基于BOPPPS模式框架下“影響化學(xué)反應(yīng)速率因素”的教學(xué)設(shè)計(jì)

柳小康，字 敏

(云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650500)

教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)教學(xué)對(duì)象的水平和需要，在確定合理的教學(xué)起點(diǎn)和教學(xué)終點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)文本內(nèi)容重組和轉(zhuǎn)化，有序并系統(tǒng)地安排教學(xué)諸要素，使之形成教學(xué)預(yù)設(shè)方案的過程[1]。教學(xué)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化、合理化是教師上好每節(jié)課的重要介質(zhì)。

BOPPPS教學(xué)模式最早由加拿大教師培訓(xùn)工作坊ISW(instructional skills workshop)提出，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體的模塊化教學(xué)模式，旨在提高課堂教學(xué)的有效性[2]。教師在設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)依據(jù)該模式的幾個(gè)元素有利于思維的發(fā)散和教學(xué)思路的條理性，從而在實(shí)際教學(xué)中促使學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，更好完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如，對(duì)“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”進(jìn)行教學(xué)時(shí)，如果只是教師單獨(dú)講解理論或由教師做相關(guān)因素影響速率的演示實(shí)驗(yàn)，容易理論與實(shí)驗(yàn)脫離，學(xué)生多把實(shí)驗(yàn)當(dāng)成游戲和看熱鬧的環(huán)節(jié)，影響教學(xué)效果[3]?；贐OPPPS的模塊化教學(xué)，將前后邏輯展開，從對(duì)物質(zhì)本身的性質(zhì)、濃度、溫度、催化劑、壓強(qiáng)等因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的如何影響的猜想、驗(yàn)證、總結(jié)和運(yùn)用過程中，從而將學(xué)生帶入自主探究的課堂環(huán)境中，使得學(xué)生的理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能得到有機(jī)融合，這種方式可以提高課堂教學(xué)的有效性從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

1 BOPPPS教學(xué)模式

BOPPPS教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心,注重課堂的互動(dòng)交流與課后的反思改進(jìn)[4]。BOPPPS教學(xué)模式由導(dǎo)入、目標(biāo)、學(xué)前測(cè)試、參與式學(xué)習(xí)、學(xué)后測(cè)試、總結(jié)等6大元素(或模塊)組成。表1給出了各元素的含義。

表1 BOPPPS模型基本要素

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)準(zhǔn)備

2.1.1 教材分析

“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”是人教版(2019年版)高中化學(xué)必修第二冊(cè)第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第二節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容既是對(duì)第一節(jié)內(nèi)容“化學(xué)反應(yīng)速率”的延續(xù)，又為之后學(xué)習(xí)人教版高中化學(xué)選擇性必修一化學(xué)反應(yīng)原理中第二章內(nèi)容化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡奠定了理論基礎(chǔ)，本節(jié)知識(shí)在教材內(nèi)容編制上發(fā)揮了承前啟后的作用。本節(jié)課主要是對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)部因素與外部因素進(jìn)行探討，其中外部因素主要從濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等四個(gè)角度進(jìn)行研究。

2.1.2 學(xué)情分析

在之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過金屬活潑性順序表(內(nèi)因)和相關(guān)金屬與不同濃度酸或堿反應(yīng)現(xiàn)象、加入催化劑反應(yīng)變化(外因)等相關(guān)知識(shí)，加上已經(jīng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率有所學(xué)習(xí)，這對(duì)于本節(jié)課的學(xué)習(xí)、探究都有很大的幫助。

2.1.3 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：濃度、溫度、催化劑以及壓強(qiáng)對(duì)與化學(xué)反應(yīng)速率的影響，學(xué)會(huì)控制變量在化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用。

教學(xué)難點(diǎn)：壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，對(duì)控制變量的掌握

2.1.4 教學(xué)方法

本節(jié)課采用講授法、多媒體教學(xué)法和實(shí)驗(yàn)探究法進(jìn)行教學(xué)，老師在課前準(zhǔn)備探究實(shí)驗(yàn)所需儀器和藥品，課中對(duì)于班級(jí)學(xué)生進(jìn)行分組學(xué)生通過“猜想”“提出假設(shè)”“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”“歸納結(jié)論”及其“問題解決”一系列過程，力求讓機(jī)械的記憶知識(shí)變?yōu)楦咝У闹R(shí)理解，從而真正意義上促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2.2 設(shè)計(jì)思路

基于BOPPPS模式各模塊教學(xué)設(shè)計(jì)思路如表2所示。

表2 基于BOPPPS模式各模塊教學(xué)設(shè)計(jì)思路

2.3 教學(xué)過程

2.3.1 導(dǎo)入+學(xué)前測(cè)試

奧蘇泊爾的有意義學(xué)習(xí)理論建立起新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，有利于有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生。通過舊知導(dǎo)入、并提問相關(guān)思考點(diǎn)作為學(xué)前測(cè)試，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

【教師】：同學(xué)們，通過觀看等質(zhì)量鋅(Zn)、鐵(Fe)、鎂(Mg)等與同濃度稀酸反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)視頻你們看到的現(xiàn)象是什么呢？這種現(xiàn)象能用我們之前所學(xué)的知識(shí)解釋嗎？

【學(xué)生】(回答所看到的現(xiàn)象)：等質(zhì)量的三種元素鋅、鐵、鎂在酸中都溶解產(chǎn)生無色氣泡，鎂元素產(chǎn)生氣泡的反應(yīng)迅速，其次是鋅，最后是鐵。

【學(xué)生】(聯(lián)系舊知回答)：根據(jù)金屬性活動(dòng)順序表(表3)，從左到右依次是鎂、鋅、鐵，所以活潑性最強(qiáng)的是鎂、最弱的是鐵，所以與等量的酸反應(yīng)最快的、最慢的與其金屬活潑性相關(guān)?；顫娦栽綇?qiáng)，反應(yīng)速率越快。

表3 金屬活動(dòng)順序表

【教師】：思考活潑性是影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素嗎?是內(nèi)因還是外因呢？

【師生】(交流討論歸納)：活潑性影響化學(xué)反應(yīng)速率，金屬活潑性越強(qiáng)，反應(yīng)速率越快；活潑性是金屬自身的性質(zhì)，不能改變，是影響化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)因。

設(shè)計(jì)意圖說明：通過舊知(已學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)速率相關(guān)概念和金屬活潑性順序)進(jìn)行新課導(dǎo)入，有效建立新舊知識(shí)聯(lián)系。運(yùn)用多媒體演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比引發(fā)學(xué)生探究欲，后針對(duì)性提問對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)前測(cè)試，調(diào)動(dòng)課堂學(xué)習(xí)氣氛。

2.3.2 學(xué)習(xí)目標(biāo)

學(xué)習(xí)目標(biāo)既是學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo),也是教師課堂教學(xué)的依據(jù)和檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[5]。明確將本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)通過多媒體傳達(dá)給學(xué)生，利于學(xué)生更好的明確本節(jié)課重點(diǎn)和難點(diǎn)：

1)認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率是可控的；

2)掌握影響化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)因及其外因，認(rèn)識(shí)其一般規(guī)律；

3)學(xué)會(huì)進(jìn)行探究多因素影響實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制變量法的運(yùn)用；

4)了解化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的應(yīng)用實(shí)例，體會(huì)化學(xué)知識(shí)的實(shí)用性。

設(shè)計(jì)意圖說明：通過把本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)以及側(cè)重點(diǎn)，學(xué)生體會(huì)到本節(jié)課對(duì)于考試、生產(chǎn)生活的內(nèi)在邏輯關(guān)系。目標(biāo)的呈現(xiàn)也只是涉及本節(jié)課的名詞和方法，不具體展示他們所要做的探究實(shí)驗(yàn)具體步驟，從而保證學(xué)生獨(dú)立思考解決問題的能力得到激發(fā)。

2.3.3 參與式學(xué)習(xí)

任務(wù)一：實(shí)驗(yàn)探究“溫度”對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

【教師】：那同學(xué)們通過觀看多媒體演示實(shí)驗(yàn)和共同討論，我們知道影響化學(xué)反應(yīng)速率的決定性因素是：物質(zhì)本身的性質(zhì)。但我們要控制一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率的快慢，改變內(nèi)因是不可能的，所以我們就要通過改變影響化學(xué)反應(yīng)速率的外因入手。同學(xué)們接下來我們就按分組來探究影響化學(xué)反應(yīng)速率快慢的外因之一，溫度，同學(xué)們結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)在探究之前猜想一下溫度是怎樣影響化學(xué)反應(yīng)速率的呢？在探究實(shí)驗(yàn)中需要注意什么問題呢？

【學(xué)生】(結(jié)合生活交流討論)： 1)食物放入冰箱食用時(shí)比沒放的新鮮，且不會(huì)腐爛。2)汽油遇到高溫一下就爆炸了等；溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，溫度越低，反應(yīng)速率越慢。當(dāng)探究多因素影響中的一個(gè)因素，應(yīng)該控制其他條件不變(通過預(yù)習(xí)所知)。

【教師】：同學(xué)們都能結(jié)合生活實(shí)際進(jìn)行猜想很棒！接下來我們就通過小組實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證我們的猜想。同學(xué)們根據(jù)老師提供的藥品及器材設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案如表4。

表4 反應(yīng)溫度的影響實(shí)驗(yàn)方案

【學(xué)生】 (分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師下講臺(tái)觀察、指導(dǎo))：依據(jù)所要探究的因素，在老師共同參與下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。得出實(shí)驗(yàn)步驟：1)將5%H2O2溶液等量加入兩支試管中，同時(shí)加入等量 1 mol/L FeCl3溶液；2)待兩支試管均有氣泡產(chǎn)生，分別將其放入事先準(zhǔn)備的兩燒杯中(一杯 40 ℃ 左右的熱水，一杯 5 ℃ 左右的冷水)。

【教師】(做實(shí)驗(yàn)時(shí)提醒學(xué)生)：同學(xué)們，認(rèn)真觀察兩試管中的現(xiàn)象，總結(jié)自己依據(jù)現(xiàn)象得出什么結(jié)論？

【學(xué)生】(小組交流，驗(yàn)證猜想，得出結(jié)論)：在熱水中H2O2溶液產(chǎn)生氣體的速率遠(yuǎn)比在冷水中的快(如圖1)。所以，當(dāng)其他條件一定時(shí)，溫度越高，反應(yīng)速率越快，溫度越低，反應(yīng)速率越慢。

圖1 H2O2溶液在冷水和熱水中分解速率對(duì)比實(shí)驗(yàn)

【教師】(點(diǎn)評(píng))：同學(xué)們通過自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證了最初溫度對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的影響的猜想，通過生活例子的猜想有時(shí)候往往是一種方法，同學(xué)們要養(yǎng)成在生活中善于觀察、將其與所學(xué)知識(shí)建立聯(lián)系的習(xí)慣。

【教師】(歸納板書)：在其他條件不變時(shí)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快；溫度越低，化學(xué)反應(yīng)速率越慢。

任務(wù)二：實(shí)驗(yàn)探究“濃度”對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

【教師】：剛才通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了當(dāng)其他條件一定時(shí)，溫度對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，那接下來，同學(xué)們濃度又是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率快慢的呢？同學(xué)們大膽猜想。

【學(xué)生】(思考回答)：當(dāng)條件一定時(shí)，反應(yīng)物濃度越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快；反應(yīng)物濃度越小，化學(xué)反應(yīng)速率越慢。

【教師】(點(diǎn)評(píng))：同學(xué)們的猜想是否可靠呢？同學(xué)們?cè)俅我罁?jù)老師事先準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)儀器及藥品(如表5)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要控制好濃度以外其他影響因素的不變性，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)論可靠。

表5 反應(yīng)濃度的影響實(shí)驗(yàn)方案

【學(xué)生】(設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師針對(duì)性指導(dǎo))：1)取兩支試管，分別加入 4 mL 0.01 mol/L 的高錳酸鉀溶液。2)向其中一只加入 2 mL 0.1 mol/L 的草酸；向另一支加入 2 mL 0.2 mol/L 草酸溶液，分別記錄高錳酸鉀褪色時(shí)間。

【學(xué)生】：按設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率快慢影響的探究實(shí)驗(yàn)。

【教師】(實(shí)驗(yàn)結(jié)束)：同學(xué)們，實(shí)驗(yàn)中觀察到了什么現(xiàn)象呢？根據(jù)直觀現(xiàn)象，能得出什么結(jié)論呢？

【學(xué)生】(討論回答)：向相同的高錳酸鉀溶液中加入等體積濃度不同的草酸溶液，加入草酸濃度大的高猛酸鉀紫紅色褪去時(shí)間比加入低濃度的草酸褪色時(shí)間短，如圖2。

圖2 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)

【教師】：結(jié)合現(xiàn)象，并將其與大家之前對(duì)濃度影響化學(xué)反應(yīng)速率的結(jié)論猜想做比較，討論評(píng)估預(yù)先猜想的正確性。

【學(xué)生】(討論交流，得出結(jié)論)：預(yù)先猜想是正確的，通過高錳酸鉀與不同濃度草酸反應(yīng)褪色時(shí)間長(zhǎng)短得出結(jié)論：其他條件一定時(shí)，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快；反應(yīng)物濃度越小，反應(yīng)速率越慢。

任務(wù)三：實(shí)驗(yàn)探究“催化劑”對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

【教師】：同學(xué)們，在解決了溫度、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響之后，對(duì)于催化劑又是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率快慢的呢？老師帶領(lǐng)大家一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)去尋找答案。

【教師】：同學(xué)們可以看到這一實(shí)驗(yàn)老師提供的藥品及儀器(如表6)，我們大家一起討論實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表6 催化劑對(duì)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)方案

【學(xué)生】：交流討論實(shí)驗(yàn)方案，并得出本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟：1)每一組將三支試管中加入等體積的H2O2溶液。2)向其中一支試管中加入MnO2(s)，向另一支試管中加入幾滴FeCl3溶液，一支中不加試劑。

【學(xué)生】：根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，討論所得現(xiàn)象為：加入MnO2(s)、FeCl3的兩支試管中產(chǎn)生大量明顯的氣泡，而未加任何試劑的H2O2試管中無明顯現(xiàn)象(如圖3)。

圖3 催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)

【教師】(提問)：那同學(xué)們通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所得的結(jié)論是什么呢？

【學(xué)生】(思考回答)：在其他條件一定時(shí)，加入催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快。

【教師】：板書結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖說明：通過學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究溫度、濃度、催化劑三個(gè)因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中引發(fā)思考，以小組的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的合作交流能力得到發(fā)展。并通過一系列猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)論證、得出結(jié)論；學(xué)生在探究中了解實(shí)驗(yàn)對(duì)于化學(xué)的重要作用、實(shí)驗(yàn)中變量控制對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要性、現(xiàn)象對(duì)比法在實(shí)驗(yàn)中的作用。學(xué)生科學(xué)探究、證據(jù)推理、創(chuàng)新意識(shí)等核心素養(yǎng)得到充分發(fā)展。

任務(wù)四：共同討論“壓強(qiáng)”對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

【教師】：同學(xué)們，壓強(qiáng)是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率的呢？我們一起來通過多媒體課件，去總結(jié)相關(guān)結(jié)論(播放小視頻視頻小片段如圖4)。

圖4 壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響

【學(xué)生】(通過視頻交流討論)：其他條件不變時(shí)，對(duì)于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快；減小壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率減慢。

【教師】(過渡)：同學(xué)們的結(jié)論是正確的，老師來分析原因，請(qǐng)看黑板。

【教師】(結(jié)合視頻分析)：對(duì)于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，增大壓強(qiáng)→體積縮小→增加反應(yīng)物的濃度→反應(yīng)速率變大。反之，反應(yīng)速率減小。同學(xué)們要記住壓強(qiáng)影響反應(yīng)速率只對(duì)有氣體參與的反應(yīng)有效。

設(shè)計(jì)意圖說明:通過多媒體圖畫，讓學(xué)生可以直觀看到微觀下壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，通過學(xué)生討論有利于學(xué)生對(duì)該知識(shí)的把握.

2.3.4 學(xué)后測(cè)試

題目1.(考察：在保持其它條件不變下，各因素對(duì)反應(yīng)速率的影響)

對(duì)于反應(yīng)2SO2+O2→2SO3,保持其他條件不變，只改變一個(gè)反應(yīng)條件時(shí)，生成SO3的反應(yīng)速率會(huì)如何變化？(在題號(hào)后填“增大”“減小”“不變”)

1)升高溫度;2)降低溫度;3)增大氧氣濃度;4)使用催化劑;5)壓縮容器體積;6)恒壓下充入Ne。

題目2.【考察：除溫度、濃度、催化劑、壓強(qiáng)等因素，還有接觸面積等也會(huì)影響反應(yīng)速率快慢】

向爐膛里鼓風(fēng)，用煤粉代替煤塊可以使?fàn)t火更旺，說出利用或體現(xiàn)了哪些影響反應(yīng)速率的因素。

題目3.【考察：運(yùn)用影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素合理解決生活化問題】

下列措施是為了降低化學(xué)反應(yīng)速率的是( )。

A)合成氨工業(yè)中使用催化劑;B)用鐵粉代替鐵釘與稀硫酸反應(yīng)制取H2;C)食品放置在冰箱中儲(chǔ)存;D)在試管在進(jìn)行鋁和稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，稍微加熱。

設(shè)計(jì)意圖說明：本環(huán)節(jié)通過與學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)過程相聯(lián)系,通過學(xué)后測(cè)試評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)于本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況，可以有效反饋教學(xué)信息，進(jìn)一步完善教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

2.3.5 總結(jié)

影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素如圖5。

圖5 思維導(dǎo)圖歸納知識(shí)點(diǎn)展示

3 結(jié)語

BOPPPS教學(xué)模式是一種具有可操作性的課堂設(shè)計(jì)模式[6]。該教學(xué)模式特別強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、注重教學(xué)課堂互動(dòng)和反思，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且利于新課改背景下學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。中學(xué)教師可依據(jù)BOPPPS模型的六個(gè)要素，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容實(shí)際巧妙設(shè)計(jì)高效、可行教學(xué)流程和課堂活動(dòng)，在注重學(xué)生的課堂參與度同時(shí)適時(shí)進(jìn)行師生間反饋，根據(jù)適時(shí)的反饋不斷提高其課堂教學(xué)水平。