用POE策略进行概念教学——以实验“生物体维持pH稳定的机制”为例

贡 青

(江苏省南通市第二中学 226000)

概念教学是高中生物教学的重要要求.建构主义认为，概念教学能否顺利达成与学生的前概念有着密切的关系.基于前概念、概念转变、建构主义等理论，1992年Gunstone等通过探究学生理解科学的研究方法，提出了POE教学策略，即predict(预测)—observe(观察)—explain(解释).

实验“生物体维持pH稳定的机制”是帮助学生理解核心概念“生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态”的重要组成.通过前面知识的学习，学生已经对本节知识形成了一定的前概念，这些前概念是否正确有待检验.运用POE策略进行本实验教学，既能让学生尝试使用pH传感器等优化实验方案，又能检测学生对于稳态概念的掌握.

一、预测

predict(预测)：教师给出一个教学情境或问题，学生根据自己已有的经验和知识预测最终会有何种现象或是结果.

学生学习完“细胞生活的环境”对“细胞外液的酸碱度”等有了一定了解，但对生物体如何维持酸碱度还不清楚.教师给出情境：人体“酸碱体质说”是一条流传甚广的“理论”，其认为人类的大部分疾病都是由“酸碱体质”造成的，农夫山泉，螺旋藻等都炒作过自身的“弱碱性”.你赞同正常人体是弱碱性的说法吗？有学生说赞同，因为这些大商家不会无的放矢，且前面已经学习了“人血浆pH为7.35～7.45”，确实是呈弱碱性；有学生说不赞同，因为血浆pH维持在7.35～7.45，而胃酸的pH在1～2.虽然学生的观点不一，但都提到了人血浆pH为7.35～7.45.生物体进行生命活动会产生一些酸、碱性物质进入到血浆中，会大幅改变血浆pH吗？鸡血浆与人血浆pH接近，若是以鸡血做实验，向鸡血浆中加入酸或碱，鸡血浆pH会大幅改变吗？学生仍分成了两组，一组预测会大幅变动，这正符合“酸、碱性体质”的说法；另一组预测不会，因为血浆能够调节，使pH维持在7.35～7.45.

在实验前利用学生已经掌握的知识进行预测，充分暴露出学生各自的前概念和对稳态概念的理解，也激发了学生对于“生物体维持pH稳定的机制”实验的期待.教师也能够更好了解学生的前概念，针对学生呈现出的问题，改进教学思路，构建认知冲突，在学生的最近发展区内进行概念转变，构建正确的稳态概念.

二、观察

observe(观察)：教师进行实验演示，学生进行观察，或是学生操作试验，观察整个实验过程及结果，并记录.

学生以4人为一小组，利用所给仪器与提示，设计“生物体维持pH稳定的机制”实验并画出简要装置图.教师演示如何用pH传感器和无线显示模块测定溶液pH.

实验材料：鸡血血浆、蒸馏水、神秘溶液、0.1mol/L HCl、0.1mol/L NaOH、试管、滴管、量筒、烧杯、pH传感器等.

实验设计(可以画出简要实验装置图)：

实验组1：取3支试管，标记A1、B1、C1.在A1试管中先加入5mL鸡血血浆，先用pH传感器和无线显示模块测定pH，再依次滴加5、10、15、20、25、30滴蒸馏水，每次滴加完摇匀，再用pH传感器和无线显示模块测定pH.请画出B1、C1试管操作示意图.

实验组2：取3支试管，标记A2、B2、C2.在A2试管中先加入5mL神秘溶液，先用pH传感器和无线显示模块测定pH，再依次滴加5、10、15、20、25、30滴蒸馏水，每次滴加完摇匀，再用pH传感器和无线显示模块测定pH.请画出B2、C2试管操作示意图.

对照组：请画出对照组实验操作示意图.

在小组讨论完毕后，请小组代表实物投影展示实验设计及简要装置图，说出实验的无关变量和自变量，在互动讨论中帮助学生进一步完善实验方案.

学生根据已经完善好的实验步骤进行操作，设计表格，记录实验数据.

为了便于比较，教师可以启发学生将收集到的数据以图表等形式展示出来.

三、解释

explain(解释)：全班学生或小组内学生就实验现象与预测的不一致进行讨论分析，查找原因.

前概念的不一样带来预测的多样性，但相同的实验设计操作带来相同的结果.当有学生的预测与结果不一致时便产生了认知冲突，此时教师要抓住机会，帮助学生展开概念转化.

学生展示实验成果，教师以问题的形式引导学生做进一步的思考.

设疑1：人真的有酸性体质和碱性体质之分吗？

教师举例不同体液的pH，如血浆pH在7.35～7.45，胃酸pH在1～2.学生根据所给资料得出结论，不同的体液具有不同的pH，所以此说法是错误的.

设疑2：血浆pH呈弱碱性，当代谢产生的酸、碱进入血浆后，会大幅改变血浆的pH吗？说出你的理由.

学生以实验现象说明，向蒸馏水加入HCl或NaOH后，溶液的pH有较大的改变；向鸡血血浆中加入HCl或NaOH，溶液pH并未出现较大改变.所以不赞成此说法.

设疑3：为什么蒸馏水加入HCl或NaOH会大幅改变pH，而血浆加入HCl或NaOH不明显改变pH？血浆为什么具有这样的功能？

学生在思考没有头绪时，引导学生关注实验组2，其现象是什么.学生发现实验组2的神秘溶液在加入不同数量的HCl或NaOH后，pH并未明显改变，如实验组1一样.此时向学生揭秘，神秘溶液是由Na2HPO4、KH2PO4等配制而成的缓冲溶液.给学生搭建一个认知梯子，学生再回答之前的问题就举重若轻了：可能在血浆中存在类似缓冲溶液的物质.教师总结，科学家的研究表明，确实如同学们推论出的一样，在血浆中存在缓冲溶液.

四、教学反思

使用POE进行教学，学生的前概念与实际观察形成认知冲突，在激发其学习热情的同时也帮助其实现了概念的转变，自主构建概念，加深了对“生物体维持pH稳定的机制”理解.在本节内容中，教师引导学生对实验设计的改进、实验结果的处理，有利于学生生物学科学探究素养的养成.