基于PDEODE模式的化学实验教学实践研究

李淑妍

摘要： 应用德金（Deakin）行动研究模式，基于PDEODE模式开展化学實验教学的行动研究。以铜和浓硫酸反应为例阐述灵活使用PDEODE模式的具体过程，以及由此带来的好处。从教学效果、可操作性、思维习惯等三个层面，探讨和总结模式应用效果与注意点。

关键词： 化学实验教学; PDEODE模式; 核心素养; 探究能力

文章编号： 10056629（2020）08005904

中图分类号： G633 8

文献标识码： B

实验是构筑化学科学的基石。对于教师来说，利用实验教学促进学生知识技能、探究能力发展显得尤为重要。只有采用恰当的实验教学模式，才能体现素养为本的价值取向，促使学生逐步学会运用科学的思维和方法解决实际问题。在教学实践中，借助PDEODE教学模式开展行动研究，提炼总结该模式的操作要点。

1  PDEODE模式概述

较早的一种化学实验教学策略是DOE模式，即演示（demonstrate）观察（observe）解释（explain），这是一种建立在实验验证基础上的教学策略，具有较强的直观性与示范性。这种教学模式是以教师为中心的、学生围绕教师的既定思维展开教学，上课节奏会比较快，教学的容量也会比较大，但在体现学生的主体意识，启发学生思维，以及培养他们创新能力等方面，此模式都有一定局限性。时至今日，这种模式使用仍然较为普遍，其结果就是偏离以学生为中心的教学，导致的结果是化学知识不是建立在引导学生研究和学习物质及其变化的一般方法上来，很难培养学生的创新和实践能力。此外，这种“一闪而过”的说教式实验解释也不利于调动学生学习的热情。

1992年，White和Gunstone正式提出了POE模式，即预测（predict）观察（observe）解释（explain）。虽然只是一词之别，但从学生科学发展观和教师的教育观等角度来分析，两者的差别显而易见。POE策略认为科学认识源于问题，学生需在原有的认知结构基础上自主建构。在此过程中，教师作为课堂教学组织者起到引导作用，学生之间、师生之间平等地表达自己的观点和想法，学生在交流和沟通中发展概念，构建完善的知识体系。

POE相对DOE来说是化学实验教学策略的一大转变，POE策略相对DOE来说体现了学生中心，是由探索学生理解科学的研究方法演化而来的，建立在“观察渗透理论”的哲学观念和建构主义、前概念、概念转变等教育理论基础之上的新型演示策略[1]。预测的提出能够让学生着力于进行前概念与新知的思维碰撞。但在实际教学操作中，笔者发现这对于发展学生核心素养来说依然显得单薄，主要原因在于对新概念的建构还缺乏有效的实践模式指导。新课程标准明确提出，学生应建立科学探究的大概念（核心观念），包括认识科学探究是进行科学解释与发现、应用与创造的科学实践活动;了解科学探究的一般过程;理解从问题和假设出发确定研究目的、依据研究目的设计方案、基于证据进行分析和推理等对科学探究的重要性[2]。

随后，又有学者提出了在实验教学中实践PDEODE模式，即预测（prediction）讨论（discussion）解释（explanation）观察（observation）讨论（discussion）解释（explanation）。学生在了解实验或事实情境的基础上，首先对实验现象或事件结果进行预测，阐明理由。再分小组进行讨论，将自己预测的结果与同伴分享，组内达成共识后进行组间交流。紧接着是学生实践、观察现象、做好记录，再通过协作式的分析、比较、对照和批判，对预测和观察到的现象之间的差异进行深入探讨。最后，学生对自己预测和观察到的现象之间的不一致作出解释，自我协调并解释这种差异。在这个过程中，教师还可以根据实际研究情况引导学生设计必要的活动，如学生基于实验的观察、讨论、在与学生预测的联系之间，有时候也需要重新控制实验条件来获得新的证据展开探讨。

PDEODE和POE都是概念转变的教学策略，但是PDEODE是POE的发展和完善。PDEODE策略是一种从学生角度出发的教学方法，为了有效促成和实现学习者的概念转变而采用的教学策略。相对其他策略来说，除了对学生的预测和实验观察给予较多的关注之外，两个D、两个E特别强调了实验教学中学生对实验分析和推理过程中讨论和解释的作用。

众所周知，学生在开始学习某些科学概念之前，他们通过对日常生活中一些现象的观察和体验已形成了一些自己的概念，即前概念（Preconception）。这些前概念往往会对新知识的学习产生干扰，从以往实验教学上看，教师即便将实验分析得非常到位，若学生没有经历实验活动的深层分析和推理，知识就只会停留在记忆上，时间一长，还是会被前概念主导。在这个过程中，学生非但没有轻易放弃那些前概念的认识，反而会对新概念产生排斥以及曲解，产生迷思概念（Misconception）。这些迷思概念会干扰学生今后的学习，使得新知识不能恰当地整合到学生的认知结构中去，这种情况的产生当然也与我们教师的教学有关。

因此，我们尝试在实验教学中采用PDEODE模式，研究基于PDEODE模式的化学实验教学实践的实施办法，思考和讨论其在实验教学中的有效性、可操作性以及学生的认同性。

2  研究设计

2.1  研究目标

探讨PDEODE模式在中学化学实验教学中的实施途径，了解学生通过PDEODE模式学习后的实施效果，从学生发展角度比较PDEODE模式与传统实验教学模式的差别，归纳研究结果，为今后的教学实践提供参考。

2.2  研究对象

研究对象是高一年级某班42名学生，该班级是还没有进行等级分科的行政班级。学生总体思维比较活跃，对理科学习有比较浓厚的兴趣，化学总体成绩比较好。

2.3  研究方法

参考德金（Deakin）行动研究模式，采用“提出研究計划→制定研究方案→按照方案展开教学→通过对计划和实施情况的评价不断改进方案”的螺旋式循环模式。为了使基于PDEODE模式的实验研究更具科学性，选择连续两节课中的实验教学片断作为研究内容，每个循环的行动研究过程都从设计意图、课前准备活动、案例选择、实验设计、课堂活动以及教学反思等方面着手。

为了能有效了解实验教学对学生的影响，对教学实验对象进行后测，根据相关的数据，结合学生访谈结果来进行科学分析。最后得出PDEODE模式相对于常规实验教学的优缺点，提出其在化学实验教学中的具体改进的实施方法。

3  过程示例

本阶段呈现基于PDEODE模式实践研究的第二轮行动，已经针对第一轮行动研究（为节约篇幅，在此省略）出现的问题，进行分析并且提出了改进策略。

3.1  设计思路

在上一节课中学生已经学习了浓硫酸的吸水性、脱水性，强氧化性等部分反应。“黑面包”实验中，学生对碳与浓硫酸反应特点有了深刻的认识，接下来，学习金属与浓硫酸的反应。考虑到课堂容量以及学生参与问题，在课前笔者对该班级的学生进行一次课题模式培训，在学案中明确指出学生行动的具体要求。

首先通过预测（P），让学生的前概念与新知识产生碰撞，直面可能产生的迷思概念。接下来是第一轮的讨论（D）和解释（E），学生通过小组互动来产生疑惑，经过这一过程某些错误的前概念就会被否定，这是集合了学生的思维力量。重要环节观察（O），旨在让学生用科学的方法获取证据，这个过程又会让学生在已经产生的“概念”中再次起到碰撞的效果。而第二轮的讨论（D）和解释（E）就比前一轮来得更加理性，因为它是建立在获取证据的基础上的，这时候教师的合理引导非常重要，最终让学生将新概念建立在分析解释的基础上，并能建构模型，形成结论。

3.2  过程实录

[教师提出问题]稀硫酸不能与铜反应，那么浓硫酸能否与铜发生反应呢？如果反应可能会有什么现象？生成什么物质？浓硫酸起什么作用？设计实验时应该要注意什么？

[学生独立思考（P）]针对问题进行预测，将个人独立思考的结果用简洁的语言（尽量使用化学用语）书写在学案中相应位置。

[学生小组形式思考讨论并形成主要观点（DE）]学生将自己预测的结果与同伴分享，小组讨论形成主要观点： （1）稀硫酸是非氧化性酸，氢离子不能氧化铜;而浓硫酸是强氧化性酸，应该可以氧化铜。（2）对比上节课碳与浓硫酸反应需要加热的特点，猜测浓硫酸与铜也需要加热。（3）铜与浓硫酸若反应，根据化合价升降关系，可能会生成蓝色溶液，并产生有刺激性气味的气体。（4）实验中会产生有毒气体SO2，可用品红溶液检验，设计装置时要注意用氢氧化钠溶液吸收尾气。（5）硫酸具有强氧化性，其作用是作强氧化剂。

[进行实验并观察（O）]铜与浓硫酸未加热并没有明显的现象，在加热条件下，铜丝逐渐溶解，有大量刺激性气体产生，能使品红溶液褪色。反应后试管中的混合物整体呈现灰暗色，看不到蓝色。

[小组形式思考讨论并形成主要观点（DE）]小组分析实验现象，形成主要观点： （1）在加热条件，铜与浓硫酸反应剧烈，产生的气体是SO2，根据氧化还原反应的特征推测氧化产物是硫酸铜，浓硫酸体现了氧化性。（2）在浓硫酸与胆矾的实验中，浓硫酸吸水性，固体中出现白色硫酸铜，说明铜离子颜色与其在溶液中的浓度有关系。但是黑色物质不可能是碳，同时猜测产物不只有硫酸铜，可能还有别的物质。（3）猜测加水稀释就应该会看到蓝色溶液。（4）整个过程会产生有毒气体，在通风橱中进行应该会更好一些。

[教师提问]检验铜离子，应该如何稀释反应后的溶液？根据化学方程式中铜与浓硫酸物质的量的比例关系，我们推测浓硫酸只是体现氧化性吗？可以对比之前碳与浓硫酸反应的特点进行思考。

[小组形式思考讨论并形成主要观点（DE）]（1）不应该直接加入水，里面有浓硫酸。应将反应后混合液沿器壁慢慢注入到水中，搅拌，观察现象。（2）1mol铜会与2mol浓硫酸反应，其中1mol浓硫酸被还原，体现了氧化性，还有1mol硫酸转化为硫酸铜，是硫酸电离出氢离子生成盐，体现了硫酸的酸性。

[进行实验、观察、讨论并形成解释（ODE）]将反应后混合液沿器壁慢慢注入到水中，得到蓝色溶液。这说明铜离子在水分子作用下生成蓝色的水合铜离子，由此可知有铜离子生成。

[教师总结与评价]利用投影进行小结，要求学生进一步思考： 足量铜片与少量浓硫酸加热条件的最终残留物是什么？

3.3  课后反思

从课堂表现看，学生听课的精神状态明显更好。可能原因在于课前进行了相关培训，且下发的学案导学中标识了基于PDEODE模式学习的基本要求，让学生对课堂上应该有的表现有了更加清晰的认识。演示实验最大限度地给学生进行前后思考、讨论提供了契机，前概念与新知的碰撞使学生产生对知识更深入的理解。因为对实验过程观察得更为细致，学生就会发现很多不作为基本要求的异常的现象。

课后，针对实验环节的一些化学简答题，学生的作业反馈情况比以往要好。之后对不同层次的学生进行了访谈，被访谈的学生表示，通过这些环节的实施，对涉及的知识有了更为清晰的认知，对课堂环节的问题理解也更加深刻，其中印象最深刻的是加热后试管中的残留物颜色与想象不同，更是激发了他们的兴趣。对此，有学生猜测黑色物质里有氧化铜或铜的硫化物，并希望在课后思考如何继续探究。对感兴趣的学生鼓励他们利用课余时间进实验室在通风橱中完成。

4  研究总结

在之后的教学中，笔者经常会在实验教学中引入这种方法，深刻体会到基于PDEODE模式的实验教学实践对发展学生真正的理解力、建构核心观念的重要作用。

4.1  基于PDEODE模式进行化学实验教学效果明显

基于PDEODE模式的化学实验教学帮助学生搭建了一个主动建构知识的途径。建构主义学习理论的课堂教学包括“情境”“协作”“会话”和“意义建构”四大要素，按照四大要素进行教学，实质是化学核心素养的落地[3]。教师起到“导”的作用，知识还是必须通过学生的主动建构才能获得，谁也不能替代。学生通过PDEODE模式开展一系列活动，应用预测、讨论、解释等展开探索和验证的过程，学习质疑、预测、设计、反思、验证以及科学概括、推理、类比、归纳和演绎等科学方法，获得科学过程的切身体验。

在与学生的交流中，除了一些已经提前学过相关知识的学生会感觉PDEODE这个过程有些偏长，效果不明显外，多数学生认为通过多次认知冲突，对知识的理解更加深刻，尤其是自己或同学思考的结果被采纳时，会激起成就感，激发学习积极性。而从涉及相关知识点的作业质量来看，与以往相比准确率明显提高。

4.2  基于PDEODE模式展开教学需要关注可操作性

在实践中也明显感觉到，教学如果是简单为了满足六个环节而设计的话，势必会让学生感觉拖沓，消耗时间。因此，这样的模式可以经常使用，但却需要灵活应用。在理解了该模式的内涵后，可以根据课堂内容的需要，对不同环节进行细致考虑和调整。例如，学生的认知结构与新知识之间产生很大矛盾时，就非常有必要采取该模式，使学生在不断地预测、反思和解释中引发认知冲突，最终自我建构新知识。

在行动研究中还发现PDEODE模式势必会在预测和讨论阶段花费较长时间，为了能体现课堂的高效性，可以考虑在课堂组织方面多花些时间。例如，可以在课前对学生进行简要的培训，让他们明白预测和讨论应该如何操作，采用“学案导学”也是一个不错的方法，可以更好地对学生做一个引导，避免时间的浪费。另外，对于比较复杂的问题，可以提前发给学生，让他们在课余时间利用文献查阅等方式完成“预测”环节，但是不提倡让学生依赖网络“查答案”。课堂上对学生思维过程的考察和检测是培养学生化学实验能力和探究素养的必要过程。

4.3  基于PDEODE模式展开教学有助于培养学生良好思维习惯

基于PDEODE模式开展教学一旦被学生接受并成为他们学习的常用模式，它的影响力不仅是了解科学探究过程中的核心要素，还会逐步形成一种思维习惯。其一，当已有概念和新概念之间产生差距和偏差时，学生会应用这种策略去理解或建构新的知识，这个不断“丰富”和“重构”的过程会锻炼学生耐心，并从认知差异性中不断去实践和观察。其二，PDEODE模式中的两次讨论环节有助于培养学生合作交流学习的能力。由于学生之间生理和心理方面的相似性，他们在相互学习的过程中更容易产生思想上的共鸣，从而学会从科学解释的角度去接受别人的意见和建议，从而在观点上少走极端，不断提高他们对科学知识理解的能力。在该模式中两次讨论的主题虽然只有一个，但是通过两次讨论与真理的距离却是越来越近了，这样能促进知识认知的不断深化。

参考文獻：

[1]顾江鸿， 史小梅， 李春密. 预测观察解释——一种基于现代教育研究的演示策略[J]. 教育科学研究， 2009， （5）： 54～56.

[2]教育部基础教育课程教材专家工作委员会. 普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018.

[3]王根运. 建构主义视角下素养取向的课堂教学设计[J]. 内蒙古教育， 2019， （18）： 55～57.