資源簡介

BOPPPS模型在化學(xué)核心概念建構(gòu)教學(xué)中的實踐
—以“變量思想在阿倫尼烏斯公式中的應(yīng)用”為例
【設(shè)計說明】
本節(jié)課設(shè)計內(nèi)容選自《化學(xué)反應(yīng)原理》第2章第3節(jié)“化學(xué)反應(yīng)的速率”教材欄目追根尋源“對活化能本質(zhì)的認識”中的阿倫尼烏斯公式，本節(jié)課以核心概念“阿倫尼烏斯公式”的建構(gòu)，統(tǒng)攝活化能、過渡態(tài)、催化劑、速率方程、溫度、濃度等次級概念，通過阿倫尼烏斯公式中的變量進行探究，運用數(shù)學(xué)模型進行定量分析，從學(xué)科本質(zhì)上深入理解外界條件是如何定量影響反應(yīng)速率，從而學(xué)會調(diào)控化學(xué)反應(yīng)。在核心概念建構(gòu)教學(xué)中，消除對活化能、速率方程等概念的錯誤認知，體會科學(xué)探究的發(fā)展歷程，發(fā)展學(xué)生理論模型構(gòu)建、變量控制思想、演繹推理、系統(tǒng)假設(shè)和高階思維能力，提升“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”、“證據(jù)推理與模型認知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
本課時設(shè)計思路如下：
任務(wù)線 問題線 知識線 驅(qū)動線 設(shè)計意圖
溫度和反應(yīng)速率常數(shù)兩者的定量關(guān)系 1.哪個公式能定量表達溫度和反應(yīng)速率常數(shù)兩者的定量關(guān)系？ 阿倫尼烏斯公式及各參數(shù)的意義 溫度是如何影響速率常數(shù)；升高溫度，活化能如何變化，如何修正阿倫尼烏斯公式 從阿倫尼烏斯公式中的參數(shù)分析影響變量。通過活化能與溫度的關(guān)系分析阿倫尼烏斯公式存在的缺陷；建立數(shù)學(xué)分析模型
2.阿倫尼烏斯公式是完美的嗎？需要修正嗎？ 溫度升高活化能變小
活化能、催化劑與速率常數(shù)k關(guān)系 3.降低活化能的物質(zhì)一定能加快反應(yīng)速率嗎？ 催化劑在催化反應(yīng)中起雙重作用 通過數(shù)據(jù)計算確定變量主次 培養(yǎng)學(xué)生基于信息借助數(shù)學(xué)工具解決問題的能力，培養(yǎng)變量意識。
4.為什么工業(yè)生產(chǎn)中更重視催化劑對速率的影響？ 溫度不可能無限制提高，耗材和成本角度 活化能降低不代表一定作催化劑 培養(yǎng)學(xué)生歸納與論證能力；基于真實情境解決問題的能力。
5.阿倫尼烏斯公式中為什么沒有濃度這個物理量？ k與濃度無關(guān)；反應(yīng)速率與速率常數(shù)是兩個不同概念
如何定量表達濃度與速率間的關(guān)系？ 6.哪個方程能表達濃度與速率間的定量關(guān)系？ 反應(yīng)級數(shù)、基元反應(yīng) 速率方程與基元反應(yīng)、碰撞理論之間的關(guān)系 培養(yǎng)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型解決化學(xué)問題的能力
7.如何將阿倫尼烏斯公式和速率方程結(jié)合，創(chuàng)新出一個新的速率方程？ 將速率方程中的k換成阿倫尼烏斯公式
【教學(xué)及評價目標】
1. 能從定量的角度理解溫度、催化劑、濃度對反應(yīng)速率的影響。
2. 通過阿倫尼烏斯公式、速率方程等的應(yīng)用，診斷并發(fā)展學(xué)生變量思想在解決復(fù)雜問題中的價值。
3.通過數(shù)學(xué)模型的建立，發(fā)展學(xué)生利用數(shù)學(xué)工具解決化學(xué)問題的思維模式。
【教學(xué)過程】
教學(xué)環(huán)節(jié) 驅(qū)動問題與任務(wù) 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖
引入 猜一猜這位諾貝爾獎獲得者的名字？ 講述阿倫尼烏斯畢業(yè)論文不被賞識到最終獲得諾貝爾獎的經(jīng)歷 傾聽與思考 讓學(xué)生要從理性的高度大膽挑戰(zhàn)權(quán)威并自我認可和積極爭取。
溫度對反應(yīng)速率常數(shù)k的影響 哪個公式能定量表達溫度和反應(yīng)速率常數(shù)兩者的定量關(guān)系？ 引出阿倫尼烏斯公式 理解公式中的各個參數(shù)，并分析溫度升高，速率常數(shù)k的變化 1.根據(jù)阿倫尼烏斯公式，定量分析溫度對k的影響。2.對活化能越大，改變溫度對反應(yīng)速率的影響程度越大，知其所以然。3.借助數(shù)學(xué)模型，分析化學(xué)變量。
CO2(g)+2CH3OH(g) CH3OCOOCH3 (g) + H2(g)，以lnk為縱坐標，以為橫坐標，畫出圖像，分析問題 引導(dǎo)學(xué)生將阿倫尼烏斯公式進行對數(shù)變形，根據(jù)數(shù)學(xué)模型，作出兩條直線，對比分析 學(xué)生作圖并分析曲線斜率代表的含義、活化能大的曲線、升高溫度對活化能大的影響更大
活化能對反應(yīng)速率常數(shù)k的影響 1.溫度會影響活化能嗎？2.活化能減小，反應(yīng)速率一定加快嗎？3.為什么工業(yè)生產(chǎn)中更重視催化劑對速率的影響？4.若催化劑在可逆反應(yīng)中也起雙重作用，如乙酸乙酯制備實驗中濃硫酸作催化劑和吸水劑，濃硫酸能提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率嗎？5.活化能降低速率一定加快嗎？ 引導(dǎo)探究1.活化分子的平均能量與全部反應(yīng)物分子平均能量之差稱為活化能。溫度升高，反應(yīng)物分子平均能量增大而活化分子的平均能量不變，則活化能如何變？2.阿倫尼烏斯公式是完美的嗎？需要修正嗎？3.催化劑在催化反應(yīng)中起雙重作用：一是降低活化能，使反應(yīng)容易進行。二是減少碰撞次數(shù)使反應(yīng)速率減慢。（給出支持信息）4.根據(jù)阿倫尼烏斯公式計算理論活化能至少降低多少才能起到催化作用？ 1.基于問題引導(dǎo)，結(jié)合已有經(jīng)驗作出判斷。2.通過問題探究，思考公式的不足之處和公式的使用條件。3.通過評價試題，體會催化劑參與兩個過程對轉(zhuǎn)化率的影響。4.結(jié)合教師給出的支持信息，通過計算，分析變量碰撞頻率對結(jié)果的影響，體驗數(shù)學(xué)知識在化學(xué)解題中的價值。將結(jié)論應(yīng)用到催化劑與溫度對速率常數(shù)k的影響在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。 1.從活化能與溫度的關(guān)系分析阿倫尼烏斯公式存在的缺陷，體會科學(xué)進步。2.結(jié)合碰撞頻率因子，通過數(shù)學(xué)計算得出滿足條件，培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)學(xué)工具解決化學(xué)問題的能力。3.通過催化劑的雙重作用，分析轉(zhuǎn)化率問題，培養(yǎng)變量思想。基于數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生歸納與論證能力和證據(jù)推理核心素養(yǎng)。
濃度對反應(yīng)速率的影響濃度對反應(yīng)速率的影響 1.阿倫尼烏斯公式中為什么沒有濃度這個物理量？ 1.引導(dǎo)學(xué)生回顧影響速率常數(shù)的因素 1.速率常數(shù)是單位濃度下測得的，與濃度無關(guān) 1.明確速率常數(shù)和化學(xué)反應(yīng)速率是兩個不同概念。2.理解速率方程、碰撞理論、活化能研究的都是基元反應(yīng)
2.怎么定量表達濃度與速率間的關(guān)系？ 引出速率方程，給出基元反應(yīng)和非基元反應(yīng)表達式的不同 理解反應(yīng)級數(shù)，結(jié)合數(shù)學(xué)分析，級數(shù)與圖像關(guān)系
3.如何將阿倫尼烏斯公式和速率方程結(jié)合，創(chuàng)新出一個新的速率方程？ 引導(dǎo)學(xué)生綜合分析，創(chuàng)新融合 學(xué)生創(chuàng)造新公式 3.體驗探索樂趣。學(xué)會利用整合思想進行歸納學(xué)習。4.在認知矛盾沖突中，通過變量思想，基于問題本身逆向思維，得出正確結(jié)論，避免學(xué)習過程機械記憶。
4.結(jié)合新的速率方程分析，當溫度升高，濃度下降，反應(yīng)速率變大、變小還是無法確定，判斷的依據(jù)是？ 通過學(xué)生對試題分析，引導(dǎo)從變量角度理解決定因素，強化變量思想。 通過評價試題4的練習，體會變量思想
概況總結(jié) 1.變量思想在本節(jié)課如何體現(xiàn)的？ 構(gòu)建變量思想概念圖 感悟、反思學(xué)習過程 1.強化變量思想和變量意識，形成思維模型2.培養(yǎng)學(xué)生自我反思和語言表達能力。體驗科學(xué)在不斷進步，知識在不斷更新，培養(yǎng)終身學(xué)習的意識。
2.建構(gòu)主義認為：知識是人們對客觀世界的一種解釋、假設(shè)或假說，將隨著人們認識程度的深入而不斷地變革、深化，出現(xiàn)新的解釋和假設(shè)。 結(jié)合本節(jié)課的學(xué)習，讓學(xué)生談體會 學(xué)生談感悟
成果應(yīng)用 學(xué)習過程中由于未知變量的存在，導(dǎo)致已知結(jié)論與原有認知沖突，請以案例報告的形式呈現(xiàn)：問題、困惑、解決方案、總結(jié)原因。 教師展示問題 學(xué)生課后書寫案例報告 通過案例總結(jié)，延伸課堂教學(xué)價值，體會變量思想的普遍性，增強學(xué)習了動力。
【教學(xué)反思】
（1）BOPPPS模型在化學(xué)核心概念教學(xué)中的價值
BOPPPS模型是一種教學(xué)模式，這種教學(xué)模式以建構(gòu)主義和交際法為理論依據(jù)，以有效教學(xué)設(shè)計著稱，它強調(diào)學(xué)生的參與和反饋。BOPPPS模型突出了參與式學(xué)習，強調(diào)學(xué)習者在課堂中的主動角色，通過對教與學(xué)的時時反饋作出及時調(diào)整。BOPPPS模型將課堂教學(xué)劃分為導(dǎo)言、學(xué)習目標、前測、參與式學(xué)習、后測、總結(jié)六個階段，使教師更關(guān)注學(xué)生的學(xué)，提高教學(xué)效率，提升教學(xué)效果。
（2）核心概念為本的教學(xué)
阿倫尼烏斯公式核心概念建構(gòu)教學(xué)基于學(xué)生認知能力和經(jīng)驗，逐漸進階發(fā)展，拓展了學(xué)生視野，提升了現(xiàn)場學(xué)習力，培養(yǎng)了學(xué)生變量思想，深化了學(xué)生基于學(xué)科本質(zhì)理解化學(xué)問題。
建構(gòu)了“一核五線”式核心概念教學(xué)模型。一核：教學(xué)活動緊緊圍繞核心概念阿倫尼烏斯公式發(fā)展學(xué)生素養(yǎng)展開。五線：分別指的是“情境線”、“思維線”、“活動線”、“概念線”、“素養(yǎng)線”。“情境線”以阿倫尼烏斯獲諾貝爾獎的故事展開，進行情境教學(xué)；接下來根據(jù)學(xué)生的認知發(fā)展特點從阿倫尼烏斯公式中提出問題讓學(xué)生思考形成“思維線”；然后指導(dǎo)學(xué)生帶著問題進行活動形成“活動線”，學(xué)生在參與活動后得出相應(yīng)的結(jié)論，由此形成“概念線”，完成理論知識的教學(xué)目標；最后學(xué)生再根據(jù)得到的概念原理來解決問題。
（3）體現(xiàn)了建構(gòu)主義教學(xué)設(shè)計的7原則：
1. 以學(xué)生為中心，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。
2. 包括教師在內(nèi)的學(xué)習環(huán)境支持學(xué)習自主學(xué)習、協(xié)作學(xué)習。
3. 以變量引發(fā)的認知沖突等問題作為學(xué)習的核心驅(qū)動源。
4. 強調(diào)問題要在真實的情景中展開。
5. 意識到學(xué)習任務(wù)的復(fù)雜性，提供學(xué)習資源、認知工具和幫助等內(nèi)容。
6. 注重非量化的整體評價。
7. 設(shè)計不同的自主學(xué)習策略，使學(xué)習能夠在學(xué)生主體中順利進行
（4）多個維度發(fā)展了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)
以“變量思想在阿倫尼烏斯公式中的應(yīng)用”為例活動思維路線設(shè)計：從問題驅(qū)動、問題探究、尋找證據(jù)、建構(gòu)模型到實踐應(yīng)用，將核心概念與情境、活動和問題解決融為一體，注重學(xué)生自主建構(gòu)、合作探究和問題解決等學(xué)習活動的設(shè)計，促進學(xué)生化學(xué)學(xué)習方式的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了學(xué)科育人價值和學(xué)科本質(zhì)價值，發(fā)展了學(xué)生證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的學(xué)科素養(yǎng)。

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