核心素養視角下POEC教學策略的“乙烯”教學實踐

盧珊

摘要：本文在核心素養的視角下，闡述了 POEC教學策略在“乙烯”教學中的重要應用。教學以除去柿子的澀味真實問題引入，引導學生依照疑問—猜想—實驗—解釋—建構五個基本步驟積極主動地參與學習，將乙烯的知識線、觀念線和素養線有機融合；通過微型化、數字化等實驗，提升學生的探究精神和創新意識；以柿子儲運防腐作為鏈式情境，檢測、評價學生對乙烯知識的理解和應用水平；展開乙烯開發和使用的討論，提升社會責任感，樹立學生科學的人生觀和價值觀。

關鍵詞：乙烯；實驗探究；POEC教學策略；核心素養

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

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.08.012

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）要求培養學生的化學學科核心素養，提升學生的科學精神和社會責任。[1]中學化學教師在教學中應將學科知識與真實生活情境相融合，建構起以化學視角認識事物并解決實際問題的思想和方法，如結構觀、元素觀和轉化觀等。POEC（Pre- dict -Observe-Explain- Comparision）策略是預測-觀察-解釋-比較教學策略的簡稱，與傳統的 DOE（Dis- play-Observe-Explain，演示-觀察-解釋）策略不同，如圖1所示。

POEC 策略更強調學生的主體性，要求教師創設合理情景，引導學生大膽預測，通過實驗探究對預測進行證實或證偽，最后學生能夠對所得結論進行解釋說明，并建構知識體系與核心觀念。[2] POEC策略重在以問題為核心，激發和維持學生的學習動機。筆者采用POEC教學策略引導學生對人教版必修第二冊教材中乙烯的結構和性質進行探究，提升學生的學習和思維方式，培養學生的創新精神和實踐能力。

一、預、測、核、動——識教材，明課標

學生在學習乙烯之前，僅學習了以甲烷為代表的烷烴結構和性質（主要為取代反應），能初步從元素組成和分子結構角度認識有機物，但有機物中“結構與性質”的關系仍需進一步加強。根據教材和“新課標”要求，乙烯的學習目標可以如下理解：

預：在課前預習和課中學習中強調學生要有預見和大膽的設想，突出對乙烯分子中碳碳雙鍵有一個鍵易斷開，化學性質活潑的特點展開，樹立結構決定化學性質的觀念與認知目標。

測：在預的基礎上引導學生測試自我預見的真偽，體會化學結構觀、元素觀和轉化觀等學科觀念的運用，多角度、多方法調整假設，培養核心素養目標。

核：教材中，本節課知識的核心問題是結構與性質的關系，培育學生的核心是在提升學習知識的能力，樹立正確的化學學科價值觀，兩者核核相聯，互長互進。

動：課堂的鏈式情景、乙烯雙鍵的模型構建、乙烯性質實驗的探究，其目的都是激發學生的學習動機，誘導與維持學生學習化學的行為，使學生能持之以恒地學習化學。

二、觀念、知識、素養三線共織教學設計網

教師進行乙烯教學設計時，既要看到具體的化學知識，也要關注知識背后隱藏的科學觀念和學科素養，幫助學生形成乙烯結構化的認識思路（如圖2）。

三、基于 POEC教學策略的“乙烯”教學實踐

1.景文導入，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變化。

（2）感知世界

【學生】兩名學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，營養價值高。柿子在未成熟之前都含有大量鞣酸，吃到嘴里會產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，并無澀味。”

【教師】乙烯是一種具有能使果實催熟本領的神奇氣體。

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

2.激疑預測，去偽求真，探索結構

為了更好地讓學生理解單鍵與雙鍵的異同點，本節課運用 POEC 教學策略，依照疑問—猜想—實驗—解釋—建構5個基本步驟，引導學生積極、主動地參與學習。

（1）活動探究

【教師】根據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）。

【學生】書寫乙烯的電子式、結構式、結構簡式。

【教師】對比乙烷，乙烯分子組成和結構有何不同？

【學生】分子組成：乙烯比乙烷分子少兩個氫原子；分子結構：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

【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構，并不能預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（如表1）

【教師】根據原子雜化軌道理論，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構，與兩個碳碳單鍵不同。

設計意圖：在POEC教學策略指導下，結合乙烯的化學式激起學生對乙烯結構的猜想（P），引導學生搭建乙烯的球棍模型，觀察乙烯的結構特點（O），強化成鍵分析—材料尋找—理論支撐—實驗論證科學解釋結構的意識（E），培養學生宏觀辨識和微觀探析的學科素養。

3.改進實驗，創新意識，指導生活

【教師】乙烯的組成結構與化學性質有何關聯呢？

【學生】點燃純凈的乙烯氣體，并用點燃的導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物呢？

【教師】高溫碳顆粒會發出明亮的光。

【教師】根據乙烯的分子組成思考。

【學生】乙烯含碳量高，燃燒不充分產生碳顆粒，火焰明亮并伴有黑煙。

【教師】乙烯還可能被哪些氧化劑氧化？乙烯的氧化產物是什么，設計實驗證明？

【學生】向盛有酸性 KMnO4溶液的西林瓶中通入適量乙烯氣體，并將產物通入澄清石灰水中，若溶液渾濁，則有CO2產生。

【教師】當產物 CO2量少時，澄清石灰水不會有明顯的渾濁現象。

【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，應該在盛放柿子的容器中放入以下哪種物質????? （ ）

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構，兩個碳碳鍵不同，能被KMnO4、O2等氧化。

設計意圖：由于結構的不同，學生能夠預測（P）乙烯與烷烴化學性質的不同；通過乙烯燃燒實驗的改進，讓學生更加直觀地觀察（O）到乙烯的氧化產物，并從元素觀和價態觀視角解釋（E）乙烯氧化反應的現象和產物。通過 CO2傳感器檢驗乙烯被 KMnO4氧化的產物，讓學生感受數字化實驗帶來的靈敏（300ppm）和快速。

4.模型建構，解釋歷程，科技創新

【教師】乙烯的雙鍵結構具有哪些特殊的性質？如何建模呢？

【師生互動】結合乙烯的鍵能信息及與溴的四氯化碳溶液反應的現象，分析乙烯與溴反應可能的斷鍵位置。

【教師】幻燈片動畫模擬乙烯與溴發生加成反應的歷程（如圖8）。

【學生】學生分組模擬乙烯的加成反應（圖9）。

【教師】建立烯烴加成反應模型：

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

【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到8電子穩定結構。

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

【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，具有質輕、耐光、化學穩定等特點。

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

【教師】石油工業發展的早期，乙烯、丙烯被當成廢棄物白白燒掉，曾經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構，其中一個碳碳鍵易斷裂而使乙烯化學性質活潑，易發生氧化反應、加成反應和加聚反應。

設計意圖：通過乙烯的鍵能參數和乙烯與溴反應的現象（O），解釋（E）與溴的反應的歷程，建構（C）烯烴加成反應的模型。利用實物模型和真人秀展示，強化學生對加成反應和加聚反應的理解。運用加成反應生產酒精和加聚反應生成高分子材料，使學生感受到學科知識與生產實際的緊密聯系，培養學生的科學探究和創新意識。

5.課后任務，深化認識，制作智慧作品

【教師】通過對乙烯的結構、性質、用途等內容的深入學習，同學們選擇任一視角，繪制關于乙烯主題的手抄報，談一談本節課的收獲（如圖11）。

四、POEC教學策略在課堂教學中的反思

1.創設真實情境，關注科技創新

設置生活化的教學情境可以營造輕松、高效的學習氛圍，如本節課布置除去柿子中的澀味、防止柿子儲運腐爛等任務，讓學生感受到乙烯在生活、生產中的應用價值，學習過程中對問題的質疑和辯論，對實驗的改進和創新，培養學生的科學探究和創新意識，課堂最后通過前沿科技拓展學生視野，通過我國乙烯工業從無到有的迅猛發展，培養學生實現中華民族偉大復興的社會責任感。

2.注重表現性評價，促進深度學習

POEC教學策略有預測、觀察、解釋、建構四個維度作為表現性評價的目標，如課堂教學可通過提問、質疑、辯論等方式評價并發展學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生實踐應用能力。本節課借助無形的“引擎”——表現性評價，牽動著學生積極主動地參與學習，使課堂真正轉向以學生為主體的教學模式。

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（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]王先鋒.對核心素養視域下高中化學POEC教學策略的新認識[J].中學化學教學參考，2018（17）：7-10.

[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.