情境相融合，建構(gòu)起以化學(xué)視角認(rèn)識事物并解決實際問題的思想和方法，如結(jié)構(gòu)觀、元素觀和轉(zhuǎn)化觀等。POEC（Pre- dict -Observe-Explain- Comparision）策略是預(yù)測-觀察-解釋-比較教學(xué)策略的簡稱，與傳統(tǒng)的 DOE（Dis- play-Observe-Explain，演示-觀察-解釋）策略不同，如圖1所示。

POEC 策略更強調(diào)學(xué)生的主體性，要求教師創(chuàng)設(shè)合理情景，引導(dǎo)學(xué)生大膽預(yù)測，通過實驗探究對預(yù)測進行證實或證偽，最后學(xué)生能夠?qū)λ媒Y(jié)論進行解釋說明，并建構(gòu)知識體系與核心觀念。[2] POEC策略重在以問題為核心，激發(fā)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。筆者采用POEC教學(xué)策略引導(dǎo)學(xué)生對人教版必修第二冊教材中乙烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進行探究，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)和思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

一、預(yù)、測、核、動——識教材，明課標(biāo)

學(xué)生在學(xué)習(xí)乙烯之前，僅學(xué)習(xí)了以甲烷為代表的烷烴結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（主要為取代反應(yīng)），能初步從元素組成和分子結(jié)構(gòu)角度認(rèn)識有機物，但有機物中“結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”的關(guān)系仍需進一步加強。根據(jù)教材和“新課標(biāo)”要求，乙烯的學(xué)習(xí)目標(biāo)可以如下理解：

預(yù)：在課前預(yù)習(xí)和課中學(xué)習(xí)中強調(diào)學(xué)生要有預(yù)見和大膽的設(shè)想，突出對乙烯分子中碳碳雙鍵有一個鍵易斷開，化學(xué)性質(zhì)活潑的特點展開，樹立結(jié)構(gòu)決定化學(xué)性質(zhì)的觀念與認(rèn)知目標(biāo)。

測：在預(yù)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生測試自我預(yù)見的真?zhèn)?，體會化學(xué)結(jié)構(gòu)觀、元素觀和轉(zhuǎn)化觀等學(xué)科觀念的運用，多角度、多方法調(diào)整假設(shè)，培養(yǎng)核心素養(yǎng)目標(biāo)。

核：教材中，本節(jié)課知識的核心問題是結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，培育學(xué)生的核心是在提升學(xué)習(xí)知識的能力，樹立正確的化學(xué)學(xué)科價值觀，兩者核核相聯(lián)，互長互進。

動：課堂的鏈?zhǔn)角榫?、乙烯雙鍵的模型構(gòu)建、乙烯性質(zhì)實驗的探究，其目的都是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，誘導(dǎo)與維持學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的行為，使學(xué)生能持之以恒地學(xué)習(xí)化學(xué)。

二、觀念、知識、素養(yǎng)三線共織教學(xué)設(shè)計網(wǎng)

教師進行乙烯教學(xué)設(shè)計時，既要看到具體的化學(xué)知識，也要關(guān)注知識背后隱藏的科學(xué)觀念和學(xué)科素養(yǎng)，幫助學(xué)生形成乙烯結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識思路（如圖2）。

三、基于 POEC教學(xué)策略的“乙烯”教學(xué)實踐

1.景文導(dǎo)入，興趣盎然，古今同識

（1）圖景描述

【教師】（投影）柿子從未成熟到成熟的形態(tài)變化。

（2）感知世界

【學(xué)生】兩名學(xué)生品嘗成熟與未成熟柿子（如圖3），并對柿子口感加以描述。

（3）材料鋪墊

柿子含有大量糖類和維生素，營養(yǎng)價值高。柿子在未成熟之前都含有大量鞣酸，吃到嘴里會產(chǎn)生一種收斂性的麻澀感；成熟的柿子鞣酸含量較少，還會散發(fā)一種可以催熟水果的氣體。

（4）師生互動

【教師】如何除去柿子的澀味？

【學(xué)生】（討論）方案1：將未成熟柿子放成熟果實旁催熟；

方案2：置于堿性溶液（石灰水）中浸泡；方案3：日光燈24小時照射……

【教師】（放映視頻）將兩個未完全成熟的柿子（程度相似）分別置于玻璃容器中，其中一個放入成熟蘋果，24小時后觀察現(xiàn)象（如圖4）。

【教師】蘇軾在《格物粗談·果品》中也有類似記載，“紅柿摘下未熟，每籃用木瓜三枚放入，得氣即發(fā)，并無澀味?！?/p>

【教師】乙烯是一種具有能使果實催熟本領(lǐng)的神奇氣體。

設(shè)計意圖：以除去柿子中的澀味引入，學(xué)生通過回顧舊知或閱讀材料獲取信息，采用學(xué)生自評、生生互評、教師點評等方式對實驗方案進行可行性分析，如此設(shè)計能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)乙烯的興趣，培養(yǎng)學(xué)生運用化學(xué)思維解決生活問題的意識。

2.激疑預(yù)測，去偽求真，探索結(jié)構(gòu)

為了更好地讓學(xué)生理解單鍵與雙鍵的異同點，本節(jié)課運用 POEC 教學(xué)策略，依照疑問—猜想—實驗—解釋—建構(gòu)5個基本步驟，引導(dǎo)學(xué)生積極、主動地參與學(xué)習(xí)。

（1）活動探究

【教師】根據(jù)碳原子形成四個共價鍵的原則，將乙烷（C2H6）的球棍模型搭建成乙烯（C2H4）。

【學(xué)生】書寫乙烯的電子式、結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡式。

【教師】對比乙烷，乙烯分子組成和結(jié)構(gòu)有何不同？

【學(xué)生】分子組成：乙烯比乙烷分子少兩個氫原子；分子結(jié)構(gòu)：2個碳原子和4個氫原子共面，鍵角約120°，含碳碳雙鍵（官能團）。

（2）問題與假設(shè)

【教師】我們知道，1+1=2，那么，類推：單鍵+單鍵=雙鍵，對不對呢？

【教師】通過實物模型可以解決乙烯具有碳碳雙鍵的結(jié)構(gòu)，并不能預(yù)測碳碳雙鍵中的每個碳碳鍵是否等價。

【教師】乙烯和乙烷分子中的鍵能參數(shù)（如表1）

【教師】根據(jù)原子雜化軌道理論，乙烯中碳原子均以 sp2軌道雜化，兩個碳原子間通過雜化軌道形成一個σ鍵，紡錘形的p軌道間形成π鍵。因此，破壞乙烯兩個碳原子之間的兩個碳碳鍵所需要吸收的能量不同。

【學(xué)生】乙烷與乙烯用注射器分別注入到溴的四氯化碳溶液中，解釋求證（如圖5）。

【教師】乙烯具有碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)，與兩個碳碳單鍵不同。

設(shè)計意圖：在POEC教學(xué)策略指導(dǎo)下，結(jié)合乙烯的化學(xué)式激起學(xué)生對乙烯結(jié)構(gòu)的猜想（P），引導(dǎo)學(xué)生搭建乙烯的球棍模型，觀察乙烯的結(jié)構(gòu)特點（O），強化成鍵分析—材料尋找—理論支撐—實驗論證科學(xué)解釋結(jié)構(gòu)的意識（E），培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識和微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)。

3.改進實驗，創(chuàng)新意識，指導(dǎo)生活

【教師】乙烯的組成結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)有何關(guān)聯(lián)呢？

【學(xué)生】點燃純凈的乙烯氣體，并用點燃的導(dǎo)管嘴在白色的瓷磚上寫出英文字母C（如圖6）。

【教師】（1）為什么乙烯燃燒的火焰與乙烷相比特別明亮？

（2）黑色的“C”是乙烯燃燒后生成的什么產(chǎn)物呢？

【教師】高溫碳顆粒會發(fā)出明亮的光。

【教師】根據(jù)乙烯的分子組成思考。

【學(xué)生】乙烯含碳量高，燃燒不充分產(chǎn)生碳顆粒，火焰明亮并伴有黑煙。

【教師】乙烯還可能被哪些氧化劑氧化？乙烯的氧化產(chǎn)物是什么，設(shè)計實驗證明？

【學(xué)生】向盛有酸性 KMnO4溶液的西林瓶中通入適量乙烯氣體，并將產(chǎn)物通入澄清石灰水中，若溶液渾濁，則有CO2產(chǎn)生。

【教師】當(dāng)產(chǎn)物 CO2量少時，澄清石灰水不會有明顯的渾濁現(xiàn)象。

【教師】將充滿乙烯氣體的集氣瓶連接CO2傳感器，向集氣瓶中加入酸性KMnO4溶液，觀察（如圖7）。

【教師】我國是產(chǎn)柿最多的國家，因柿子口味獨特備受東南亞市場的青睞。柿子從我國長途海運到菲律賓的過程中，為防止柿子成熟腐爛，應(yīng)該在盛放柿子的容器中放入以下哪種物質(zhì)????? （ ）

A.鐵

B.酸性KMnO4溶液的硅藻土

C. NaOH溶液

D.硫酸溶液

【教師】乙烯具有碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)，兩個碳碳鍵不同，能被KMnO4、O2等氧化。

設(shè)計意圖：由于結(jié)構(gòu)的不同，學(xué)生能夠預(yù)測（P）乙烯與烷烴化學(xué)性質(zhì)的不同；通過乙烯燃燒實驗的改進，讓學(xué)生更加直觀地觀察（O）到乙烯的氧化產(chǎn)物，并從元素觀和價態(tài)觀視角解釋（E）乙烯氧化反應(yīng)的現(xiàn)象和產(chǎn)物。通過 CO2傳感器檢驗乙烯被 KMnO4氧化的產(chǎn)物，讓學(xué)生感受數(shù)字化實驗帶來的靈敏（300ppm）和快速。

4.模型建構(gòu)，解釋歷程，科技創(chuàng)新

【教師】乙烯的雙鍵結(jié)構(gòu)具有哪些特殊的性質(zhì)？如何建模呢？

【師生互動】結(jié)合乙烯的鍵能信息及與溴的四氯化碳溶液反應(yīng)的現(xiàn)象，分析乙烯與溴反應(yīng)可能的斷鍵位置。

【教師】幻燈片動畫模擬乙烯與溴發(fā)生加成反應(yīng)的歷程（如圖8）。

【學(xué)生】學(xué)生分組模擬乙烯的加成反應(yīng)（圖9）。

【教師】建立烯烴加成反應(yīng)模型：

【教師】寫出乙烯分別與 H2和 H2O（工業(yè)制酒精）在一定條件下發(fā)生加成反應(yīng)的方程式。

【教師】多個乙烯分子，碳碳雙鍵斷裂一個后，每個碳原子各剩一個單電子，可以如何成鍵使每個碳達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

【教師】模擬多個乙烯分子斷鍵、成鍵的過程，并書寫加聚反應(yīng)方程式，并且介紹單體、鏈節(jié)、聚合度等化學(xué)用語。

【教師】

1.港珠澳大橋的吊索是由14萬根超高分子量聚乙烯纖維組成，具有質(zhì)輕、耐光、化學(xué)穩(wěn)定等特點。

2.2021年3月16日美國麻省理工學(xué)院研發(fā)了一種聚乙烯面料，[3]這些面料比傳統(tǒng)布料綠色環(huán)保，具有質(zhì)量輕、透氣性好、易清洗、快速干燥等特點（圖10）。

【教師】石油工業(yè)發(fā)展的早期，乙烯、丙烯被當(dāng)成廢棄物白白燒掉，曾經(jīng)的廢棄物如今得到了充分利用，你能從中得到怎樣的啟示？

【教師】乙烯具有碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)，其中一個碳碳鍵易斷裂而使乙烯化學(xué)性質(zhì)活潑，易發(fā)生氧化反應(yīng)、加成反應(yīng)和加聚反應(yīng)。

設(shè)計意圖：通過乙烯的鍵能參數(shù)和乙烯與溴反應(yīng)的現(xiàn)象（O），解釋（E）與溴的反應(yīng)的歷程，建構(gòu)（C）烯烴加成反應(yīng)的模型。利用實物模型和真人秀展示，強化學(xué)生對加成反應(yīng)和加聚反應(yīng)的理解。運用加成反應(yīng)生產(chǎn)酒精和加聚反應(yīng)生成高分子材料，使學(xué)生感受到學(xué)科知識與生產(chǎn)實際的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新意識。

5.課后任務(wù)，深化認(rèn)識，制作智慧作品

【教師】通過對乙烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途等內(nèi)容的深入學(xué)習(xí)，同學(xué)們選擇任一視角，繪制關(guān)于乙烯主題的手抄報，談一談本節(jié)課的收獲（如圖11）。

四、POEC教學(xué)策略在課堂教學(xué)中的反思

1.創(chuàng)設(shè)真實情境，關(guān)注科技創(chuàng)新

設(shè)置生活化的教學(xué)情境可以營造輕松、高效的學(xué)習(xí)氛圍，如本節(jié)課布置除去柿子中的澀味、防止柿子儲運腐爛等任務(wù)，讓學(xué)生感受到乙烯在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用價值，學(xué)習(xí)過程中對問題的質(zhì)疑和辯論，對實驗的改進和創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新意識，課堂最后通過前沿科技拓展學(xué)生視野，通過我國乙烯工業(yè)從無到有的迅猛發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的社會責(zé)任感。

2.注重表現(xiàn)性評價，促進深度學(xué)習(xí)

POEC教學(xué)策略有預(yù)測、觀察、解釋、建構(gòu)四個維度作為表現(xiàn)性評價的目標(biāo)，如課堂教學(xué)可通過提問、質(zhì)疑、辯論等方式評價并發(fā)展學(xué)生的多角度解釋能力，通過表述、自評、交流等方式評價并提升學(xué)生實踐應(yīng)用能力。本節(jié)課借助無形的“引擎”——表現(xiàn)性評價，牽動著學(xué)生積極主動地參與學(xué)習(xí)，使課堂真正轉(zhuǎn)向以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。

參考文獻

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[3] Alberghini，M.，Hong，S.，Lozano，L.M. et al. Sustainablepolyethylene fabrics with engineered moisture transport for passive cooling，Nature Sustainability，2021，4（8）：715-724.