運用POE教學策略探秘維生素C的化學知識

孫帥妮 李艷 郭云倩 李冰

摘? 要 運用POE教學策略，結合實驗探究的教學方法探秘維生素C的化學知識，通過對維生素C還原性和酸性的實驗探究，加深學生對維生素C知識的理解。結合POE教學策略加強學生的主體地位，提升學生科學探究能力和解決問題的實踐能力，發展學生“科學探究與創新意識”的核心素養。

關鍵詞 高中化學;POE教學策略;維生素C;核心素養;實驗探究

中圖分類號：G633.8? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）17-0085-03

1 前言

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確提出要培養學生的科學素養，強調以實驗探究的方式促進學生知識的建構[1]。化學是一門以實驗為基礎的學科，在教學中借助實驗可以讓學生更加直觀地理解相關知識。在傳統實驗教學中，教師一般更注重實驗的解釋，忽略了學生對原有知識的探查和對實驗原理的預測，且大多以演示實驗的方式展示出來，忽略了學生的動手操作能力。要提高實驗教學質量，就需要選擇更加合適的教學策略。

POE教學策略是“Predict-Observe-Explain”，即“預測—觀察—解釋”，是在建構主義和前概念等學習理論的基礎上提出的一種教學策略，旨在通過預測發現學生原有的認知，在此基礎上進行實驗驗證，最終經過解釋，促進學生對新舊知識的概念轉化和知識體系的建構[2]。POE教學策略改變了以往實驗中以教師為主的演示實驗，強調以學生為中心，讓學生在自主動手操作實驗的過程中探究知識，提升化學實驗教學質量;同時，學生是基于自己的預測帶有目的地去審視探究實驗的，增強了活動的指向性和針對性，有助于激發自主探究的欲望和建構新知識。

本文運用POE教學策略以探秘維生素C的化學知識為主題，通過實驗探究驗證維生素C的還原性和酸性等化學性質，在真實生活中從化學視角發現維生素C的奧秘，加深學生對維生素C知識的理解，在整個探究過程中充分培養學生探究思考的能力和動手實踐能力，以及結構決定性質、性質決定用途的化學科學思維。

2 POE 教學策略的思路構建

通過對相關POE教學策略理論知識的探索，提出以學生為主體的、符合學生發展思維的POE教學策略的實施流程，如圖1所示。

3 運用POE教學策略探秘維生素C的化學知識

環節一：課題引入? 獼猴桃中蘊含著豐富的維生素C，深受人們的喜愛。在日常生活中可以看到，在服鐵劑時通常會選擇維生素C片或者選擇獼猴桃等富含豐富維生素C 的水果一起搭配進食。學生對獼猴桃蘊含豐富的維生素C比較熟悉，但很少從化學知識的角度去思考：維生素C具有哪些用途？為什么維生素C在小腸和血液中可以促進Fe2+

的吸收？為什么在服鐵劑時要選擇獼猴桃等富含維生素C的水果搭配一起進食呢？

【設計意圖】以生活中常見水果獼猴桃引入，基于真實的實際問題具有針對性和趣味性，學生感覺很熟悉。維生素C中蘊含豐富的化學知識，激發了學生的探究欲望和學習興趣。

環節二：猜想預測? 教師提問：“為什么維生素C在小腸和血液中可以促進Fe2+的吸收？維生素C具有什么樣的性質？”學生通過小組討論分析得出，對于維生素C具有怎樣的性質，可以從物理性質和化學性質兩個方面去考慮，根據生活經驗以及查閱相關資料得出維生素C的物理性質。維生素C（Vitamin C）呈白色、無味的晶體狀，分子式為C6H8O6，分子量為176.12 g/mol，化學名稱為2，3，5，6-四羥基-2-己烯酸-4-內酯[3]。

學生產生疑問：了解了維生素C的物理性質，那么其化學性質是怎樣的？教師根據學生的疑惑，展示維生素C的結構圖，如圖2所示。分析維生素C的結構，結構決定性質，讓學生通過結構來預測維生素C的化學性質。

學生提出預測：“維生素C由碳元素、氫元素和氧元素組成，是一種含有六個碳原子的多羥基化合物。其結構中含有烯二醇式羥基，即含有-C（OH）=C（OH）-不飽和鍵，容易被氧化，應該具有很強的還原性，能防止Fe2+被氧化為Fe3+。”

【設計意圖】預測是POE教學策略的步驟之一，也是進行化學實驗研究的一種常用方法，特別需要強調的是預測不是憑空想象，而是在一定的理論和經驗的基礎上，對實驗現象或事件結果進行合理猜想。引導學生進行合理預測，反映出學生的前概念，激發學生的探究思維。

環節三：實驗觀察? 教師引導：“以上是從維生素C的結構出發，現在通過實驗來證實維生素C的還原性。請同學們根據自己設計的實驗方案選擇合適的實驗藥品和實驗儀器進行操作，并認真觀察實驗現象，做好實驗記錄，以驗證自己的預測。”實驗藥品包括飽和維生素C溶液、蒸餾水、KSCN溶液、FeCl3溶液。學生小組成員進行分工合作，取兩個小試管，分別滴加四滴蒸餾水和四滴維生素C溶液，可以觀察到兩支試管中均為無色透明溶液;然后分別滴入FeCl3溶液各兩滴，振蕩搖勻，蒸餾水小試管顯黃色，維生素C溶液小試管為無色，沒有Fe3+所呈現出的黃色。為了進一步驗證，可在上述試管中分別繼續滴加KSCN溶液兩滴，蒸餾水試管顯血紅色，而維生素C溶液試管中仍為無色，說明維生素C把Fe3+還原為Fe2+。

【設計意圖】學生是在已有經驗和認知的基礎上，帶著問題去審視實驗過程的，通過親自實驗操作，將實驗現象與預測結果進行對照，分析查看是否相符，從而產生知識的認知，激發認知需求。

環節四：探究解釋? 教師提問：“請根據上述實驗現象和結果記錄進行分析，提出自己的見解和作出解釋，可以得出怎樣的結論？”學生通過小組的討論分析得出：維生素C溶液的試管始終為無色透明溶液，試管中的維生素C溶液與FeCl3溶液發生反應，Fe3+具有氧化性，被還原為Fe2+，說明維生素C具有還原性。

教師引導：“根據以上實驗探究，證明了維生素C具有還原性，請同學們書寫化學反應方程式。”學生結合實驗結論，得出化學反應方程式，如圖3所示。

教師釋疑：“維生素C具有很強的還原性，食物中鐵存在的離子形式為Fe2+和Fe3+，而人體能夠吸收的只有Fe2+，運用維生素C的強還原性可以將食物中的Fe3+還原成Fe2+，促進食物中的鐵在人體腸道內被吸收。因此，我們會看到在服鐵劑時通常會選擇維生素C片或者選擇獼猴桃等富含維生素C的水果搭配一起進食，維生素C在小腸和血液中可以促進 Fe2+的吸收，本質上是發生了氧化還原反應。”

【設計意圖】教師利用學生探究的好奇心巧設問題線索，層層引導，使學生完成知識結構的梳理和新知的構建。通過維生素C的結構預測化學性質，然后進行實驗驗證，掌握了維生素C的還原性，利用這些性質解決生活中的問題。對于維生素C性質的演繹，體現了結構決定性質的化學學科思想。

教師提問：“在高中化學課本《化學與生活》中，維生素C被稱為抗壞血酸，那么維生素C是否具有酸性？”學生進行小組討論，通過分析維生素C的結構，發現維生素C具有醇羥基，而醇羥基沒有酸性，且沒有羧基和酚羥基，預測維生素C不具有酸性。

教師引導：“對于維生素C酸性的論證，體現了科學知識的嚴謹性，現在讓我們通過實驗來探究。請同學們按照自己設計的實驗方案進行驗證，檢驗自己的預測是否與現象和結果相一致？”實驗藥品包括飽和維生素C溶液、藍色石蕊試紙、0.1 mol/L NaOH溶液、甲基橙試液。教師指導學生進行實驗，取一支小試管加入2 mL維生素C溶液，然后用玻璃棒分別蘸取少量維生素C溶液滴在藍色石蕊試紙上和pH試紙上，可以看見藍色石蕊試紙變為紅色，測出pH大約為3;取另一只小試管同樣加入2 mL維生素C溶液，呈無色透明溶液，滴入兩滴甲基橙試液后，溶液呈現紅色;然后在上述溶液中逐滴加入0.1 mol/L NaOH溶液振蕩，觀察到在滴入20滴NaOH溶液后，溶液由紅色轉變為黃色。教師指導學生注意觀察實驗現象，如實清晰地記錄實驗結果。

學生在小組中議論紛紛：實驗中溶液由紅色轉變為黃色，說明維生素C溶液顯酸性，能與NaOH溶液發生酸堿中和反應，為什么維生素C溶液會顯酸性？

【設計意圖】此時學生的預測結果與實驗探究的現象產生明顯的差異，學生學習情緒高漲，產生強烈的認知沖突，原有的認知平衡被打破，為新知識的學習打下堅實的基礎。

教師引導學生分析維生素C呈酸性的原因：“維生素C分子中含有-C（OH）=C（OH）-結構，羰基的雙鍵會和C2-C3間雙鍵構成共軛體系，使其比乙醇分子中羥基上的氫原子更易電離，從而加強了烯醇基的酸性。同時，維生素C具有四個羥基，羥基溶于水與水分子形成氫鍵，易水解，具有極不穩定的化學性質。”

【設計意圖】問題的發現來源于日常的生活，應讓學生在生活中發現和感知化學知識。學生通過實驗探究，以探秘維生素C的化學知識為切入點，探究驗證了維生素C具有還原性和酸性等化學性質，對維生素C的性質有了更深入的理解，整個過程充分培養了探究思考的能力。

環節五：學以致用? 教師歸納：“維生素C被廣泛應用于日常生活的各個方面，在日常生活中可以巧用維生素C片去除衣物上的污漬。當把鐵銹或含碘污漬沾于衣服上時，可采用棉簽或棉球蘸取維生素C溶液涂抹污漬，利用維生素C的強還原性與鐵銹或含碘污漬發生氧化還原反應，污漬便可被輕松去除。同時，奶制品不能與維生素C同時食用。牛奶中含有氧化性的物質——維生素B2，維生素C具有強還原性，與奶制品同時服用會發生氧化還原反應，從而使兩者都失去其中的營養價值。”最后進行歸納總結，以探秘維生素C的化學知識為主題，通過維生素C的結構預測化學性質，然后進行實驗驗證，最后得出正確的結論，讓學生在化學學習中建立這種探究思路是非常重要的。

【設計意圖】教學設置前后照應，達成知識的遷移與應用，將所學知識應用于日常生產、生活中，加深學生的理解，對所學新知進行深化，促使學生掌握現象背后的知識本質，激發學生的學習興趣。

4 結語

POE教學策略強調通過預測發現學生原有認知，接著采用實驗探究觀察現象，培養學生的動手操作能力，最后進行分析解釋，促進學生新舊知識概念的轉化和新知識體系的建構。以探秘維生素C的化學知識切入主題，利用真實問題進行新知識的學習構建，充分調動學生學習化學的熱情，運用POE教學策略，采用實驗探究的教學方法探秘維生素C的化學知識，突出化學以實驗為基礎的學科特點，從維生素C的結構出發，探討維生素C的性質，通過維生素C的系列探究實驗，使學生對維生素C的酸性、還原性、不穩定性的化學性質有了更深入的理解，最后學以致用，對知識進行升華，鍛煉學生的實驗操作能力，著重培養學生的探究意識和解決問題的能力。POE教學策略能有效提高學生的科學素養和探究創新能力，有利于學生化學學科核心素養的培養。■

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準[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]丁文軒.維生素C的結構、性質與功效[J].當代化工研究，2017（7）：125-126.