基于POE策略的教学设计及实施

申树芳 张英锋

摘要：“原子结构与元素的性质”教学中采用了POE策略进行教学设计，运用预测观察的方法，引导学生发现碱金属元素之间性质的相似性和递变规律。通过本节课的学习，培养学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养，为基于化学学科核心素养的教学设计提供案例参考。

关键词：POE策略;原子结构;元素性质;预测;解释

文章编号：1008-0546（2022）02x-0043-03

中图分类号：G632.41

文獻标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.011

《普通高中化学课程标准（2017年版）》颁布并实施，新课程以发展化学学科核心素养为主旨，倡导开展素养为本的教学[1]。2019人教版必修一第四章第一节“原子结构与元素周期表”分为三个课时，第三课时为“原子结构与元素的性质”。这部分知识在旧教材的标题是“元素的性质与原子结构”，标题的改变只是表象，我们深入理解新教材的内容变化的意义，用新课程的理念来解读教材，指导教学设计。旧教材重点介绍钾与钠的性质对比，从而总结元素性质与原子结构的关系。新教材采用了预测的方法，引导学生发现碱金属元素之间性质的相似性和递变规律。通过本节课的学习，培养学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养，为基于化学学科核心素养的教学设计提供案例参考。

一、基于POE策略的教学设计

1992年，White R.T.和Gunstone R.F.提出了POE教学策略，即“预测—观测—解释”（Prediction—Obser⁃vation—Explaination，简称POE策略。这种策略要求学生先根据自己已有的知识对实验现象进行预测;然后进行实验，观察现象;实验结束后，学生对所观察到的现象进行解释[2-4]。

预测是教学策略实施的起始阶段，在已有信息的基础上依据一定规律和方法对未知事物所进行的一种推测。在化学研究中，可以根据物质的组成、结构和反应规律等，预测元素及其化合物的性质及可能发生的化学反应。观察是教学策略实施的重要阶段，教师通过实验和讲解等教学活动，让学生观察并记录。当观察结果与预测不相符时，就会产生认知冲突。为了调和这种冲突，学生会主动阅读教材、与同学讨论或向老师提问求助。解释是整个教学策略的核心阶段。学生通过观察分析和小组讨论发现观察与预测的差异，反思自己的观点。教师引导学生逐步得出结论，最后师生共同形成完整的科学概念。

新课程更加关注概念理论知识的建构过程和各部分知识间的联系，更注重科学学习方法的教育。“原子结构与元素的性质”这节课，我们采用POE策略进行教学。教学中通过钾和钠的性质对比，找到原子结构与元素性质的相似性与递变性的规律，并通过锂、铷、铯的实验进一步验证了元素性质的相似性和递变性。我们通过认识元素“位置”“结构”“性质”之间的内在联系，引导学生认识原子结构与元素性质的关系，使学生建立“结构决定性质”的观念，预测和解释元素的性质，提升学生的学科素养。

二、分析教材明确教学目标

本节课是教材第四章第一节第三课时的内容，是在学习了原子结构和元素周期表的基础上，以碱金属和卤素为代表，呈现同主族元素性质的相似性和递变性，引导学生从中发现规律。通过本节课学习，学生对于同主族元素性质有较清晰的认识，对于常见的活泼金属和活泼非金属有一定的了解，进一步构建“构”“位”“性”的关系，形成结构决定性质的观念。

在学习本节课之前，学生已经知道原子核外电子排布的规律;也知道元素周期表中元素的排列是由该元素原子的核外电子排布决定的，能够明确主族元素的电子层数、最外层电子数与其在周期表中的位置之间的关系;在第二章学习中，学生知道了金属钠的基本性质。但是，学生没有清晰的元素变化规律的认识，还不能将周期表与元素的原子结构以及元素性质联系起来。通过本节课的学习，学生可以建立同主族元素性质的相似和递变的简单模型，为学习元素周期律打下坚实的基础。

采用POE教学策略，能更准确地理解新教材的教学目标，更好地培养学生学科素养。开展素养为本的教学，要以学生现有知识为起点，以学生需要达到的素养目标为终点，从而确定教学目标。本节课的具体教学目标如下：从微观上理解同主族元素原子核外电子排布的相似性和递变规律，明确宏观上的元素性质与微观上的原子核外电子排布之间的关系，理解结构决定性质，性质反映结构的基本规律。通过完成碱金属和卤族元素性质的探究实验，初步体验科学探究在化学学科的学习中的重要地位，了解科学探究的基本方法，培养初步的科学探究能力。建立同主族元素原子结构变化的微观模型，理解根据该模型进行元素性质推理的科学思想。

三、教学过程

本节课的教学流程如图1所示。

环节一：问题与预测

【新课导入】门捷列夫绘制出了第一张元素周期表，这张元素周期表实际是有很多空格的。他成功地预言了许多当时尚未发现的元素，那么他是根据什么预言未知元素的性质的呢？

【思考】元素的化学性质由什么决定？

【教师】在初中时，我们已经认识到元素的化学性质与原子的最外层电子关系最为密切，金属元素的原子最外层电子一般少于4个，在化学反应中容易失去电子，具有金属性，即原子结构决定元素的性质。

【过渡】我们把第IA族（除了氢）称为碱金属元素，碱金属元素之间的内在联系是什么呢？

【思考】从上到下碱金属元素的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？

【学生】核电荷数递增，原子半径逐渐增大。

【思考】它们的原子核外电子排布有什么特点？

【学生】随着核电荷数递增，电子层数增加，最外层电子数都是1。

【预测】根据碱金属元素原子结构的相同点，预测出碱金属化学性质相似的结论。

【问题1】钠具有哪些化学性质？从原子结构角度如何解释？

【学生】与氧气反应：4Na+O2==2Na2O

【解释】Na原子最外层只有1个电子，在反应中容易失去电子，所以能分别和氧气、水等发生反应，形成+1价化合物，Na具有金属性。

【思考】结合Na和K的原子结构特点，预测K会具有怎样的性质。

【预测】钾具有与钠相似的化学性质，钠、钾的原子核外最外层电子数都是1个，应该表现相似的化学性质，所以钾与氧气、水应该都能发生反应。

设计意图：先让学生回顾钠的化学性质，为接下来预测其它元素的性质做好铺垫。再让学生结合Na、K的原子结构特点，预测K可能具有的化学性质。学生说出预测的理由，不管预测是否正确，教师可不予评价，使学生保持好奇心。

环节二：实验和观察

【实验探究】碱金属元素化学性质的比较

【实验1】钾在空气中的燃烧

【现象】钾在加热过程中迅速熔化，发出紫色火焰（透过蓝色钴玻璃），生成黄色固体。

【思考】钾与氧气的实验，为什么需要先加热坩埚，再投入用滤纸吸去表面煤油的钾块，生成黄色固体是什么？

【解释】缩短加热时间，避免因为缓慢氧化而不利于观察熔化后的钾的色泽，生成黄色固体是KO（2超氧化钾）。

【结论】钾与氧气反应更剧烈，钾的金属活泼性大于钠。

【实验2】钾与水的反应

【现象】钾浮于水面，迅速熔化成银色小球，四处游动，反应剧烈，有轻微爆炸声并着火燃烧，反应后滴入酚酞，溶液变红。

【问题2】K和水反应、Na和水反应现象有何不同？从原子结构角度解释。

【学生】钾与水反应有轻微爆炸声，并发出紫色火焰。

【反应原理】2K+2H2O==2KOH+H2↑

【解释】从Na到K，随着核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子引力减弱，失电子能力增强，元素金属性增强，因此K与水的反应现象更剧烈。

设计意图：本环节先让学生回忆Na分别与氧气、水反应的现象，以和接下来的实验现象做对比。根据实验现象展开讨论，总结钠、钾相似的化学性质，解决学生心中的疑惑，与环节一前后呼应。

环节三：分析和结论

【问题3】Li、Rb、Cs能和水反应吗？反应现象如何？从原子结构角度解释原因。

【解释】由锂到铯，碱金属元素的原子电子层增加，原子半径增大，所以原子失电子能力增加，金属单质的活动性增强，其与水反应变得越来越容易。

【总结】1.碱金属元素化学性质的相似性：碱金属元素原子的最外层上都有一个电子，很容易失去，它们的化学性质相似，都能和氧气、水发生反应。因此碱金属元素的化合价都是+1价。2.碱金属元素化学性质的递变性：随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。与O2的反应，产物越来越复杂，反应程度越来越剧烈;与H2O反应越来越剧烈。

设计意图：本环节通过比较钾、钠分别与水反应的难易程度，预测锂与水反应的难易程度，让学生认识锂、钠、钾化学性质的差异性和递变性。让学生运用碱金属元素原子结构的递变性来解释锂、钠、钾化学性质的递变性，归纳出碱金属化学性质的相似性和递变规律。通过本环节的学习，让学生学会由个别到一般的归纳方法。

【思考】碱金属单质的物理性质有哪些相似性和递变性？

【学生】1.相似性：除Cs外其余均为银白色金属，密度都比较小，熔点也都比较低。2.递变性：随着元素原子核电荷数的增加，碱金属单质的熔点和沸点逐渐降低。

四、教学总结与反思

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，如何在教学过程中真正落实核心素养是广大教师一直关注和研究的问题。新课程提倡“素养为本”的教学应该“促进学生化学学科核心素养的形成和发展”。在教学过程中，采用POE策略进行教学，教师通过让学生对碱金属原子结构分析，预测元素的性质，再由实验验证元素性质，引导学生认识原子结构与元素性质的关系。本节课旨在通过探究碱金属的性质得出同一主族元素得失电子的能力、金属性递变的趋势，教给学生思考问题的思路和方法，为学习元素周期表打好基础。通过本节课的学习，使学生建立“结构决定性质”的观念，指导卤族元素的学习，体现了知识之间的联系性。本节课教学中重视理论知识的构建过程，通过课堂讨论的形式，教师进行适当的引导，让学生自主思考与交流，培养学生“宏观辨识与微观探析”

“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]邓琳，王后雄.POE教学策略在化学概念教学中的应用[J].中学化学，2016（3）：1-3.

[3]苑凌云，李鼎，岳文虹.實验室模拟酸雨形成条件的设计——基于POE教学策略融合数字化实验手段[J].化学教学，2019（2）：58-61.

[4]孟凡龙.援引科学史探究DNA复制方式的POE教学策略分析[J].生物学教学，2018（1）：15-16.

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