基于POE策略的探究式教学在高职基础化学教学中的应用——以“缓冲溶液及其作用机制”教学为例

张萌萌，张 滢，杨 洁

（汉中职业技术学院，陕西汉中 723000）

缓冲溶液作为高职药学专业基础化学课程中的重点章节，它在医学领域具有广泛应用，如人体体液正常 pH 的保持、细菌培养、生物体内酶催化反应、血液冷藏、药物的配制和储存以及药物研发等。由此可见，维持溶液pH 基本恒定，无论在化学上还是医学上都具有重要意义。因此，药学专业学生熟练掌握缓冲溶液的定义、基本原理及其在医学领域的应用十分必要[1]。POE（Predict-Observe-Explain）教学策略基于学生为本位，分为以下3个步骤：①预测：要求学生面对知识情境，根据已有经验进行现象或事实的预测并说明理由；②观察：学生根据所设计实验进行操作，观察产生的实验现象和结果，对照预测，是否相符；③解释：根据预测和观察结果对照，得出结论。在此3个步骤中，引导学生促进前概念的转化，系统构建新的知识体系[2]。

本文以“缓冲溶液及其作用机制”教学内容为例，运用POE 教学策略，以缓冲溶液的教学为出发点和落脚点，设置问题情境引出缓冲溶液的知识点，进而通过实验探究缓冲溶液的特征，实例分析缓冲溶液的作用机制，达到学以致用的目的，做好职业思维教育。

1 教学内容与教学现状分析

缓冲溶液及其作用机制教学内容是基础化学课本“电解质溶液”章节中的内容，作为常考常用的知识点之一，缓冲溶液的讲解历来是大学化学或无机化学的重点，但由于此概念较强的理论性和抽象性，学生理解参差不齐。所以讲解内容要考虑学生基础，应由浅入深，先将内容趣味化、简单化，调动其兴趣，再由表及里，使学生内化于心[3]。同时，其内容与医药健康实际应用联系密切，在予以知识以真实情境的同时，借助科学探究法和案例研讨法引导学生自主探究性质，迁移应用，系统构建新的知识体系。

本节课授课对象为高职药学专业一年级学生，学生在本学期前期已学习电解质溶液、水的解离、酸碱质子理论、弱电解质的电离平衡、溶液的酸碱性和pH，已具备一定的理论基础。但大部分学生学习自主性差，基础知识掌握得不牢，对实际问题的分析和解决能力较差，需要教师提醒、督促和引导。

2 教学构思

结合教学内容和教学现状，调整教学顺序，进行纵向教学设计，教学主线如图1：

图1 教学设计构思图

3 教学环节设计

3.1 新课导入

课前，让学生观看“健康大不同”节目，并提出问题。以常见的药物和食物摄入不会引起血液pH 发生明显变化情景作为引入，学生对生活中此类现象都亲身经历过，但很少从所学化学知识的角度去思考什么是缓冲体系和人体中缓冲体系作用机制等问题。

设计意图：本节课以生活中常见实例引入，基于真实情境，素材具有针对性和吸引力，让学生感觉既熟悉，但从化学角度去思考却又很陌生，这样便能激发学生探究欲，集中课堂注意力。

3.2 猜想预测

问题1：在日常生活中，我们所摄取的食物或服用的药物有酸性的、碱性的，人体所吸收的这些物质就会进入血液中，但血液的pH 并没有因此而发生明显的改变，维持在7.35 ～7.45之间。这是因为人体内有着强大的缓冲溶液体系，那么，什么缓冲溶液体系？人体是怎样保持血液的pH 在7.35 ～7.45之间的呢？

学生活动1：以小组为单位设计模拟对比实验。取3 支试管，分别盛装等量H2O、NaCI、HAc-NaAc缓冲溶液，分别加入等量紫色石蕊试剂并记下pH；往其中依次分别加入1滴0.01 mol/L HCl，记下pH1；同样取3支试管，分别盛装等量H2O、NaCI、HAc-NaAc 缓冲溶液，往其中依次分别加入1 滴0.01 mol/L NaOH溶液，记下滴加溶液后的pH2，并分别计算差值△ph1、△ph2，记录实验中颜色变化现象。

设计意图：猜想是进行实验探究不可缺少的步骤，也是POE 教学策略的程序之一。引导学生在已有认知基础上进行合理的实验探究，激活学生科学探究思维，规范科学探究步骤。

3.3 实验观察

问题2：实验操作后，请学生总结实验现象和数据。学生活动2：汇总记录实验现象和数据结果，尝试解释实验原理与结论。

表1 定量分析实验结果

设计意图：指导学生通过亲自实验操作验证，定性分析和定量分析相结合，理解缓冲溶液的定义，深刻感受缓冲溶液的作用，并在此探究过程中的好奇心与求知欲进一步被激发。此时，引导学生深入分析，解释现象产生原因，培养规范的科学探究思维。

3.4 探究释疑

问题3：通过上面的实验，解释什么是缓冲溶液。

学生活动3：小组讨论分析得出，对于NaCI 这种普通溶液，其pH 容易收到外界少量酸和碱的影响，而HAc-NaAc 混合溶液能够抵抗外加少量强酸强碱或稍加稀释，保持其溶液pH 基本不变，这样的溶液称为缓冲溶液，缓冲溶液的这种作用称为缓冲作用。

设计意图：以实验结果为递进点，层层推进，抓住学生探究学习的好奇心，并加以适当的引导与帮助，由实验结果引入缓冲溶液和缓冲作用的概念教学，为进一步应用专业知识解释实例打好理论基础。

3.5 拓展研究

问题4：缓冲溶液能够抵抗外界少量强酸强碱或稍加稀释的影响，那么，缓冲溶液为什么具有缓冲作用呢？

学生活动4：学生进行小组讨论，教师提示从缓冲溶液的组成这一角度去分析作用原理。

教师引导：缓冲溶液的缓冲作用和它的组成有关，缓冲溶液是由具有足够浓度的弱酸或弱碱的共轭酸碱对或多元酸的酸式盐及其次级盐组成，比如HAc-NaAc缓冲对，NHCI4-NH3缓冲对、H2CO3-NaHCO3缓冲对。其中，共轭酸起抗碱作用，称为抗碱成分，共轭碱起抗酸作用，称为抗酸成分，组成缓冲溶液的共轭酸碱对也称为缓冲对。

3.6 学以致用

问题5：以HAc-NaAc 缓冲溶液为例，进一步具体分析缓冲溶液的作用原理。

教师引导：在HAc-NaAc 缓冲溶液中，存在2个解离过程，HAc 部分解离成H+和Ac-，NaAc 完全解离成Na+和Ac-。在上述溶液中加入少量强酸（如HCl 溶液）时，溶液中存在的大量Ac-与外加的H+结合成弱电解质HAc，使增加的H+被消耗，此时，溶液中的H+浓度无明显增大，pH 基本保持不变，共轭碱NaAc 和H+结合起到了抗酸的作用。同理，加入少量强碱（如NaOH 溶液），OH-与HAc 解离出的H+结合，生成难解离的H2O，在H+被消耗的同时，HAc 的解离平衡向右移动，解离出H+，被消耗的H+得到及时补充，其浓度不会明显减低，pH 基本保持不变。弱酸HAc 和OH-结合起到了抗碱的作用。

因此，由于在缓冲溶液中存在着相对较多的抗酸成分和抗碱成分，可消耗外来的少量强酸和强碱，通过酸碱平衡移动，使溶液的pH 基本保持不变。

问题6：人体血浆中有碳酸缓冲对、磷酸缓冲对、蛋白质缓冲对、红细胞内有血红蛋白缓冲对、氧合血红蛋白缓冲对以及碳酸缓冲对、磷酸缓冲对。这些缓冲对使人体血液pH 范围维持在7.35 ～7.45之间。其中，碳酸和碳酸钠缓冲溶液是血浆中最主要的缓冲对，分析其具体作用原理。

学生活动5：缓冲机制与肺的呼吸功能及肾的排泄和重吸收功能密切相关，正常人体代谢产生的CO2进入血液后与水结合成碳酸，碳酸与血浆中的碳酸氢根组成共轭酸碱对，并建立起解离平衡。

教师引导：H2CO3-NaHCO3缓冲对作用时，当体内酸性物质增多时，血浆中大量的CO3-与H+结合，使平衡向左移动，H+被消耗后，产生的二氧化碳由肺呼出，消耗的CO3-可通过肾脏减少对其排泄而得以补充，H+浓度不发生明显的改变。HCO3-是人体血浆中含量最多的抗酸成分，血浆对机体内所产生的酸性物质的缓冲能力主要由其决定，故常将血浆中的HCO3-称为碱储备或储碱。

当体内碱性物质增多时，OH-与平衡中的H+结合，使平衡向右移动，促使抗碱成分H2CO3解离以补充消耗的H+。机体的补偿机制通过减缓肺部CO2呼出量和肾脏增加对HCO3-的排泄，以维持恒定的缓冲比，使人体血液pH 基本不变。

所以，只有饮食均衡，增强抵抗力才会增强人体免疫力，与多吃碱性食物是没有直接关系的。事实上，饮食偏向于水果蔬菜的人抵抗力之所以强也与其为碱性食物无关，关键在于维生素与矿物质等的摄入均衡，以及自我积极锻炼和良好心态。

设计意图：知识应用层层推进，教学情境首尾呼应，实现知识的迁移应用的同时，对新知再总结，加深理解，掌握知识本质。使学生在学习过程中获得成就感，产生化学学习的自信心，落实情意类素养教学目标。

3.7 总结升华

动画、视频展示微生物的培养、组织切片的染色、血液的保存、药物的配制以及仿内环境的生物化学实验等在医学上的广泛应用。

4 结语

在教学过程中，以学生为中心，以问题为导向，结合POE 教学策略的方法和步骤，突出化学以实验为主的学科特征，规范科学探究正确方法和步骤，结合缓冲溶液及其作用机制实验探究，从生活到化学，从化学到健康，宏微结合了解化学知识本质，逐步形成定量分析与定性分析相结合的化学学习观念。