基于POE策略的探究式教學在高職基礎化學教學中的應用
——以“緩沖溶液及其作用機制”教學為例

張萌萌，張 瀅，楊 潔

（漢中職業技術學院，陜西漢中 723000）

緩沖溶液作為高職藥學專業基礎化學課程中的重點章節，它在醫學領域具有廣泛應用，如人體體液正常 pH 的保持、細菌培養、生物體內酶催化反應、血液冷藏、藥物的配制和儲存以及藥物研發等。由此可見，維持溶液pH 基本恒定，無論在化學上還是醫學上都具有重要意義。因此，藥學專業學生熟練掌握緩沖溶液的定義、基本原理及其在醫學領域的應用十分必要[1]。POE（Predict-Observe-Explain）教學策略基于學生為本位，分為以下3個步驟：①預測：要求學生面對知識情境，根據已有經驗進行現象或事實的預測并說明理由；②觀察：學生根據所設計實驗進行操作，觀察產生的實驗現象和結果，對照預測，是否相符；③解釋：根據預測和觀察結果對照，得出結論。在此3個步驟中，引導學生促進前概念的轉化，系統構建新的知識體系[2]。

本文以“緩沖溶液及其作用機制”教學內容為例，運用POE 教學策略，以緩沖溶液的教學為出發點和落腳點，設置問題情境引出緩沖溶液的知識點，進而通過實驗探究緩沖溶液的特征，實例分析緩沖溶液的作用機制，達到學以致用的目的，做好職業思維教育。

1 教學內容與教學現狀分析

緩沖溶液及其作用機制教學內容是基礎化學課本“電解質溶液”章節中的內容，作為?？汲Ｓ玫闹R點之一，緩沖溶液的講解歷來是大學化學或無機化學的重點，但由于此概念較強的理論性和抽象性，學生理解參差不齊。所以講解內容要考慮學生基礎，應由淺入深，先將內容趣味化、簡單化，調動其興趣，再由表及里，使學生內化于心[3]。同時，其內容與醫藥健康實際應用聯系密切，在予以知識以真實情境的同時，借助科學探究法和案例研討法引導學生自主探究性質，遷移應用，系統構建新的知識體系。

本節課授課對象為高職藥學專業一年級學生，學生在本學期前期已學習電解質溶液、水的解離、酸堿質子理論、弱電解質的電離平衡、溶液的酸堿性和pH，已具備一定的理論基礎。但大部分學生學習自主性差，基礎知識掌握得不牢，對實際問題的分析和解決能力較差，需要教師提醒、督促和引導。

2 教學構思

結合教學內容和教學現狀，調整教學順序，進行縱向教學設計，教學主線如圖1：

圖1 教學設計構思圖

3 教學環節設計

3.1 新課導入

課前，讓學生觀看“健康大不同”節目，并提出問題。以常見的藥物和食物攝入不會引起血液pH 發生明顯變化情景作為引入，學生對生活中此類現象都親身經歷過，但很少從所學化學知識的角度去思考什么是緩沖體系和人體中緩沖體系作用機制等問題。

設計意圖：本節課以生活中常見實例引入，基于真實情境，素材具有針對性和吸引力，讓學生感覺既熟悉，但從化學角度去思考卻又很陌生，這樣便能激發學生探究欲，集中課堂注意力。

3.2 猜想預測

問題1：在日常生活中，我們所攝取的食物或服用的藥物有酸性的、堿性的，人體所吸收的這些物質就會進入血液中，但血液的pH 并沒有因此而發生明顯的改變，維持在7.35 ～7.45之間。這是因為人體內有著強大的緩沖溶液體系，那么，什么緩沖溶液體系？人體是怎樣保持血液的pH 在7.35 ～7.45之間的呢？

學生活動1：以小組為單位設計模擬對比實驗。取3 支試管，分別盛裝等量H2O、NaCI、HAc-NaAc緩沖溶液，分別加入等量紫色石蕊試劑并記下pH；往其中依次分別加入1滴0.01 mol/L HCl，記下pH1；同樣取3支試管，分別盛裝等量H2O、NaCI、HAc-NaAc 緩沖溶液，往其中依次分別加入1 滴0.01 mol/L NaOH溶液，記下滴加溶液后的pH2，并分別計算差值△ph1、△ph2，記錄實驗中顏色變化現象。

設計意圖：猜想是進行實驗探究不可缺少的步驟，也是POE 教學策略的程序之一。引導學生在已有認知基礎上進行合理的實驗探究，激活學生科學探究思維，規范科學探究步驟。

3.3 實驗觀察

問題2：實驗操作后，請學生總結實驗現象和數據。學生活動2：匯總記錄實驗現象和數據結果，嘗試解釋實驗原理與結論。

表1 定量分析實驗結果

設計意圖：指導學生通過親自實驗操作驗證，定性分析和定量分析相結合，理解緩沖溶液的定義，深刻感受緩沖溶液的作用，并在此探究過程中的好奇心與求知欲進一步被激發。此時，引導學生深入分析，解釋現象產生原因，培養規范的科學探究思維。

3.4 探究釋疑

問題3：通過上面的實驗，解釋什么是緩沖溶液。

學生活動3：小組討論分析得出，對于NaCI 這種普通溶液，其pH 容易收到外界少量酸和堿的影響，而HAc-NaAc 混合溶液能夠抵抗外加少量強酸強堿或稍加稀釋，保持其溶液pH 基本不變，這樣的溶液稱為緩沖溶液，緩沖溶液的這種作用稱為緩沖作用。

設計意圖：以實驗結果為遞進點，層層推進，抓住學生探究學習的好奇心，并加以適當的引導與幫助，由實驗結果引入緩沖溶液和緩沖作用的概念教學，為進一步應用專業知識解釋實例打好理論基礎。

3.5 拓展研究

問題4：緩沖溶液能夠抵抗外界少量強酸強堿或稍加稀釋的影響，那么，緩沖溶液為什么具有緩沖作用呢？

學生活動4：學生進行小組討論，教師提示從緩沖溶液的組成這一角度去分析作用原理。

教師引導：緩沖溶液的緩沖作用和它的組成有關，緩沖溶液是由具有足夠濃度的弱酸或弱堿的共軛酸堿對或多元酸的酸式鹽及其次級鹽組成，比如HAc-NaAc緩沖對，NHCI4-NH3緩沖對、H2CO3-NaHCO3緩沖對。其中，共軛酸起抗堿作用，稱為抗堿成分，共軛堿起抗酸作用，稱為抗酸成分，組成緩沖溶液的共軛酸堿對也稱為緩沖對。

3.6 學以致用

問題5：以HAc-NaAc 緩沖溶液為例，進一步具體分析緩沖溶液的作用原理。

教師引導：在HAc-NaAc 緩沖溶液中，存在2個解離過程，HAc 部分解離成H+和Ac-，NaAc 完全解離成Na+和Ac-。在上述溶液中加入少量強酸（如HCl 溶液）時，溶液中存在的大量Ac-與外加的H+結合成弱電解質HAc，使增加的H+被消耗，此時，溶液中的H+濃度無明顯增大，pH 基本保持不變，共軛堿NaAc 和H+結合起到了抗酸的作用。同理，加入少量強堿（如NaOH 溶液），OH-與HAc 解離出的H+結合，生成難解離的H2O，在H+被消耗的同時，HAc 的解離平衡向右移動，解離出H+，被消耗的H+得到及時補充，其濃度不會明顯減低，pH 基本保持不變。弱酸HAc 和OH-結合起到了抗堿的作用。

因此，由于在緩沖溶液中存在著相對較多的抗酸成分和抗堿成分，可消耗外來的少量強酸和強堿，通過酸堿平衡移動，使溶液的pH 基本保持不變。

問題6：人體血漿中有碳酸緩沖對、磷酸緩沖對、蛋白質緩沖對、紅細胞內有血紅蛋白緩沖對、氧合血紅蛋白緩沖對以及碳酸緩沖對、磷酸緩沖對。這些緩沖對使人體血液pH 范圍維持在7.35 ～7.45之間。其中，碳酸和碳酸鈉緩沖溶液是血漿中最主要的緩沖對，分析其具體作用原理。

學生活動5：緩沖機制與肺的呼吸功能及腎的排泄和重吸收功能密切相關，正常人體代謝產生的CO2進入血液后與水結合成碳酸，碳酸與血漿中的碳酸氫根組成共軛酸堿對，并建立起解離平衡。

教師引導：H2CO3-NaHCO3緩沖對作用時，當體內酸性物質增多時，血漿中大量的CO3-與H+結合，使平衡向左移動，H+被消耗后，產生的二氧化碳由肺呼出，消耗的CO3-可通過腎臟減少對其排泄而得以補充，H+濃度不發生明顯的改變。HCO3-是人體血漿中含量最多的抗酸成分，血漿對機體內所產生的酸性物質的緩沖能力主要由其決定，故常將血漿中的HCO3-稱為堿儲備或儲堿。

當體內堿性物質增多時，OH-與平衡中的H+結合，使平衡向右移動，促使抗堿成分H2CO3解離以補充消耗的H+。機體的補償機制通過減緩肺部CO2呼出量和腎臟增加對HCO3-的排泄，以維持恒定的緩沖比，使人體血液pH 基本不變。

所以，只有飲食均衡，增強抵抗力才會增強人體免疫力，與多吃堿性食物是沒有直接關系的。事實上，飲食偏向于水果蔬菜的人抵抗力之所以強也與其為堿性食物無關，關鍵在于維生素與礦物質等的攝入均衡，以及自我積極鍛煉和良好心態。

設計意圖：知識應用層層推進，教學情境首尾呼應，實現知識的遷移應用的同時，對新知再總結，加深理解，掌握知識本質。使學生在學習過程中獲得成就感，產生化學學習的自信心，落實情意類素養教學目標。

3.7 總結升華

動畫、視頻展示微生物的培養、組織切片的染色、血液的保存、藥物的配制以及仿內環境的生物化學實驗等在醫學上的廣泛應用。

4 結語

在教學過程中，以學生為中心，以問題為導向，結合POE 教學策略的方法和步驟，突出化學以實驗為主的學科特征，規范科學探究正確方法和步驟，結合緩沖溶液及其作用機制實驗探究，從生活到化學，從化學到健康，宏微結合了解化學知識本質，逐步形成定量分析與定性分析相結合的化學學習觀念。