潘 慧 李少坤 劉永茂
湖北省武漢市第一初級(jí)中學(xué)(430024)
本節(jié)教學(xué)內(nèi)容選自人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第7單元“燃燒和滅火”[1]一課,屬于《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》學(xué)習(xí)主題1“科學(xué)探究與化學(xué)實(shí)驗(yàn)”和學(xué)習(xí)主題4“物質(zhì)的化學(xué)變化”中的內(nèi)容?!叭紵龡l件的探究”屬于學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),探究類(lèi)型為物質(zhì)反應(yīng)規(guī)律研究,涉及的核心知識(shí)、要求及其價(jià)值為:了解化學(xué)反應(yīng)需要一定的條件、通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)燃燒的條件、理解燃燒和滅火的原理及其在生活中的應(yīng)用、初步體會(huì)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要意義,涉及的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究思路與方法是形成反應(yīng)規(guī)律探究的思路與方法,學(xué)習(xí)控制變量和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[2]。
該實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)有利于發(fā)展學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)提出問(wèn)題和假設(shè),基于變量控制思想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn),基于證據(jù)建構(gòu)模型,進(jìn)而應(yīng)用模型設(shè)計(jì)和調(diào)控化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的科學(xué)探究和實(shí)踐能力[3]。教學(xué)時(shí)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)反應(yīng)的視角再認(rèn)識(shí)“溫度達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)”這一反應(yīng)條件的重要意義,還應(yīng)從“滅火”的角度設(shè)計(jì)開(kāi)放性的方案,并以此為切入點(diǎn)體會(huì)條件改變對(duì)反應(yīng)調(diào)控的作用[4]。
現(xiàn)有相關(guān)教學(xué)研究[5-8],有些在新授課過(guò)程中便設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)得出燃燒不一定需要氧氣的認(rèn)知模型,超出了教材內(nèi)容和課標(biāo)要求;有些直接采用教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示或改進(jìn)后再進(jìn)行演示,引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出燃燒的條件和滅火的原理,不利于學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)、理解原理和本質(zhì)、形成科學(xué)探究的方法,更不利于學(xué)生成為主動(dòng)探索知識(shí)的“先行者”[9]。
基于以上分析和思考,本文以“燃燒和滅火”為例,介紹“基于生活情境的探究式教學(xué)”的課堂教學(xué)實(shí)施過(guò)程。
(1)通過(guò)交流“火”在生活中的應(yīng)用,初步認(rèn)識(shí)燃燒的定義,培養(yǎng)變化觀(guān)念。
(2)通過(guò)“生火競(jìng)賽”“實(shí)驗(yàn)改進(jìn)”“水下生火”“滅火競(jìng)賽”等活動(dòng),建構(gòu)“燃燒條件”和“滅火原理”模型,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力,體會(huì)改變條件對(duì)調(diào)控反應(yīng)的作用。
(3)通過(guò)對(duì)教材實(shí)驗(yàn)不足的分析與改進(jìn),培養(yǎng)科學(xué)探究與實(shí)踐創(chuàng)新能力。
(4)通過(guò)探究高低蠟燭熄滅的順序,觀(guān)看“滅火與火場(chǎng)逃生”視頻,提高科學(xué)應(yīng)對(duì)火災(zāi)的能力,發(fā)展科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。
建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為創(chuàng)建真實(shí)的教學(xué)情境,以探索問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)和維持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī),能使學(xué)生擁有學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)[10]?!读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》在教學(xué)策略中倡導(dǎo)“做中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”“用中學(xué)”,建議教師選擇有意義的探究問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)的探究過(guò)程,增進(jìn)對(duì)化學(xué)學(xué)科及科學(xué)探究本質(zhì)的理解。鄭長(zhǎng)龍教授認(rèn)為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是解決化學(xué)問(wèn)題的本事,即在真實(shí)情境中運(yùn)用所具有的知識(shí)和所具備的能力及品質(zhì),解決真實(shí)問(wèn)題的一種本領(lǐng)[11]。
為達(dá)成教學(xué)目標(biāo),本節(jié)課設(shè)計(jì)了5個(gè)環(huán)節(jié):鏈接生活、 生火競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)探究、滅火競(jìng)賽、知識(shí)應(yīng)用。以豐富而真實(shí)的生活情境貫穿課堂教學(xué)始終,以問(wèn)題解決驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程,具體教學(xué)流程見(jiàn)圖1。環(huán)節(jié)1、2、4中通過(guò)創(chuàng)設(shè)熟悉的生活情境,學(xué)生以此為生長(zhǎng)點(diǎn),積極參與課堂教學(xué),通過(guò)歸納、總結(jié),自主建構(gòu)燃燒的定義,體驗(yàn)燃燒的意義和價(jià)值,培養(yǎng)變化觀(guān)念;以競(jìng)賽活動(dòng)為驅(qū)動(dòng),促進(jìn)學(xué)生調(diào)用已有知識(shí)、經(jīng)驗(yàn),積極主動(dòng)建構(gòu)燃燒的條件和滅火原理認(rèn)知模型。
圖1 教學(xué)流程圖
環(huán)節(jié)3以學(xué)生在“生火競(jìng)賽”中獲得的知識(shí)和方法為基礎(chǔ),引導(dǎo)學(xué)生反思課本實(shí)驗(yàn)的不足之處,并進(jìn)行合理改進(jìn),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐創(chuàng)新能力,體現(xiàn)科學(xué)合理利用教材資源,優(yōu)化教學(xué)效果的理念[12];以預(yù)測(cè)—討論—解釋—觀(guān)察—討論—解釋(即PDEODE)[13]教學(xué)模式為指導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究,進(jìn)行對(duì)比分析,系統(tǒng)建構(gòu)燃燒條件的模型,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力,掌握設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法。
環(huán)節(jié)3、5中通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,產(chǎn)生學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)力[14],促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí),體會(huì)改變條件對(duì)調(diào)控反應(yīng)的作用,提高科學(xué)應(yīng)對(duì)火災(zāi)的能力,發(fā)展科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任素養(yǎng),提升課堂教學(xué)的有效性。
情境導(dǎo)入:播放物質(zhì)燃燒的視頻,從燃?xì)馊紵糜谂胫泼牢恫穗?到篝火燃燒用于增添旅游氛圍;從北京奧運(yùn)圣火彰顯大國(guó)風(fēng)范,到神舟十五號(hào)發(fā)射升空激勵(lì)科技強(qiáng)國(guó)意識(shí)。
提問(wèn):以上場(chǎng)景中均涉及化學(xué)變化——燃燒,燃燒對(duì)生產(chǎn)生活的意義和價(jià)值是什么?
學(xué)生:燃燒用于烹飪和篝火等可以改善和美化生活;燃燒用于發(fā)射火箭和火力發(fā)電可以為生產(chǎn)生活提供能源,促進(jìn)人類(lèi)發(fā)展。
追問(wèn):從不同角度進(jìn)行分析,上述物質(zhì)燃燒有哪些共同特點(diǎn)?由此得出燃燒的定義是什么?
學(xué)生:燃燒都屬于化學(xué)變化,而且反應(yīng)非常劇烈。
學(xué)生:燃燒是燃料與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng),屬于氧化反應(yīng)。
學(xué)生:燃燒的過(guò)程中都伴隨發(fā)光、放熱的現(xiàn)象。
小結(jié):燃燒的定義:通常情況下,燃燒是可燃物與氧氣發(fā)生的發(fā)光發(fā)熱的劇烈的氧化反應(yīng)。
小組競(jìng)賽:利用火柴、蠟燭、酒精燈、小紙條、木棍、煤塊、小石塊、坩堝鉗等物品,比較哪個(gè)小組能在較短時(shí)間內(nèi)制造物質(zhì)燃燒的現(xiàn)象。準(zhǔn)備好后,每個(gè)小組派兩名代表上臺(tái)進(jìn)行“生火競(jìng)賽”實(shí)驗(yàn)。
小組合作:根據(jù)競(jìng)賽要求和提供的實(shí)驗(yàn)用品,小組思考與討論,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,然后派代表上臺(tái)參加“生火競(jìng)賽”實(shí)驗(yàn)。
提問(wèn):為什么選擇點(diǎn)燃蠟燭、酒精燈或小紙條的人很多,而選煤或木棍的人很少?
學(xué)生:使蠟燭、酒精、小紙條燃燒起來(lái),需要的溫度低一些,它們?nèi)菀妆稽c(diǎn)燃;使煤或木棍燃燒起來(lái),需要的溫度高一些,它們不容易被點(diǎn)燃。這說(shuō)明物質(zhì)燃燒需要一定的溫度條件。
小結(jié):使可燃物燃燒所需的最低溫度,叫該物質(zhì)的著火點(diǎn)。
提問(wèn):為什么沒(méi)有人選擇小石塊?
學(xué)生:小石塊不是可燃物,沒(méi)有可燃性,不能被點(diǎn)燃。
追問(wèn):剛才的生火競(jìng)賽中,有同學(xué)將燃著的酒精燈蓋上燈帽后,酒精燈就熄滅了。根據(jù)以上生火競(jìng)賽過(guò)程,大家分析、猜想燃燒是否需要一定的條件?
學(xué)生:燃燒需要3個(gè)條件,它們分別是可燃物、氧氣、溫度達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)。
創(chuàng)設(shè)情境:教材提供的探究燃燒條件的實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2。根據(jù)上述生火競(jìng)賽獲得的信息,以及猜想燃燒所需的條件,預(yù)測(cè)該實(shí)驗(yàn)?zāi)苡^(guān)察到哪些現(xiàn)象,并做出合理的解釋?
圖2 探究燃燒的條件
學(xué)生:水中的白磷被隔絕氧氣,不能燃燒;銅片上的紅磷溫度沒(méi)有達(dá)到其著火點(diǎn),不能燃燒;銅片上的白磷燃燒,產(chǎn)生大量白煙,放熱,因?yàn)殂~片上的白磷是可燃物,與氧氣接觸,且溫度達(dá)到了白磷的著火點(diǎn)。
提問(wèn):思考該實(shí)驗(yàn)是否有不足之處?如果有不足之處,請(qǐng)說(shuō)明理由,并提出合理的改進(jìn)意見(jiàn)和實(shí)驗(yàn)探究方案。
小組思考與討論,交流觀(guān)點(diǎn),提出改進(jìn)意見(jiàn)和實(shí)驗(yàn)探究方案。
學(xué)生:此實(shí)驗(yàn)存在不足之處,因?yàn)殂~片上的白磷燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量白煙,造成空氣污染。改進(jìn)方法是將紅磷和白磷分別放入試管中,塞上橡膠塞,讓白磷在密閉的試管內(nèi)燃燒。
學(xué)生:磷燃燒放熱,會(huì)導(dǎo)致試管內(nèi)氣壓升高,使橡膠塞被沖開(kāi),依然有白煙逸出到空氣中,造成空氣污染??梢允褂脦?dǎo)管和氣球的橡膠塞來(lái)調(diào)節(jié)試管內(nèi)的氣壓,改進(jìn)裝置見(jiàn)圖3。
圖3 探究燃燒的條件改進(jìn)裝置
提示:接下來(lái),請(qǐng)同學(xué)們按照改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前,請(qǐng)大家先預(yù)測(cè),再仔細(xì)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并在表1中做好記錄。
表1 探究燃燒的條件
學(xué)生:先預(yù)測(cè)現(xiàn)象,再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀(guān)察現(xiàn)象,然后進(jìn)行對(duì)比、分析、推理,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,見(jiàn)表1。
提問(wèn):通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,尋找證據(jù),同學(xué)們推理出燃燒需要哪些條件?它們之間的關(guān)系如何?請(qǐng)大家建構(gòu)出燃燒的條件模型,并以圖形的方式將燃燒的條件模型表示出來(lái)。
學(xué)生:物質(zhì)燃燒需要可燃物、氧氣、溫度達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)3個(gè)條件,而且這3個(gè)條件缺一不可,燃燒的條件模型見(jiàn)圖4。
燃燒的條件——缺一不可圖4 燃燒的條件模型
創(chuàng)設(shè)情境:常言道“水火不容”,但我國(guó)在北京冬奧會(huì)期間成功實(shí)現(xiàn)了奧運(yùn)史上首次機(jī)器人之間在水下的火炬?zhèn)鬟f,請(qǐng)大家運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋其中的奧秘。
學(xué)生:火炬里分別填充了可燃?xì)怏w和氧氣,可燃?xì)怏w和氧氣接觸,點(diǎn)火后溫度達(dá)到可燃物的著火點(diǎn),就能實(shí)現(xiàn)“水中生火”。
提問(wèn):如何讓圖3中燒杯里②處白磷燃燒?設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案的同學(xué),請(qǐng)上臺(tái)完成“水中生火”實(shí)驗(yàn)。
學(xué)生:設(shè)計(jì)、交流實(shí)驗(yàn)方案:向水中白磷處通入氧氣,或者用裝滿(mǎn)氧氣的試管罩住水中的白磷,然后上臺(tái)完成“水中生火”的實(shí)驗(yàn)。
創(chuàng)設(shè)情境:可控的燃燒能為人類(lèi)服務(wù),使用不當(dāng)或不可控的燃燒則會(huì)給人們帶來(lái)危害或?yàn)?zāi)難。理解滅火的原理、掌握滅火的方法非常重要。請(qǐng)大家利用現(xiàn)有驗(yàn)用品:水、濕抹布、細(xì)沙子、剪刀、扇子、小燒杯、二氧化碳等物品,盡可能使用不同方法將燃著的蠟燭熄滅,再對(duì)滅火方法進(jìn)行歸類(lèi),總結(jié)其本質(zhì),提煉出滅火的原理。
小組合作:根據(jù)競(jìng)賽要求和提供的實(shí)驗(yàn)用品,小組思考與討論,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,然后派代表上臺(tái)參加“滅火競(jìng)賽”實(shí)驗(yàn)。
學(xué)生:小組討論、交流,將滅火方法進(jìn)行歸類(lèi),總結(jié)本質(zhì),提煉出滅火的原理,見(jiàn)表2。
表2 探究滅火的原理
提問(wèn):通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,尋找證據(jù),同學(xué)們推理出滅火的原理有哪些?它們之間的關(guān)系如何?請(qǐng)大家建構(gòu)出滅火的原理模型,并以圖形的方式將滅火的原理模型表示出來(lái)。
學(xué)生:滅火的原理有3個(gè):隔絕氧氣、降低溫度到可燃物著火點(diǎn)以下、清除可燃物,這3個(gè)原理有一即可,滅火的原理模型,見(jiàn)圖5。
圖5 滅火的原理模型
創(chuàng)設(shè)情境:我們?cè)诘诹鶈卧獙W(xué)習(xí)過(guò)“傾倒二氧化碳”的實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)中可以觀(guān)察到哪些現(xiàn)象?如何解釋其原因?
學(xué)生:觀(guān)察到低蠟燭先熄滅,高蠟燭后熄滅。原因是二氧化碳的密度比空氣的密度大,不能燃燒,也不能支持燃燒,使低蠟燭先浸沒(méi)在二氧化碳中,被隔絕氧氣而熄滅。
創(chuàng)設(shè)情境:如圖6所示裝置,若將兩支燃著的蠟燭用燒杯罩住,請(qǐng)同學(xué)們預(yù)測(cè)現(xiàn)象、討論原因,并做出合理的解釋。然后分小組完成實(shí)驗(yàn),作觀(guān)察現(xiàn)象,討論原因。
圖6 用燒杯罩住高低不同的燃著的蠟燭
實(shí)驗(yàn)前,學(xué)生有不同的猜想和解釋;實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)生認(rèn)知沖突:為什么高蠟燭先熄滅,低蠟燭后熄滅?
教師:常溫下二氧化碳的密度大于空氣的密度,因此教材實(shí)驗(yàn)中低蠟燭先熄滅,高蠟燭后熄滅。但圖6實(shí)驗(yàn)中蠟燭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w溫度高,會(huì)上升到燒杯頂部,因此高蠟燭先熄滅,低蠟燭后熄滅。
根據(jù)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原理,請(qǐng)大家分析:如果在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng),應(yīng)如何科學(xué)逃生?
學(xué)生:用濕毛巾捂住口鼻,彎腰或匍匐前進(jìn),迅速往樓下逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。
創(chuàng)設(shè)情境:發(fā)生失火,或燃燒失控產(chǎn)生火災(zāi)時(shí),你們知道哪些滅火方法或逃生方法?
小組討論、交流滅火方法或逃生方法。
創(chuàng)設(shè)情境:播放生活中油鍋著火及其滅火視頻,正確使用滅火器的方法視頻,電影院、居民樓或超市等場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)時(shí)的科學(xué)逃生視頻。觀(guān)看視頻后,你們有哪些收獲與感想?
學(xué)生:火勢(shì)可控時(shí),要盡可能根據(jù)滅火原理,尋找合適的滅火方法,消滅火情;火勢(shì)失控時(shí),要盡快想辦法科學(xué)自救,遠(yuǎn)離傷害。學(xué)好化學(xué)知識(shí),才能更好運(yùn)用知識(shí),為我們的生活服務(wù)。
課后活動(dòng):了解幾種滅火器的使用方法和適用范圍,并根據(jù)自家住宅的特點(diǎn),設(shè)計(jì)預(yù)防方案(包括萬(wàn)一發(fā)生火災(zāi)時(shí)需要采取的科學(xué)措施)。
優(yōu)質(zhì)的板書(shū)設(shè)計(jì)能夠?yàn)榻虒W(xué)內(nèi)容的組織穿針引線(xiàn),成為教師將教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的有力抓手。本節(jié)課的板書(shū)設(shè)計(jì)以學(xué)生的認(rèn)知水平為基礎(chǔ),讓板書(shū)隨著教學(xué)活動(dòng)的板塊化推進(jìn)而生成,隨著知識(shí)的演繹與歸納而循序漸進(jìn)地豐滿(mǎn)起來(lái),發(fā)揮板書(shū)板演過(guò)程、牽引思路、佐證推理、建構(gòu)模型的作用,促進(jìn)學(xué)生知識(shí)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化、認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化與基于核心觀(guān)念的結(jié)構(gòu)化[15]。具體內(nèi)容,見(jiàn)圖7。
圖7 燃燒和滅火教學(xué)板書(shū)設(shè)計(jì)
本節(jié)課立足學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn),以學(xué)生熟悉的生活情境貫穿始終,有助于學(xué)生以生活經(jīng)驗(yàn)為“生長(zhǎng)點(diǎn)”,主動(dòng)建構(gòu)燃燒和滅火相關(guān)知識(shí),理解燃燒和滅火的本質(zhì),培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。學(xué)生通過(guò)觀(guān)看生活中與火相關(guān)的視頻,認(rèn)識(shí)燃燒的本質(zhì),歸納燃燒的定義,體驗(yàn)燃燒在生產(chǎn)生活中的意義和價(jià)值,培養(yǎng)變化觀(guān)念;積極參與生活中熟悉的“生火”和“滅火”競(jìng)賽實(shí)驗(yàn),通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以此為切入點(diǎn)提升課堂學(xué)習(xí)參與度,在真實(shí)情境中解決問(wèn)題,認(rèn)識(shí)、建構(gòu)燃燒模型和滅火模型,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力,體會(huì)改變條件對(duì)調(diào)控反應(yīng)的作用;通過(guò)交流和觀(guān)看生活中常見(jiàn)的滅火方法,以及火場(chǎng)逃生自救方法的視頻,提高科學(xué)應(yīng)對(duì)火災(zāi)的能力,發(fā)展科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。
在以后的新課教學(xué)中,探究燃著的蠟燭熄滅順序時(shí),若將溫度傳感器、二氧化碳傳感器等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入其中,可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀(guān)性和趣味性,便于學(xué)生理解本質(zhì);若能將教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),使用無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)替代紅磷和白磷,讓學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探究,教學(xué)效果會(huì)更好。在復(fù)習(xí)課階段,可以根據(jù)學(xué)情設(shè)計(jì)“燃燒一定需要氧氣嗎?”“有氧氣時(shí)加熱可燃物,一定能使它燃燒嗎?”“燃著的蠟燭或白磷熄滅時(shí),容器中一定沒(méi)有氧氣嗎?”等探究性實(shí)驗(yàn),擴(kuò)展學(xué)生視野,增強(qiáng)學(xué)生的思辨能力、實(shí)驗(yàn)探究能力與實(shí)證能力,提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)水平。