1. 引言
分析化学是化学学科中不可或缺的一部分，是采用各种技术方法对物质进行定性、定量、结构和形态分析的学科。几乎所有化学领域都需要应用分析化学知识进行客观分析和研究，以得出科学合理的定量结果。因此，分析化学的学习是其他化学知识的基础。分析化学实验是分析化学课程的重要组成部分，也是实现化学教学目标、提高学生科学素养和实践能力的关键途径。通过实验教学，学生能将抽象的化学理论知识转化为具体操作，深入理解理论知识，提高实验技能和动手能力，拓宽知识面，激发对化学学科的兴趣和热爱[1]-[3]。
为达到教学要求，分析化学实验需要加深学生对基础理论和知识的理解，使学生熟练掌握实验技能和基本操作，提高学生观察、分析和解决问题的能力，培养学生严谨的工作作风、科学态度和认真细致的工作风格。学生应确立“量”、“误差”和“有效数字”的概念，掌握影响分析结果的关键环节，正确选择实验条件和仪器以确保结果可靠，并正确处理实验数据。然而，分析化学实验课程知识点繁多且零散，传统教学模式下，即使老师花费大量时间备课并精讲知识点，但由于每次课程时间较长(通常为4学时)、学生难以长时间集中全部精力进行学习，且大班上课师生互动不足，所以教学效果仍有一定上升空间。因此，有必要探索新的分析化学实验教学模式，以提升教学效果，更好地培养化学人才[4] [5]。
2. BOPPPS教学模式简介
“BOPPPS教学模式”是一种“以学生为中心”、“以学习目标为导向”的教学模式[6]-[10]。该教学模式由加拿大英属哥伦比亚大学的学者道格拉斯·克尔(Douglas Kerr)于1978年基于认知理论提出。该教学模式简洁易推广、互动反馈强，教学效果优秀，在全球众多地区广泛受到推崇。笔者在加入北京化工大学后的新教工培训过程中也受到了相关方面的培训，很受启发。“BOPPPS教学模式”将课堂教学过程分为六个模块：课程导入(Bridge-in)、学习目标(Objective)、前测(Pre-assessment)、参与式学习(Participatory learning)、后测(Post-assessment)、总结(Summary)六个模块，取每个模块英文首字母简称为“BOPPPS”[6]-[8]。六个模块将教学内容分解成有机联系、相辅相成的部分，使得学生在每个模块中都能集中精力参与其中。接下来详细介绍每个模块：
“课程导入(Bridge-in)”：旨在一堂实验课的开始阶段吸引学生的注意，提起学生的学习兴趣。可以采用提问法、破冰法或者媒介法实现导入的目的。其中提问法为设置一些小问题从学生已经学过的知识点引入到新知识点，容易实现但是调动课堂氛围的效果一般；破冰法可以从讲述与教学内容相关的故事开始，也可以开展一些小活动调动课堂氛围，笔者认为通过对比发现这种方法的课堂效果相对较好；媒介法是通过播放一些影像资料、新闻报道、趣味图片等激发学习兴趣，这种方式的课堂效果也非常好，但是对于分析化学实验室的硬件设施有一定要求。“导入”起到承前启后的作用，不但要设法将本次课的内容与学生学过的知识衔接起来，还要与未来要学到的内容衔接起来。例如分析化学实验总体上可以分为酸碱滴定、络合滴定和氧化还原滴定。在每次实验课程的开始，可以将本次实验内容与之前的内容作对比，归纳本次实验的滴定类型、特点、与同类实验的异同点。
“学习目标(Objective)”：明确呈现每次实验课的具体学习目标，便于学生掌握学习的重点，可以以板书或者PPT的方式呈现。学习目标主要包含知识、技能和素养三个方面，目标设定要从学生的角度出发，数量一般为2~4个，要明确指出学生在本次课需要掌握的知识点、难度要在学生能力范围以内、并且评价指标要方便学生自我评估是否达到了教学要求。北京化工大学实验中心为授课教师配备了简明扼要的实验讲义，结合其中的“实验目的”部分可以较好地设置“学习目标”模块。
“前测(Pre-assessment)”：了解学生的知识储备、对本次课的接受能力和学习兴趣，以便灵活调整本次课程的教学深度，让课程的目标更加聚焦。“前测”内容要与教学目标呼应，可以采用问答、小测验或集体讨论等方式进行课前摸底。但是由于客观条件的限制，需要控制前测时长和内容深度：过于浅显的前测内容和较长的时长，会使学生感到无趣；而“超纲”的知识范围和过短的时长，容易使学生产生挫败感，丧失学习兴趣。此外也要注意适度控制“前测”的氛围，有时过于热烈的课堂氛围也不利于教学效果。
“参与式学习(Participatory learning)”：“BOPPPS教学模式”最核心的模块，也是最需要体现“以学生为主体”教学思想的模块。通常是在教师讲清概念、重点等关键知识点后，采用各种方式让学生积极投入到学习活动中，不仅能巩固所学的知识，同时也强化了学生的沟通合作能力等综合素质的培养。分析化学实验课程进行过程中通常是在教师向学生清晰讲述实验原理、实验内容、演示操作方法后，安排学生亲自动手操作仪器设备、通过实验获得初步数据，并通过计算获得待测物的浓度等信息。在学生动手实验过程中，需要师生频繁互动，教师要不辞辛苦地参与到学生的讨论中并实时校正学生的不当操作，在此过程中教师引导学生发现问题、解决问题往往能获得非常好的教学效果。
“后测(Post-assessment)”：评估教学效果是否达标。该阶段通常是通过回答问题、小测验、做习题、操作演示、实验报告等方式对教学效果进行评估，并根据评估结果及时查漏补缺，从而更好地完成教学任务。“BOPPPS教学模式”强调后测的及时性，即应该在课后或者教学过程中及时评估教学效果。而分析化学实验过程中学生操作速度有快有慢，结束实验的时间存在偏差，往往不能在当堂课上马上评估。因此分析化学实验主要采用课后习题及评阅实验报告的方式评估教学效果。笔者通常在实验过程中收集总结学生在实验过程中出纰漏的地方，然后结合实验报告评估教学效果。
“总结(Summary)”：主要是归纳一节课的知识点、理清知识脉络、引出下次课的内容。与传统的教学模式不同，BOPPPS模型中需要教师引导学生对于课程内容进行总结，评估自己的学习效果。总结的目的在于通过归纳本节课的知识点和理清知识脉络，进一步加深学生的印象。笔者通常是在学生在下次实验过程中与学生一对一交流，总结上次课的内容，查漏补缺。
基于以上内容可以看出，“BOPPPS教学模式”互动性强、学生参与度高，能够帮助学生明确学习目标，清晰认识学习内容，比较适合提升分析化学实验教学效果[11] [12]。但也要注意该模式模块较多，耗时较长，因此在课前需要教师精心设计教学内容，平衡好知识讲述时长和学生实验操作时长。
3. 依托北京化工大学实验中心的分析化学实验BOPPPS教学设计
本节基于“硫酸亚铁铵中二价铁含量的测定”具体讨论如何基于BOPPPS教学模式进行分析化学实验教学设计。北京化工大学本科生分析化学实验采用化学工业出版社的“新编大学化学实验”作为教材，将“硫酸亚铁铵中二价铁含量的测定”列于第五次实验，也是氧化还原滴定类的第一次实验。该实验首先以草酸钠为基准物标定高锰酸钾溶液浓度，再用高锰酸钾溶液标定硫酸亚铁铵中的二价铁含量。不同于前几次的酸碱滴定和络合滴定，本次实验无需添加指示剂但是需要注意控制滴定的温度、酸度和速度。这些知识点和要点将分散到以下六个模块中教授给学生：
3.1. 导入
“导入”模块旨在实验课的开始阶段吸引学生的注意力，激发学习兴趣。首先，采用“破冰法”引入课程内容：“上次课我们合成了硫酸亚铁铵，化学式为FeSO4∙(NH4)2SO4∙6H2O，是一种无机复盐，俗称莫尔盐。同学们知道这种盐为何名为莫尔盐吗？这是因为莫尔首先制取了这种盐并且引入到分析化学中。”控制讲话节奏，学生往往会发出会心一笑，瞬间增强课堂氛围。接着，与学生共同探讨莫尔盐的性质：“同学们观察一下自己合成的莫尔盐，蓝绿色的，这表示其中的铁物种是几价的？”当学生回答出铁为二价时，可适时介绍莫尔盐在电镀、医药、农业等领域的应用，随后引出下一个问题并鼓励学生互相讨论：“如何测定摩尔盐中关键组分二价铁的含量？”在学生讨论时，适度引导学生从二价铁的还原性出发思考问题。最终，学生会提出采用氧化还原滴定的方式，通过氧化剂与二价铁的定量反应测定二价铁的含量，达到引入课程内容的目的。此时引导学生继续讨论可以采用哪些常见物质作为氧化剂，最终提出本次课的内容：以高锰酸钾作为氧化剂标定硫酸亚铁铵中的二价铁含量。
3.2. 学习目标
为了让学生更好地掌握本次实验课的重点内容，我们需要明确设定“学习目标”模块。基于“导入”部分的内容，可以很容易地确定第一个学习目标：“掌握高锰酸钾法测定二价铁的原理和方法”。由于高锰酸钾常含有杂质，氧化能力强，易与水和空气中的有机物、尘埃等还原性杂质作用，且会见光分解，所以高锰酸钾溶液的配置和浓度标定也是本次课需要了解的内容，因此本次课的第二个学习目标为：“了解高锰酸钾溶液的配制及以草酸钠为基准物的标定方法”。 本次课程最终需要基于滴定实验结果计算硫酸亚铁铵中的二价铁含量，因此第三个学习目标为：“通过用高锰酸钾标准溶液对硫酸亚铁铵的氧化还原定量滴定，计算硫酸亚铁铵中的二价铁含量。”明确这些知识和能力目标将有助于学生明确学习重点，积极参与实验教学，并有效提升实验能力和综合素质。
3.3. 前测
为方便学生预习实验课内容，北京化工大学实验中心已经依托中国大学慕课平台将分析化学实验相关的视频等学习资料分享给学生。但学生对于实验课程的学习热情、知识储备量和接受能力各不相同，因此需要通过“前测(Pre-assessment)”模块了解学生的基本情况，以便灵活调整本次课程的教学深度和讲解重点。本次课需要学生掌握不同价态的锰物种的颜色以及互相转化的条件，因此设置以下前测问题，并采用问答的形式进行前测：“不同价态的锰物种分别是什么颜色的？高锰酸钾在不同pH条件下分别可以被还原成什么锰物种？哪些还原性的物质可以作为基准物标定高锰酸钾的浓度？高锰酸钾与二价铁反应的化学计量比是多少？”基于学生对以上问题的答案可以准确判断出学生的知识储备量和对于本次课的学习热情与接受能力。
3.4. 参与式学习
“参与式学习(Participatory learning)”是关键环节，教师需运用多种策略创造互动教学氛围，时刻注意“以学生为主体”，促进学生积极思考和主动学习。首先向学生清晰讲述实验原理，并从实验原理出发引导学生分析实验过程的注意事项：“以草酸钠为基准物标定高锰酸钾反应方程式如下：
，从反应方程式可以发现滴定需要消耗氢离子，因此标定高锰酸钾浓度时要控制酸度，通常氢离子浓度在1 mol/L左右。常温反应速率较慢，因此需要适度升温提升反应速率，一般需要加热到60度以上。请同学们思考反应温度是否有上限呢？”在学生互相讨论过程中，引导学生注意反应物中存在不耐热的组分草酸钠，温度过高会致其分解，因此反应温度不宜超过90度，最终学生会得出反应温度区间在60~90度之间。“此外，滴定过程中为了清楚观察终点，所以要将紫红色的高锰酸钾滴加到无色的草酸钠溶液中，那么高锰酸钾的滴加速率是否需要控制呢？”此时，引导学生回忆中学期间接触过的自催化的例子，学生会发现滴定初始阶段体系中缺少二价锰离子，因此反应速率较慢，得出开始滴定的时候速率不能太快的结论。接着向学生讲述高锰酸钾法标定硫酸亚铁铵中的二价铁含量的反应方程式：
，引导学生比较这一步与上一步的异同点，最终得出这步无需加热但仍需控制酸度的结论。接下来带领学生复习实验仪器的使用方法，着重演示滴定管和称量瓶的使用过程，以及高锰酸钾溶液浓度标定时的水浴加热和搅拌方式。最后带着学生熟悉实验内容，并且让学生轮流演示每一步的操作过程，及时表扬正确操作并指出错误。最后，安排学生亲自动手操作仪器进行滴定实验，在此过程中，频繁与学生互动，参与到学生的讨论中并实时校正学生的不当操作，引导学生发现问题、解决问题、激发潜能，深化学习理解。这种“以学生为主体”的教学模式能够激发学生的学习兴趣，促使他们更深入地掌握知识。
3.5. 后测
“后测(Post-assessment)”模块旨在评估教学效果是否达标。鉴于课堂时间有限，无法立即评估。因此，除了要求学生完成实验报告外，还要根据实验中心提供的讲义和教学重难点，布置以下问答题：“1) 以草酸钠为基准物标定高锰酸钾溶液的浓度时应注意哪些反应条件？2) 用高锰酸钾溶液滴定草酸钠溶液时，为什么开始时褪色很慢，随着滴定的进行而褪色愈来愈快？如果在开始滴定前加入少量硫酸锰溶液，会发生什么现象？为什么？3) 高锰酸钾法测定二价铁的方法、原理是什么？4) 请举出类似的用氧化还原滴定法测定亚铁的实例，并说明其与高锰酸钾法的异同。”最后，根据作业完成情况和实验过程中发现的问题，在下次授课前有针对性地进行讲评和总结。
3.6. 总结
“总结”模块旨在归纳总结一节课的知识点、理清知识脉络、引出下次课的内容。完成“后测”模块后，根据评估情况灵活引导学生对课程内容进行总结，评估自己的学习效果。此外针对个别学生的突出问题可以在实验过程中与学生一对一交流，总结上次课的内容，查漏补缺。
4. BOPPPS实施效果
从以上内容可以看出，作为一种注重教学互动和反思的闭环反馈课程设计模式，BOPPPS是分析化学实验课程较为行之有效的设计模式之一。在应用BOPPPS教学模型时，始终秉承“以学生为中心”的教学理念，灵活调整教学形式，定能更好地完成教学任务。笔者统计了授课的班级中61名材料化学专业学生对于该教学模式的看法，85% (52名)的学生对该模式比较满意，认为确实调动了自己的学习积极性；15% (9名)的学生认为可以根据授课内容灵活调整模块数量和时间分配比例，没有同学对该教学模式完全不满意。并且学生普遍表示BOPPPS教学模式相比于传统模式更有参与感，可以显著激发学习兴趣。
5. 结语
笔者采用“BOPPPS教学模式”，以学生为中心，以学习目标为导向，将分析化学实验课程划分为六个互补的模块，旨在增强师生互动，激发学习热情，引导学生全身心投入学习过程，有效达成教学目标。在笔者所授课的班级中，大多数学生对这种教学模式表示满意，认为这种模式成功地激发了他们的学习动力。然而，BOPPPS模式并非固定不变，笔者将继续根据课程内容的需要，灵活调整教学策略，以实现持续的教学改进。
致 谢
作者感谢北京化工大学实验中心所有老师为分析化学实验教学顺利进行所作出的努力。