基于趣味情境的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

李焱 高淑靜 孔興蕊 孫成林

摘要：將裸露的知識(shí)用復(fù)雜的問題情境包裹起來，讓學(xué)生在問題的驅(qū)動(dòng)下通過實(shí)驗(yàn)探究真實(shí)情境中的問題，在探究中獲取知識(shí)，在探究中提高能力，在探究中落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng);將傳統(tǒng)教具與人工智能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)課堂上學(xué)生能真實(shí)參與科學(xué)探究活動(dòng)的目的;構(gòu)建思維模型，運(yùn)用思維模型解決實(shí)際問題，關(guān)注學(xué)生學(xué)科思維的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：趣味情境;問題驅(qū)動(dòng);燃燒和滅火;磁貼板;

文章編號(hào)：1008-0546（2021）07-0039-05 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.011

本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容是人教版上冊(cè)第7單元課題1“燃燒和滅火”[1]的第一課時(shí)，隸屬于義務(wù)教育“課程標(biāo)準(zhǔn)”一級(jí)主題“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”[2]。主要包括燃燒條件、滅火原理和易燃易爆物的安全知識(shí)，其中第一課時(shí)主要是探究燃燒條件和滅火原理。其教學(xué)價(jià)值主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：一是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)是人類獲取能量的重要途徑，人類可以通過控制化學(xué)反應(yīng)及其程度為人類服務(wù);二是通過燃燒條件和滅火原理的探究，認(rèn)識(shí)控制變量的學(xué)科方法，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

已有的教學(xué)設(shè)計(jì)均關(guān)注創(chuàng)設(shè)小魔術(shù)、燃燒在生活中的價(jià)值等圖片視頻作為學(xué)習(xí)情境，并凸顯對(duì)燃燒條件和滅火原理的探究，引導(dǎo)學(xué)生基于生活中的物品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)得出燃燒可能需要的條件[3]，再通過教材紅磷白磷對(duì)比實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)燃燒的三個(gè)條件缺一不可和控制變量的學(xué)科方法[4];然后通過生活實(shí)例或類似“蠟燭滅火大比拼”的學(xué)生活動(dòng)探究得出滅火的方法和原理。在教學(xué)過程中，關(guān)注學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。

值得關(guān)注的3個(gè)問題：（1）在探究燃燒條件時(shí)忽略學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)（如圖1所示），比如通過點(diǎn)燃小石塊、煤塊等探究可燃物;（2）創(chuàng)設(shè)的小魔術(shù)或生活實(shí)際等情境中缺乏驅(qū)動(dòng)學(xué)生深刻思維的問題，不能驅(qū)動(dòng)學(xué)生的有效學(xué)習(xí);（3）在探究燃燒條件的活動(dòng)中，學(xué)生主要是評(píng)價(jià)教材（或教師）的實(shí)驗(yàn)方案，很少真正參與實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，活動(dòng)中缺乏基于深刻思維的深度學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)科方法的理解也比較膚淺。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.基于“燒不壞的錢包（簡(jiǎn)稱燒包）”小魔術(shù)，分析燃燒所需要的條件，體會(huì)科學(xué)探究中的證據(jù)推理。

2.利用“活動(dòng)磁貼板”探究燃燒條件，認(rèn)識(shí)控制變量是科學(xué)探究的一種重要方法，并建構(gòu)控制變量的思維模型。

3.基于“燒包”小魔術(shù)及生活實(shí)例，分析滅火方法及原理，繼續(xù)體會(huì)證據(jù)推理，并構(gòu)建燃燒條件及滅火原理的“火三角”模型。

4.基于“魔棒”“可樂滅火”“聲波滅火”和“魔術(shù)蠟燭”等情境的分析解釋，學(xué)會(huì)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，提高學(xué)科關(guān)鍵能力和社會(huì)責(zé)任感。

三、教學(xué)流程

如圖2所示，本節(jié)課通過幾個(gè)小情境構(gòu)成的“情境串”，通過驅(qū)動(dòng)性問題形成三個(gè)教學(xué)板塊，在教學(xué)過程中落實(shí)學(xué)科核心知識(shí)，滲透學(xué)科核心素養(yǎng)。圖2教學(xué)流程

四、教學(xué)實(shí)錄

1.創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，提出探究問題

課的開始，教師表演小魔術(shù)——燒不壞的錢包（簡(jiǎn)稱“燒包”，如圖3所示）：展示錢包和錢包中的百元大鈔→打開錢包，火焰熊熊→合上錢包，火焰熄滅，錢包和錢依然完好無損。

然后用PPT出示了“燒包”的結(jié)構(gòu)（如圖4所示），并提出本節(jié)課的第1個(gè)問題：“燒包”為什么會(huì)燃燒呢？據(jù)此你認(rèn)為燃燒需要哪些條件？并說出你判斷的依據(jù)。

學(xué)生以小組為單位，根據(jù)“燒包”的結(jié)構(gòu)，經(jīng)充分討論后，達(dá)成一致意見：“油”在燃燒，說明需要可燃物;“打火石”，說明可燃物需要達(dá)到燃燒所需要的溫度，即著火點(diǎn);錢包打開燃燒，合上即熄滅，說明可燃物需要與空氣或氧氣接觸。

教師在學(xué)生回答的過程中，將學(xué)生得出的結(jié)論及時(shí)記錄在黑板上（如圖5所示）。

2.設(shè)計(jì)探究方案，構(gòu)建控制變量和燃燒條件兩個(gè)思維模型

在學(xué)生初步得出燃燒所需的條件后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析認(rèn)識(shí)：可燃物是燃燒的前提條件，即燃燒必須有可燃物，而可燃物達(dá)不到一定條件，卻不能燃燒;那么可燃物燃燒所需的“溫度達(dá)到著火點(diǎn)”和“與空氣（或氧氣）接觸”是需要一個(gè)即可，還是必須同時(shí)需要兩個(gè)才行呢？

科學(xué)的結(jié)論是需要通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)、獲取充足的證據(jù)，才能得出來的，于是教師提出本節(jié)課的第2個(gè)問題：利用所給的儀器和藥品（如圖6所示），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明你的猜想，并說明你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的思路是什么？（需要說明的是：因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中白磷有毒，燃燒產(chǎn)物有污染，所以不宜在課堂中進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，所以教師采用了磁貼板，學(xué)生可以按照自己的思路，任意模擬設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，既解決了危險(xiǎn)和污染的問題，也給予了學(xué)生充分參與探究活動(dòng)的空間）

問題提出之后，教師首先引導(dǎo)學(xué)生交流討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的基本思路，并構(gòu)建了如圖7所示的控制變量的思維模型，然后讓學(xué)生以小組為單位利用此模型為指導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生分組設(shè)計(jì)完成后，教師將具有代表性的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案（如圖8甲、乙所示），通過手機(jī)同屏技術(shù)投到大屏幕上，引導(dǎo)全體同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行充分評(píng)析，通過各小組同學(xué)的補(bǔ)充完善、修正錯(cuò)誤和優(yōu)化組合，最后得出最佳實(shí)驗(yàn)方案（如圖8丙所示）。

教師根據(jù)學(xué)生討論得出的最佳方案演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析推理得出燃燒必須“同時(shí)滿足三個(gè)條件，缺一不可”，順勢(shì)得出關(guān)于燃燒條件的“火三角”思維模型（如圖9所示）。

3.應(yīng)用“火三角”模型，分析解決“魔棒”為何能在水中燃燒的問題

為檢驗(yàn)學(xué)生是否切實(shí)理解了燃燒必須“同時(shí)滿足三個(gè)條件，缺一不可”這一核心知識(shí)，教師又給學(xué)生表演了一個(gè)小魔術(shù)（在表演過程中教師用語(yǔ)言故弄玄虛，以激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望）“魔棒”：

教師點(diǎn)燃“魔棒”，煙花四射。此時(shí)，教師問學(xué)生假如將煙花棒伸入水中會(huì)如何，學(xué)生異口同聲回答會(huì)熄滅。

教師神秘地說“我沖它吹口氣，給它點(diǎn)魔力啊”，說完，便將“魔棒”伸入盛有水的燒杯中，發(fā)現(xiàn)“魔棒”好像真具有了魔力：不僅沒有熄滅，反而依然劇烈燃燒，煙花四射（如圖10所示）。

教師提出本節(jié)課的第3個(gè)問題：為什么“魔棒”放入水中能持續(xù)燃燒而不熄滅呢？請(qǐng)結(jié)合“火三角”模型加以分析解釋。

學(xué)生根據(jù)燃燒“火三角”模型分析：可燃物“魔棒”肯定存在，能燃燒說明溫度肯定達(dá)到了著火點(diǎn)，水中本沒有氧氣，而燃燒必須有氧氣，所以說明“魔棒”的魔力在于自身燃燒時(shí)會(huì)放出氧氣。

教師給出有關(guān)“魔棒”的資料“煙花是由可燃物、氧化劑（高溫釋放出氧氣）、發(fā)色劑、粘合劑組成，燃燒時(shí)溫度能達(dá)到上千度”，從而充分肯定了學(xué)生利用“火三角”模型進(jìn)行證據(jù)推理的邏輯思維能力。

4.探究滅火原理，完善“火三角”模型

教師提出本節(jié)課的第4個(gè)問題：根據(jù)熄滅“燒包”和“魔棒”的方法，及日常生活的經(jīng)驗(yàn)，分析說明滅火的原理是什么？

學(xué)生通過分析，不難得出滅火的原理就是破壞燃燒條件，只要破壞掉其中任意一個(gè)條件即可達(dá)到滅火的目的。

之后，教師又引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“燃燒條件——三者缺一不可”和“滅火原理——三者缺一即可”進(jìn)行對(duì)比，并基于此完善“火三角”模型（如圖11所示）。

5.再次應(yīng)用“火三角”模型，解釋“可樂”“聲波”是如何滅火的？

教師播放了兩個(gè)視頻情境：第一個(gè)是用2L的可樂噴滅著火的油鍋（如圖12所示），第二個(gè)是用定向聲波滅火（如圖13所示）?；趦蓚€(gè)視頻情境，提出本節(jié)課的第5個(gè)問題：根據(jù)“火三角”模型，分析解釋“可樂”和“聲波”的滅火原理是什么。

學(xué)生經(jīng)小組討論，最后得出：振蕩可樂瓶，噴出的液體中有大量的二氧化碳?xì)怏w和水，故其滅火是因?yàn)榧雀艚^了空氣，又降低溫度到了可燃物的著火點(diǎn)以下;聲波屬于壓力波，在空氣中傳播的聲波可以置換掉一部分的氧氣，沒有了氧氣火焰自然就熄滅了。

6."魔術(shù)蠟燭”創(chuàng)設(shè)問題情境，將探究學(xué)習(xí)延伸到課后

課的最后，教師拿出一根看似普通的蠟燭，先點(diǎn)燃蠟燭，對(duì)同學(xué)說：很高興今天跟大家一起快樂地學(xué)習(xí)，你們今天的態(tài)度、思維過程、語(yǔ)言表達(dá)都很出色，說明大家平日里勤于思考，善于交流。現(xiàn)在我點(diǎn)燃了一根蠟燭，大家閉上眼睛許個(gè)愿吧。

片刻，教師繼續(xù)說：不知道大家許了什么愿，我的愿望是：希望你們?cè)俳釉賲枺趤砟甑闹锌贾腥〉脙?yōu)異的成績(jī)，下面我們吹蠟燭吧。

教師邊說邊吹滅了蠟燭，結(jié)果意外出現(xiàn)了：蠟燭先熄滅了，但轉(zhuǎn)瞬間又著了（如圖14所示）。

所有學(xué)生都驚訝地大叫起來：哎哎，咋回事兒啊？老師再吹一次……

老師響應(yīng)同學(xué)的要求，用力地又吹了一次，結(jié)果依然是：蠟燭先熄滅，轉(zhuǎn)瞬又忽忽悠悠著起來了……

這下子學(xué)生真的困惑了，只聽教室中此起彼伏的聲音“咋回事呢？”“真奇怪？”“為什么呢？”……

此時(shí)，距離下課時(shí)間還有不到1分鐘了，教師在學(xué)生的一片驚叫中……驚訝中……，給學(xué)生留下了本節(jié)課有待學(xué)生進(jìn)一步思考探索的問題，也是本節(jié)課的第6個(gè)問題：這個(gè)奇怪的魔術(shù)蠟燭為什么“吹不滅”呢？你有哪些辦法將它熄滅呢？并思考能否將自己的思維過程用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言（或流程圖）表達(dá)出來。

于是，本節(jié)課學(xué)生在對(duì)“燒包”的驚訝中開始，又在對(duì)“魔術(shù)蠟燭”的驚訝中結(jié)束，可是對(duì)燃燒和滅火的學(xué)習(xí)卻自然地被延續(xù)到了課下。

五、教學(xué)反思

1.知識(shí)情境化，情境問題化，促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科價(jià)值的認(rèn)識(shí)

本節(jié)課由“燒包”“魔棒”“可樂滅火”“聲波滅火”“魔術(shù)蠟燭"5個(gè)小情境構(gòu)成了情境串，并基于情境所蘊(yùn)含的核心知識(shí)提出了6個(gè)核心問題。從學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)的表現(xiàn)可以看出，每一個(gè)情境都“有趣味”且“有挑戰(zhàn)”。

因?yàn)椤坝腥の丁?，所以學(xué)生學(xué)得很積極，很快樂，課堂中充滿了驚叫聲和歡笑聲。下課后，有不少同學(xué)擠到教師跟前，有的說：老師，讓我看看那個(gè)“燒包”吧;有的說：老師，能送我一根“魔棒”嗎？有的說：老師，您那個(gè)蠟燭有多余的嗎？……孩子們對(duì)燃燒和滅火的問題充滿了好奇，充滿了探究的欲望。在之后學(xué)校的學(xué)科周中，化學(xué)興趣小組為師生準(zhǔn)備了“掌中火”“燒不壞的手帕”“水中生火”“吹氣生火”等小魔術(shù)，讓師生都感受到化學(xué)無窮的魅力（如圖15所示，中圖是學(xué)校兩位校長(zhǎng)在和學(xué)生一起體驗(yàn)“掌中火”）。

因?yàn)椤坝刑魬?zhàn)”，所以學(xué)生學(xué)得很投入，課堂中充滿智慧的交流與表達(dá)?；?個(gè)情境提出的6個(gè)核心問題，每一個(gè)都不簡(jiǎn)單，都需要學(xué)生進(jìn)行深度的學(xué)科思維，才能得出答案，也許得出的還是錯(cuò)誤的答案。比如“魔棒”為什么伸入水中還在燃燒，孩子們并不是立刻就會(huì)想到“魔棒燃燒過程中自身會(huì)產(chǎn)生氧氣”，他們也沒有想到問老師“魔棒的成分中都有什么”，而是在雜亂的猜想“難道水是熱水？”“難道水中有氧氣？”……在教師引導(dǎo)下，基于“火三角”模型進(jìn)行有序、有邏輯的思考后，才得出的正確答案。

2.傳統(tǒng)技術(shù)與人工智能相結(jié)合，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，核心素養(yǎng)的落實(shí)

雖然科學(xué)技術(shù)、人工智能都在不斷發(fā)展，智慧課堂也已走進(jìn)學(xué)校課堂，但是具備學(xué)生人手一個(gè)ipad的智慧課堂條件的學(xué)校還沒有普及，甚至還很少。所以，如何能真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生開放性的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行深度交流，便成為了化學(xué)探究課堂上的難題。本節(jié)課教師利用磁貼板讓學(xué)生設(shè)計(jì)探究燃燒條件的實(shí)驗(yàn)方案，再通過手機(jī)同屏技術(shù)進(jìn)行交流展示，將傳統(tǒng)手段與人工智能技術(shù)結(jié)合起來很好解決了上述難題。

磁貼板可通過網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買，價(jià)格便宜，制作起來也不復(fù)雜，圖16所示是我們工作室團(tuán)隊(duì)制作的“實(shí)驗(yàn)室制取氣體的磁貼板”，磁貼板上的儀器用品均可自由移動(dòng)、組合成學(xué)生所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，即便沒有手機(jī)同屏技術(shù)，也可直接拿起來進(jìn)行交流展示。

以往很多教師在本節(jié)課教學(xué)中，常常是教師按照?qǐng)D17所示方案演示實(shí)驗(yàn)，然后提出類似“_和_對(duì)比說明燃燒需要_條件”的問題，學(xué)生沒有真正參與實(shí)驗(yàn)探究的過程，也不能深刻理解實(shí)驗(yàn)的方案為什么是這樣，還有沒有其他方案？而本節(jié)課小小的磁貼板幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)了課堂中的“真探究”“真創(chuàng)新”，從而發(fā)揮了大作用，促進(jìn)了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，自然也促進(jìn)了學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。

3.構(gòu)建思維模型，促進(jìn)學(xué)生隱性思維顯性化，雜亂思維邏輯化

本節(jié)課的教學(xué)中，教師不僅關(guān)注知識(shí)的教學(xué)，還特別關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)的落實(shí)，尤其是“控制變量”和“火三角”兩個(gè)思維模型的構(gòu)建，很好地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的理解，從而引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成學(xué)科思維的習(xí)慣。

如在學(xué)習(xí)過程中，基于“控制變量”的思維模型（如圖7所示），對(duì)于探究燃燒條件的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生不再拘泥于教材上的方案，而是在思維模型的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出了多種開放性實(shí)驗(yàn)方案，如有同學(xué)設(shè)計(jì)了“在盛有熱水的大燒杯上放一銅片，銅片上放一塊白磷、兩份紅磷（其中一份紅磷用沙土蓋?。狈桨?，這一方案既能探究“溫度”，又能探究“氧氣”，不足之處是忽視了污染問題。

教師在引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)思維模型的過程中，幫助學(xué)生將頭腦中隱性的、雜亂的思維過程通過簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言（或圖示）表達(dá)出來，從而讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)是一門理科學(xué)科，學(xué)科思維的過程是有序的、有邏輯的。在課的最后，教師將本節(jié)課的第6個(gè)問題留給學(xué)生課下的思考的時(shí)候，依然沒有忘記讓學(xué)生繼續(xù)整理思維過程。由此可見，“不僅關(guān)注學(xué)生的思維過程，而且關(guān)注學(xué)生養(yǎng)成邏輯的學(xué)科思維過程”是本節(jié)課特別值得借鑒的一點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]化學(xué)課程教材研究發(fā)展中心.義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2012：128-131

[2]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：28

[3]陳繼清.《燃燒和滅火》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中小學(xué)教學(xué)研究，2019（2）：65-72

[4]江軍.基于“建構(gòu)式生態(tài)課堂”的“燃燒與滅火”教學(xué)設(shè)計(jì)片斷[J].北學(xué)教與學(xué)，2016（4）：75-77

*本文系中國(guó)化學(xué)會(huì)化學(xué)教育委員會(huì)“十三五”規(guī)劃課題“基于核心素養(yǎng)的初中化學(xué)優(yōu)秀案例實(shí)踐研究”（編號(hào)：HJ2020-0044）階段性研究成果。