素養(yǎng)導(dǎo)向下的初中化學(xué)課堂實驗教學(xué)

劉亮榮

摘要： 以人教版九年級化學(xué)上冊“燃燒與滅火”拓展內(nèi)容為例，突出實驗探究方案的設(shè)計與優(yōu)化，體驗實驗過程與方法，獲取證據(jù)，進行證實與證偽。運用課前“觀看微課進階練習(xí)發(fā)現(xiàn)問題”，課中“問題驅(qū)動實驗創(chuàng)新創(chuàng)設(shè)情境設(shè)計實驗證據(jù)推理建構(gòu)模型素養(yǎng)發(fā)展”，課后“再探究、再應(yīng)用”等基于微課翻轉(zhuǎn)課堂相融合的教學(xué)策略，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思維，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科魅力，落實化學(xué)學(xué)科價值。

關(guān)鍵詞： 燃燒條件； 學(xué)科思維； 核心素養(yǎng)； 初中化學(xué)

文章編號： 10056629（2022）10006404

中圖分類號： G633.8

文獻標(biāo)識碼： B

1 問題提出

燃燒的本質(zhì)是可燃物的化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)行人教版教材（2011版）以變量控制思想設(shè)計實驗方案，并結(jié)合真實生活、生產(chǎn)情境為素材，探究燃燒的條件?！叭紵钡膶W(xué)習(xí)，可以進一步幫助學(xué)生發(fā)展“物質(zhì)的變化和轉(zhuǎn)化”的大概念。通過對燃燒條件的探究，讓學(xué)生認識到實驗是科學(xué)探究的重要形式和學(xué)習(xí)化學(xué)的重要途徑［1］。通過對燃燒條件的認識，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，讓學(xué)生將來在工作和生活中更好地掌控燃燒，造福于人類。

各種版本九年級教材編寫時都突出“燃燒三要素”（即可燃物、氧氣、著火點）為重點，課堂上教師大多會結(jié)合生活實例反復(fù)強調(diào)“燃燒三要素說”。劉立新老師［2］、王程杰老師［3］等對燃燒的過程進行了細致的分析，提出燃燒條件“3+1”并對中學(xué)化學(xué)教學(xué)以及中學(xué)生日常生活中遇到的燃燒方面的問題進行了剖析。作為復(fù)習(xí)課，既要做到“溫故”，更要達到“知新”?？紤]到本節(jié)課的容量，以教材中“燃燒三要素”探究實驗為內(nèi)容，制作了微視頻，讓學(xué)生在課前反復(fù)觀看，鞏固所學(xué)知識的同時也對教材實驗的設(shè)計以及“燃燒三要素”大膽質(zhì)疑，提出了很多有價值的探究性問題，如“為何蠟燭抽掉燭芯就無法正常點燃”“為何鐵粉在空氣中遇到明火會劇烈燃燒”等問題。為了激發(fā)學(xué)生對物質(zhì)世界的好奇心，形成物質(zhì)及其變化等基本化學(xué)觀念，發(fā)展科學(xué)思維、創(chuàng)新精神與實踐能力，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任，本文以“再探燃燒的條件”為課題，運用“問題驅(qū)動實驗探究證據(jù)推理建構(gòu)模型素養(yǎng)發(fā)展”相融合的整體教學(xué)策略，在解決真實情境問題中發(fā)展學(xué)生的能力與品格。

2 教學(xué)思路

授課前，學(xué)生通過觀看微視頻，對用紅磷、白磷探究“燃燒三要素”的實驗提出疑問，對教材［4］實驗71提出改進建議，同時對“燃燒三要素”提出質(zhì)疑。上課前，將學(xué)生的“建議”和“質(zhì)疑”進行展示，并以此為問題驅(qū)動，對燃燒的條件進行再探究。教學(xué)中，學(xué)生親身經(jīng)歷和體驗實驗探究過程，并對實驗過程中產(chǎn)生的“3個異?，F(xiàn)象”——“鐵絲在空氣中燒不著，鐵粉卻可以”“鐵絲在空氣中燒不著，在氧氣中卻可以”“著火點高的酒精能點著，著火點低的柴油卻點不著”等進行大膽猜測和探究，并進行推理和論證，最終通過實驗現(xiàn)象，實現(xiàn)對燃燒條件的真正認識。

依據(jù)課程標(biāo)準和教學(xué)內(nèi)容，制定如下教學(xué)目標(biāo)：

（1） 通過對已學(xué)燃燒的知識提出質(zhì)疑和探究活動，重構(gòu)燃燒條件模型，深度認識燃燒的條件。

（2） 通過對教材傳統(tǒng)實驗的創(chuàng)新以及數(shù)字化實驗技術(shù)在拓展實驗中的應(yīng)用，增強定性和定量研究的意識，發(fā)展證據(jù)推理的素養(yǎng)。

（3） 通過重構(gòu)燃燒條件的模型，發(fā)展模型認知能力、科學(xué)探究能力、批判性思維和辯證思維能力。

3 素養(yǎng)導(dǎo)向下的教學(xué)流程

教學(xué)流程見圖1。

4 教學(xué)過程

4.1 微課學(xué)習(xí)，提出問題

［學(xué)生］通過微課學(xué)習(xí)鞏固燃燒的三個條件，提出問題，上傳進階練習(xí)（見圖2）。

［教師］根據(jù)回答情況整理并二次備課，將學(xué)生提出的兩個問題作為本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，即：（1） 課本實驗有何不足？如何改進？（2） 是否滿足了燃燒的三個條件，可燃物就一定會燃燒？

設(shè)計意圖：基于學(xué)生對已學(xué)知識的認知水平，結(jié)合復(fù)習(xí)課安排，利用微課重現(xiàn)燃燒等內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的認知沖突，提出疑問或質(zhì)疑，激發(fā)課堂學(xué)習(xí)的欲望，引發(fā)深度學(xué)習(xí)，同時，也優(yōu)化了復(fù)習(xí)課的教學(xué)方式。

4.2 創(chuàng)新改進，鞏固知識

［教師］關(guān)于燃燒條件的探究實驗，課本編排的實驗（見圖3），雖能驗證燃燒條件，但是存在不環(huán)保、藥品用量大、操作不便、不適合于連堂教學(xué)等諸多缺點。提問：課本實驗有何不足？如何改進？

［學(xué)生］積極思考，進行實驗改進。小組展示了改進方案，如在通風(fēng)條件下進行，或在銅片上的白磷處倒置一個沾有水的燒杯等。

［教師］肯定同學(xué)們方案的優(yōu)點，提示依然存在的不足。

［師生］師生互動，共同商討，最終確定了改進方案（把80℃的熱水從長頸漏斗注入集氣瓶，但不浸沒燃燒匙，此時白磷燃燒，紅磷不燃燒。繼續(xù)加水，浸沒兩支燃燒匙，白磷火焰熄滅。從注射器將空氣注入，熱水回流至長頸漏斗，白磷露出水面再次燃燒。見圖4）。

圖4的改進方案具有創(chuàng)新性，既可以驗證燃燒的三個條件，又具有其他眾多改進方案的優(yōu)勢：吸收完全（有害物質(zhì)）、綠色環(huán)保、操作簡便、裝置簡單、方便攜帶、節(jié)約藥品、重復(fù)使用、便于教學(xué)。

設(shè)計意圖：通過對教材實驗設(shè)計的評價，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度，敢于提出并堅持自己的見解、勇于修正錯誤觀點以及形成保護環(huán)境的習(xí)慣。通過收集、展示和分析學(xué)生的實驗改進方案，讓教師、學(xué)生開展相互評價，促進學(xué)生全面的富有個性的發(fā)展。

4.3 拓展延伸，探究新知

面對各種復(fù)雜的燃燒問題是否也只需要具備燃燒的“三個條件”就可以實現(xiàn)呢？過渡到延伸拓展環(huán)節(jié)，解決自發(fā)生成的第二個問題，即是否可燃物滿足了三個必要條件就一定會燃燒？

4.3.1 拓展探究1：不同規(guī)格的鐵絲在空氣中的燃燒

［教師］引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合桌上的儀器和藥品，開展合作、研究設(shè)計方案。

［學(xué)生］小組經(jīng)討論設(shè)計了實驗1：將不同形狀的鐵（普通鐵絲、細鐵絲棉、鐵粉）在空氣中加熱，觀察現(xiàn)象。普通細鐵絲在空氣中燒不著，細鐵絲棉在空氣中可以燃燒一半，更細小的鐵粉可以完全燒掉（見圖5）。

通過交流、歸納得出結(jié)論1：燃燒的充分條件X1，即對于像鐵一樣表面燃燒的物質(zhì)，可以增大可燃物的比表面積，使其在達到點燃溫度時就可被點燃而發(fā)生燃燒。

設(shè)計意圖：借助不同形狀、規(guī)格的鐵在空氣中加熱所產(chǎn)生的不同現(xiàn)象，否定了學(xué)生原有的“鐵在空氣中不能燃燒”的錯誤認知。同時開展探究活動，培養(yǎng)學(xué)生“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

4.3.2 拓展探究2：蠟燭在密閉容器內(nèi)從燃燒至熄滅氧氣濃度的變化

［教師］與學(xué)生共同設(shè)計實驗：利用氧氣傳感器測定蠟燭在密閉容器內(nèi)從燃燒到熄滅過程中的氧氣濃度變化。通過曲線分析可知，蠟燭熄滅時容器內(nèi)氧氣濃度接近16.6%（見圖6），即可燃物燃燒需要達到氧氣的最低濃度。

［學(xué)生］提出質(zhì)疑：是否是二氧化碳使蠟燭熄滅的呢？

［教師］為了解決學(xué)生這一疑惑，進行了拓展探究，即利用排水法收集一瓶80％的二氧化碳和20％的氧氣的混合氣體，將燃著的蠟燭伸入，發(fā)現(xiàn)蠟燭與在空氣的集氣瓶中一樣，先是正常燃燒，而后才慢慢熄滅，并未出現(xiàn)立即熄滅的情況。

［學(xué)生］該實驗說明，蠟燭在密閉的容器內(nèi)燃燒的熄滅不是由二氧化碳引起的，而是氧氣的濃度降低造成的。通過歸納總結(jié)得出結(jié)論2：燃燒的充分條件X2，即提高助燃物的濃度才能使物質(zhì)燃燒。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)新的實驗技術(shù)讓人耳目一新，給學(xué)生的心靈帶來了震撼，進一步促使他們?nèi)ソ佑|更多的新科技和新實驗。借助數(shù)字化實驗的“可視化”特點，通過實驗獲取的曲線和數(shù)據(jù)，知道蠟燭在密閉容器中從燃燒到熄滅的真正原因。同時，通過“混合氣體”實驗，將定性與定量實驗相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生證據(jù)推理、模型建構(gòu)、推測物質(zhì)變化的思維能力和“用中學(xué)”的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

4.3.3 拓展探究3：酒精和柴油在空氣中點燃的對比實驗

［教師］給出柴油（220℃）和酒精（423℃）兩者的著火點，請學(xué)生預(yù)測誰更易點燃？

［學(xué)生］一致認為是著火點低的柴油更易點燃。然而通過實驗都很驚奇： 著火點高的酒精用火柴在液面上方一點就著，而著火點低的柴油無論在液面上方還是接觸液面都點不著——引起學(xué)生的認知沖突和好奇心，激發(fā)了探究欲望。

［教師］與學(xué)生共同設(shè)計實驗：利用高溫傳感器精確測量柴油從加熱到引燃的整個過程。觀察到在室溫包括加熱至46℃左右，柴油均點不著，當(dāng)柴油加熱至96℃左右時被火柴引燃并持續(xù)燃燒，這是為什么呢？

［教師］提供柴油的著火點、閃點、沸點信息，引導(dǎo)學(xué)生思考柴油燃燒與何種因素有關(guān)？

［學(xué)生］經(jīng)過分析、討論確定是閃點。提問何為閃點？

［查閱資料］閃點是可燃性液體上方蒸氣濃度恰好等于其爆炸極限的下限，引起閃燃的最低溫度。

［教師］蒸發(fā)燃燒的物質(zhì)自身溫度必須超過閃點時遇明火才可以被引燃。上述實驗中室溫及加熱至46℃的柴油因為自身溫度低于閃點故點不著，而溫度加熱至96℃即使沒有達到著火點但是超過了55℃的閃點也可被點燃。接著拓展演示燃燒的酒精接觸冰水的實驗： 室溫時酒精已超過12.7℃的閃點在空氣中即被點燃并劇烈燃燒，當(dāng)燃燒匙接觸冰水混合物時酒精溫度已降至閃點以下，其火焰變微弱甚至熄滅。當(dāng)重新放入熱水，溫度又超過閃點可用火柴再次引燃。

［學(xué)生］通過以上實驗初步掌握了蒸發(fā)燃燒與閃點的關(guān)系。最后通過交流、討論得出結(jié)論3：燃燒的充分條件X3，如柴油、石蠟等蒸發(fā)燃燒的物質(zhì)，須自身溫度超過閃點，遇到明火方可點燃燃燒。

設(shè)計意圖：借助數(shù)字化實驗的“準確性”以及生活中的真實情境，與所給的相關(guān)信息發(fā)生“沖突”，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。教師通過拓展和延伸，讓學(xué)生不僅對燃燒條件有新的認識，同時培養(yǎng)學(xué)生“創(chuàng)中學(xué)”的學(xué)習(xí)動機。

4.4 總結(jié)歸納，模型構(gòu)建

［教師］引導(dǎo)學(xué)生大膽思索，建構(gòu)燃燒的新模型。

［學(xué)生］踴躍發(fā)言，最后通過小組合作、討論歸納得出從舊的火三角到新的火三角——更全面的燃燒條件模型的建立（見圖7）。

設(shè)計意圖：借助板書的展示，進一步鞏固探究的成果，運用體驗和表達、成就和激勵、反饋和深化等策略促進學(xué)生知、情、意、行的統(tǒng)一［5］，讓課堂學(xué)生的參與達到高潮，培養(yǎng)學(xué)生歸納、總結(jié)、表達等綜合能力。學(xué)生通過課堂中的師生互動、生生互動，充分感受到成功的喜悅。

5 教學(xué)思考

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是全面發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生通過化學(xué)學(xué)習(xí)逐漸形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。初中化學(xué)教師不僅需要關(guān)注所授知識的正確性與科學(xué)性，更需關(guān)注對學(xué)生批判性思維和辯證思維能力的培養(yǎng)，以助其在后續(xù)漸進的學(xué)習(xí)中形成更為科學(xué)、合理的知識體系，增強科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)夯實基礎(chǔ)。

“再探燃燒的條件”這一課，基于科學(xué)探究與證據(jù)推理的思維方法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計方案、進行驗證、收集證據(jù)、得出結(jié)論的探究過程，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等核心素養(yǎng)。重點在“學(xué)會收集各種證據(jù)，對發(fā)現(xiàn)的問題提出可能性的假設(shè)；基于證據(jù)進行分析推理，證實或證偽假設(shè)；能正確解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑”等方面產(chǎn)生更為深刻的影響，即最終達到培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生學(xué)科思維素養(yǎng)的目標(biāo)。

參考文獻：

［1］［5］中華人民共和國教育部制定. 義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2022.

［2］劉立新. 燃燒條件之我見［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2017， （1）： 87～92.

［3］王程杰. 燃燒條件“3+1”［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2016， （1）： 49～54.

［4］人民教育出版社課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心. 義務(wù)教育課程標(biāo)準實驗教科書·化學(xué)（九年級上冊）［M］. 北京： 人民教育出版社， 2012： 128～129.