摘要： 在互動平臺和虛擬實驗室輔助下，采用POE教學策略引導學生開展線上自主探究學習與小組合作式學習，可以充分調(diào)動學生自主探究的積極性，培養(yǎng)學生解決問題的能力和科學探究精神。本課例的設計亦可為高中化學線上教學提供有益的參考。

關鍵詞：線上教學;POE教學策略;84消毒液;虛擬實驗

2020年新冠肺炎疫情期間，教育部倡導線上教學，由此引發(fā)了教育界人士對線上教學的深入思考?！巴耆€下”到“完全線上”，教學模式突變讓很多教師不適應。如何更高效地利用信息技術彌補傳統(tǒng)教學中的不足，突破傳統(tǒng)教學的壁壘，實現(xiàn)學生知識和能力的提升。下面，基于POE教學策略，探討含氯消毒劑線上教學設計。

一、教學策略

POE（Predict-Observe-Explain）教學策略是通過“預測—觀察—解釋”展開教學的策略^[1]。教師實施POE教學策略旨在使學生初步學會搜集各種證據(jù)，對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出假設且能從問題和假設出發(fā)，設計實驗方案，對實驗信息進行加工并獲得結(jié)論，從而強化學生的證據(jù)推理能力，培養(yǎng)學生的科學探究精神。

化學是一門基于實驗的學科，若采用“完全線上”的方式教學對實現(xiàn)化學教學目標而言比較困難。例如，教師的實驗演示，學生設計實驗、觀察現(xiàn)象、收集證據(jù)以及分析推理等，都會受限于線上的虛擬空間，無法充分地展示實驗教學的過程。此外，空間距離的隔閡對課堂氛圍及教學效果也有一定程度的影響。但是線上教學時，以化學虛擬實驗室作為載體，采取POE教學策略教學，有助于激發(fā)學生對化學的興趣，并在提升學生對課程的關注度與參與度方面有較大優(yōu)勢。

二、教學內(nèi)容與目標

次氯酸和次氯酸鹽的性質(zhì)是高中化學元素化合物知識的重要內(nèi)容。在學習了氧化還原反應、氯氣和次氯酸性質(zhì)的基礎上，學生以“84消毒液”為例探究次氯酸鹽的性質(zhì)。教師基于學生的知識儲備與認知基礎，引導學生鞏固強化已有知識，采用POE教學策略，讓學生經(jīng)歷探究含氯消毒劑性質(zhì)的過程，培養(yǎng)學生實驗設計的能力和由現(xiàn)象探求本質(zhì)的科學思維能力，同時亦可使學生感受化學知識在生產(chǎn)和生活中的應用，并增強學生“從生活中學化學，到生活中用化學”的意識。參與含氯消毒劑探究活動的是剛學完必修1第四單元的高一學生。這些學生剛學過“非金屬元素氯的單質(zhì)、化合物都是常見消毒劑的主要成分”。先修內(nèi)容的學習對學生探究含氯消毒劑的組成和性質(zhì)起到了鋪墊作用。積極開展探究式教學，創(chuàng)設問題激發(fā)學生對化學的興趣，這是化學新課程的要求。學生具備基本的觀察能力和實驗設計能力，有利于更好地探究含氯消毒液的性質(zhì)。

含氯消毒劑的教學要與生活聯(lián)系，同時教學應落實化學學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)。為此，筆者確定本節(jié)課的教學目標如下：第一，知曉次氯酸的強氧化性及次氯酸鹽產(chǎn)品殺菌消毒、漂白的原理;了解“84消毒液”的制取方法、性質(zhì)及使用注意事項。第二，經(jīng)歷探究含氯消毒劑性質(zhì)的過程，通過觀察、討論、實驗等多種方式進行學習，提高實驗探究能力和由現(xiàn)象探求本質(zhì)的科學思維能力。第三，結(jié)合所學知識，提出猜想，設計實驗探究方案;在POE教學策略指引下進行科學探究，形成“組成—性質(zhì)—應用”的觀念。第四，感受化學知識在社會生活中的應用，增強“從生活中學化學，到生活中用化學”的意識;通過猜想、實驗和交流討論，感悟生活現(xiàn)象所蘊含的化學原理，敢于質(zhì)疑，積極合作解決問題。

三、教學思路

課題設計主線為：生活→化學→生活。以新冠肺炎疫情下消毒劑的使用為話題，引入自主探究學習情境。學生通過初識“84消毒液”、探究“84消毒液”和解讀“84消毒液”3個主題活動，對日常家庭消毒用品中含氯消毒劑“84消毒液”的性質(zhì)進行探究。教師在線上活動中進行一系列問題驅(qū)動式的引導，以POE教學策略組織教學，設計猜想、實驗觀察、討論、解釋、歸納等教學環(huán)節(jié)，讓學生在完成NaClO及HClO性質(zhì)等知識的意義建構同時，提高科學猜想和實驗探究的能力，體驗“組成—性質(zhì)—應用”的科學探究方法，進一步體驗從生活中學習與應用化學的樂趣。

含氯消毒劑線上教學思路如圖1所示。

四、教學準備

根據(jù)課程教學的需要，筆者選用了以下工具。

為了支持課堂互動，筆者在課例教學中應用了UMU互動平臺的開課簽到、直播課堂、答題互動、小型微課、作業(yè)發(fā)布等功能。借助該平臺，可使傳統(tǒng)課堂上學生被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺D(zhuǎn)課堂”式的主動學習。課前、課后，教師都可以通過微課形式講解知識點。學生學習完成后，亦可及時得到評價和反饋。課上，教師主要使用的是該平臺中的互動直播功能（該功能與騰訊會議等會議軟件的功能大致相同）授課。

為了便于操作化學實驗，選用了NOBOOK化學虛擬實驗室。NOBOOK化學虛擬實驗室是依托計算機和網(wǎng)絡環(huán)境，為信息時代化學實驗教學提供的一種全新的教學工具^[2]。在虛擬實驗環(huán)境中，實驗者能以交互的方式進行實驗操作，獲得與實際實驗操作類似的實踐體驗，能再現(xiàn)真實實驗的全過程。這有利于解決實驗教學中存在的諸多問題，優(yōu)化教育資源，提高教學質(zhì)量。

課前，教師在UMU互動平臺上發(fā)布練習題，并通知班級群中的每個學生挑選一種家用消毒劑，讓他們認真觀察后記錄其顏色、狀態(tài)及氣味等特性，查看其標簽后記錄名稱、主要成分及具體使用方法等，并在班級群內(nèi)以照片形式上傳分享。課前鞏固和預習有助于教師初步了解學生對基本知識的掌握情況，以及學生課下自主學習能力和學習態(tài)度的差異，同時也能夠幫助學生及時把握學習情況，并增強學生積極關注“身邊的化學”的意識。

五、教學過程

（一）課前預習回顧，新課引入——初識“84消毒液”

聚焦防疫問題，以此作為切入點，激發(fā)學生線上學習的興趣。日常生活中的消毒劑形形色色。哪類消毒劑可以有效消滅冠狀病毒呢？教師點評課前預習作業(yè)。在這些消毒劑中最常見的是“84消毒液”。學生課前預習得出結(jié)論：“84消毒液”是具有淡黃綠色的透明液體，有刺激氣味，易溶于水。教師介紹該消毒液名稱由來：北京地壇醫(yī)院1984年研制成功，故定名為“84消毒液”。

（二）利用標簽信息進行推斷——初步探究“84消毒液”性質(zhì)

教師提問：“通過觀察‘84消毒液’的標簽后，得知其有效成分是次氯酸鈉NaClO。在工業(yè)上是如何制備‘84消毒液’的呢？”

資料展示：通常做法是在“84消毒液”生產(chǎn)車間，在常溫下將氯氣Cl通入NaOH溶液中。

從學生寫出的反應方程式來看，“84消毒液”中除了標簽上注明的有效成分NaClO之外，還可能含有氯化鈉、水。

教師提問：“我們學習了漂白粉的漂白作用，知道漂白粉中的有效成分是HClO。使用‘84消毒液’時是如何產(chǎn)生HClO的呢？”

教師提示：“觀察‘84消毒液’標簽上的使用方法（采用擦拭的方式對無孔表面進行消毒：建議接觸時間不少于10分鐘;采用浸泡的方式消毒物品，建議接觸時間不少于30分鐘）。思考與推斷‘84消毒液’中起殺菌消毒作用的其實是HClO，寫出相關反應方程式，并加以解釋?！?/p>

【分組討論】利用UMU直播中的分組功能將班內(nèi)學生分為4組，組織討論。教師可以利用平臺進入不同的小組內(nèi)部進行旁聽與指導。

【小組匯報】NaClO與CO反應，生成HClO。但是各組在反應方程式上出現(xiàn)如下分歧：

①2NaClO+HO+CO=2HClO+NaCO;②NaClO+HO+CO= HClO+NaHCO

教師講解：“由于酸根結(jié)合質(zhì)子的能力CO^2->ClO^->HCO^-，因此不管CO的量過少還是過多，生成的只能是HClO和NaHCO，不可能有NaCO，故只有反應② NaClO+HO+CO= HClO+NaHCO才是正確的?！?/p>

（三）利用NOBOOK重點實施POE教學——深入探究“84消毒液”性質(zhì)

POE教學策略：教師將NOBOOK軟件（備好實驗藥品及儀器）的鏈接發(fā)給學生。學生根據(jù)教師提供的虛擬實驗藥品和試劑（如圖2），預測消毒液的化學性質(zhì)，并以此設計實驗方案、預測可能發(fā)生的實驗現(xiàn)象（P）;在教師指引下在組內(nèi)利用NOBOOK軟件進行虛擬實驗，記錄所發(fā)生的實驗現(xiàn)象（O）;反思原先預測結(jié)果的正誤，解釋現(xiàn)象并經(jīng)小組討論完善結(jié)論（E）。最后，各組代表匯報實驗方案并在班級分享。

實驗試劑和藥品準備：0.813 mol/L（5.7%）的NaClO溶液（“84消毒液”含NaClO 5.5%～6.5%）、酚酞試劑、石蕊試劑、氯化亞鐵溶液、硫化鈉溶液、pH試紙、淀粉-KI試紙、紅布條。器具：燒杯、試管、玻璃杯、膠頭滴管、點滴板。

教師：“分析‘84消毒液’的組成，想想它的化學性質(zhì)。結(jié)合所學知識提出猜想，并利用系統(tǒng)提供的實驗試劑與藥品自主設計實驗方案。”

1.探究“84消毒液”酸堿性和漂白性

【分組探究】用UMU互動平臺的分組功能進行探究討論。教師在線關注并參與各組討論。

學生實驗后，甲組分享：“利用膠頭滴管吸取NaClO溶液，將其滴加到放置于點滴板上的一片pH試紙上，發(fā)現(xiàn)pH試紙先呈現(xiàn)墨綠色，很快墨綠色逐漸褪去，試紙變?yōu)辄S色，最后呈白色。說明‘84消毒液’是堿性溶液，還具有漂白性?！保∣）（E）

乙組分享：“利用膠頭滴管吸取一滴管的NaClO溶液注入試管內(nèi)，向其中滴加幾滴酚酞溶液，酚酞溶液變紅但瞬間就變成無色了，很難觀察到酚酞溶液變紅的現(xiàn)象?！保∣）（E）

教師演示另一個實驗：取一小片紅布條放入燒杯內(nèi)，滴加NaClO溶液，觀察現(xiàn)象。（O）

學生回答：“通過實驗發(fā)現(xiàn)，紅布條在NaClO溶液中逐漸褪色。因此，‘84消毒液’具有漂白性?！保‥）

教師歸納：“‘84消毒液’是堿性溶液，具有漂白性。”

2.探究NaClO和HClO的性質(zhì)

教師提問：“‘84消毒液’既能殺菌消毒又有漂白性，究竟是什么原因？”

學生：“因為‘84消毒液’中的NaClO與空氣中的二氧化碳反應后得到的HClO具有很強的氧化性，可將細菌病毒氧化使其失去活性，同時也能氧化色素使其褪色?！保≒）

教師追問：“如何利用實驗事實作為證據(jù)，證明它的確具有強氧化性呢？請利用剩下的藥品設計一個最為簡便的實驗方案?！?/p>

【學生分組展開虛擬實驗，教師線上指導】

學生匯報：“在淀粉-KI試紙上滴幾滴NaClO溶液，觀察到原本白色的淀粉-KI試紙變藍色，說明了HClO能夠?qū)I中的I^-氧化成碘單質(zhì)，具有強氧化性?！保∣）（E）

教師追問：“請仔細觀察這藍色的淀粉-KI試紙，發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？”

學生回答：“藍色的淀粉-KI試紙又變回了白色?！保∣）

教師：“試紙變藍是因為淀粉與碘單質(zhì)結(jié)合了，而試紙逐漸又變回了白色，說明生成的碘單質(zhì)又進一步變成了另外的物質(zhì)。碘單質(zhì)中碘的化合價為0價，但是作為鹵族元素的碘，其化合價還可以繼續(xù)上升，最高可達+7價，因此試紙褪色原因是碘單質(zhì)繼續(xù)被次氯酸鈉氧化了，生成了更高價態(tài)的碘化合物。由此可以說明次氯酸鈉的氧化性很強?！保‥）教師歸納：“HClO具有很強的氧化性。”

（四）性質(zhì)決定應用，應用體現(xiàn)性質(zhì)——深入解析“84消毒液”的應用

“84消毒液”能夠殺菌消毒的原因，是其中的有效成分NaClO與空氣中的CO反應生成了HClO，經(jīng)探究和實驗證明HClO具有強烈的氧化性。NaClO和HClO中同樣具有+1價的Cl，但酸性環(huán)境下的HClO比堿性環(huán)境下的NaClO氧化性強得多。

教師提問：“工業(yè)上常常為了快速增強氧化性，在次氯酸鈉溶液中加入一些鹽酸。能否向‘84消毒液’中加入一些酸提高其氧化性，使其更快速地殺菌消毒呢？”

教師屏幕共享播放新聞短片：某家庭主婦在清潔馬桶時使用潔廁靈（主要成分為鹽酸）進行消毒，覺得還不夠干凈，又使用了“84消毒液”，導致衛(wèi)生間內(nèi)彌漫起刺鼻性氣味氣體。這位主婦被熏倒，迅速被送到醫(yī)院救治，情況十分危險。

教師挑選5個學生，要求利用化學方程式說明“84消毒液”與潔廁靈同時使用發(fā)生危險的原因。學生用交互式電子白板書寫化學方程式：NaClO+2HCl= Cl+HO+NaCl。由此可知，產(chǎn)生的氯氣為有毒氣體，大量吸入會致死。

教師小結(jié)：“在日常生活中使用‘84消毒液’時只需要將其擦拭于物體表面，使其中的次氯酸鈉與空氣中微量的二氧化碳反應逐漸生成強氧化性的次氯酸足以殺菌消毒，不能盲目添加其他含酸類化學物質(zhì)?！?/p>

解讀注意事項：閱讀“84消毒液”說明書。

教師投影展示說明書。產(chǎn)品介紹：本產(chǎn)品是次氯酸鈉和氯化鈉的混合溶液，有效成分是次氯酸鈉。使用注意事項：（1）本產(chǎn)品若不慎接觸到皮膚，請用清水沖洗;（2）本產(chǎn)品不適用于碳鋼和鋁制品的消毒;（3）本產(chǎn)品易使有色衣物脫色;（4）本產(chǎn)品置于避光、陰涼處保存。

教師提問：“為什么要置于避光、陰涼處保存？”

學生：討論交流，意見不一致。

投影：HClO分解方程式：2HClO=2HCl +O↑。HClO具有不穩(wěn)定性，這就是“84消毒液”實際起作用的是HClO，但不直接用HClO溶液而使用NaClO溶液的原因。

教師再次總結(jié)：“HClO的化學性質(zhì)：弱酸性、強氧化性、不穩(wěn)定性?！?/p>

結(jié)語：抗擊疫情是一場人類與病毒的持久戰(zhàn)爭，而人類最有力的武器莫過于科學?？茖W源自生活，亦服務于生活。學習化學要了解具體的知識，更應關注生活中的實際問題，學好化學、用好化學，讓化學為人類與社會謀福祉。

【利用UMU平臺布置作業(yè)】請查閱資料，寫一篇關于“84消毒液”的科普論文或報告。

六、教學總結(jié)

（一）效果分析

此線上教學課例中，教師利用UMU互動平臺和NOBOOK虛擬實驗室，采用POE策略教學，效果良好。

1.調(diào)動學習熱情，激發(fā)學習積極性

UMU互動平臺加載預習作業(yè)供學生練習，能夠幫助學生發(fā)現(xiàn)問題，并將問題帶到課堂上。

2.培養(yǎng)探究意識，提升證據(jù)推理力

本課例是以學生自主探究為主的線上教學活動。教師有效培養(yǎng)了學生的探究意識，激發(fā)了學生的探究欲望，提升了學生實驗探究與證據(jù)推理的學科核心素養(yǎng)。

3.分配小組學習，增強合作意識

線上合作學習使課堂充滿新的活力，激發(fā)了學生的求知欲;同時課堂參與度大幅提高。學生在闡述和聆聽的過程中體驗思維碰撞帶來的樂趣，潛移默化地增強了獨立思考的能力和團隊合作的意識。

4.記錄學習檔案，實現(xiàn)評價多元化

對于學生從預習到課后作業(yè)的整個學習過程，UMU互動平臺會自動建立學生的學習檔案。學習過程的實時記錄為教師開展教學評價提供了更多的素材，這有助于教師對學生的學習過程給予全面評價。

（二）教學反思

1.充當好教師的引導角色，增強學生自主探究意識

在進行化學線上教學時，教師要充分利用線上平臺與相關資源，在應用NOBOOK虛擬實驗室的基礎上，采取有效的教學策略，循循善誘、逐步引導學生發(fā)現(xiàn)問題、勇于提出假設，進而設計實驗方案，指導學生借助虛擬實驗開展實驗探究，啟發(fā)學生根據(jù)實驗現(xiàn)象進行合理推斷。

2.積極接受科技暫存局限，合理設計發(fā)揮技術最大功用

線上的化學虛擬實驗室盡管已能支持所有的中學化學典型實驗，但對于一些生成物較為復雜的化學反應，其現(xiàn)象可能仍然不明顯。目前，還無法實現(xiàn)完全依賴虛擬實驗室開展教學。

信息技術在發(fā)展過程中存在其必然的局限性，這時就需要發(fā)揮人的主觀能動性和無限創(chuàng)造力了。教師應積極提高自身的信息化素養(yǎng)與數(shù)字化教學能力，將信息技術作為載體，向其中注入自身的主觀意識與創(chuàng)新設計，充分、合理、恰當使用技術，由此更好地展現(xiàn)數(shù)字化教學的無窮魅力。

參考文獻

[1] 孫宇紅，耿亞萍.基于POE教學策略和比較思維的教學——以“碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)”為例[J].化學教育（中英文）， 2020，41（1）：24-29.

[2] 王金寶，姜大雨.NOBOOK虛擬實驗室在高中化學實驗教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2020（13）：118-120.

（作者胡佳系華東師范大學教師教育學院研究生;王祖浩系教育部化學課程標準研制組組長，華東師范大學教師教育學院教授、博士生導師）

責任編輯：祝元志