基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

尹峻

摘要：分析了基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)，以“燃燒與滅火”為例分享了課例和設(shè)計(jì)意圖。從蘊(yùn)含問題的真實(shí)情境、建構(gòu)知識的核心問題、解決問題的學(xué)習(xí)過程和轉(zhuǎn)變認(rèn)知的知識建構(gòu)四個(gè)方面介紹了基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的思考。

關(guān)鍵詞：問題解決;燃燒與滅火;教學(xué)設(shè)計(jì);真實(shí)情境;知識建構(gòu)

文章編號：1008-0546（2022）08-0043-04?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.08.009

課堂教學(xué)不僅要關(guān)心學(xué)生習(xí)得的知識和技能，更要關(guān)注學(xué)生對于知識的理解和問題解決的能力，即學(xué)生通過學(xué)習(xí)逐步成為“問題解決者”。問題解決能力的培養(yǎng)起源于學(xué)生對真實(shí)情境的感知，啟發(fā)于真實(shí)情境中的疑問，最終學(xué)習(xí)的目標(biāo)是實(shí)際問題的解決。

一、基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的產(chǎn)生背景

21世紀(jì)技能伙伴組織認(rèn)為，學(xué)生在大學(xué)和職業(yè)成功的四個(gè)基本技能：批判性思維和問題解決、溝通、合作、創(chuàng)造力和創(chuàng)新[1]。這些素養(yǎng)可概念化顯現(xiàn)，即認(rèn)知領(lǐng)域、內(nèi)向領(lǐng)域和人際領(lǐng)域，為適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，贏得未來的發(fā)展，提升學(xué)生認(rèn)知能力，系統(tǒng)深度學(xué)習(xí)顯得異常重要。學(xué)生需要的學(xué)習(xí)方式，不僅是支持記憶留存的，還應(yīng)該支持技能和知識的應(yīng)用。

目前初中的化學(xué)課堂，學(xué)生一般是以獨(dú)自處理要求記憶和回憶事實(shí)、概念的低階任務(wù)為主。例如：提出防止廚房中的菜刀生銹的措施，很多學(xué)生的答案是涂漆、鍍金;火柴使用后，為確?；鸩裣?，你的措施是什么？不少學(xué)生回答埋在土里、使用滅火器等，這些答案都是“教科書式”的回答，而非基于真實(shí)情境的實(shí)際問題解決。這些案例說明，部分學(xué)生學(xué)習(xí)中沒有或很少參與到高階認(rèn)知過程中，特別是對于概念的推理和實(shí)際問題的解決。盡管這種過于單純的知識灌輸?shù)慕虒W(xué)方法還沒有直接認(rèn)定為學(xué)生化學(xué)學(xué)業(yè)水平總體偏低的原因，但很難否認(rèn)這種聯(lián)系的合理性，但有一點(diǎn)是毋庸置疑的，即學(xué)生認(rèn)知能力的缺失和理解能力的弱化。

筆者認(rèn)為，化學(xué)的教學(xué)目標(biāo)是給予學(xué)生更多機(jī)會(huì)去學(xué)習(xí)“理解的化學(xué)”，與之相關(guān)的是“促進(jìn)理解的化學(xué)教學(xué)”，這些目標(biāo)反映教師對化學(xué)中深度學(xué)習(xí)的重視。提升學(xué)生認(rèn)知能力，避免灌輸而達(dá)到理解的教學(xué)勢在必行，其顯現(xiàn)的標(biāo)識是調(diào)動(dòng)學(xué)生認(rèn)知需求，從真實(shí)情境和問題中提取化學(xué)任務(wù);調(diào)動(dòng)學(xué)生內(nèi)向需求，使其主動(dòng)參與化學(xué)概念建立和解釋、真實(shí)應(yīng)用和原理分析的教學(xué)過程中。基于以上思考，筆者以人教版“燃燒和滅火”一課開展基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)研究。

二、基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)

基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)，首先是蘊(yùn)含問題的情境設(shè)計(jì)，其次是通過情境產(chǎn)生蘊(yùn)含知識的問題設(shè)計(jì)，然后是解決問題的多元活動(dòng)的設(shè)計(jì)，最后是結(jié)構(gòu)化知識體系的設(shè)計(jì)。具體如圖1所示。

“燃燒和滅火”一課，問題與活動(dòng)均圍繞情境“打火機(jī)”為主線展開，使學(xué)生在真實(shí)情境中學(xué)會(huì)用化學(xué)知識解決實(shí)際問題，服務(wù)于生活。課堂學(xué)習(xí)分三個(gè)環(huán)節(jié)，第一環(huán)節(jié)從“野外鉆木取火”入手，緊緊抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)和好奇心，讓學(xué)生解決鉆木取火成功的條件是什么，由此聯(lián)系燃燒也可能需要相似的條件。第二環(huán)節(jié)將鉆木取火與生活中最熟悉的打火機(jī)緊密聯(lián)系，通過比較幾種不同的打火機(jī)，讓學(xué)生去感受燃燒、感悟燃燒的概念、思考燃燒的原理。第三環(huán)節(jié)通過打火機(jī)的使用安全引發(fā)深思，對于生活中火的使用安全問題，面對火災(zāi)如何滅火和逃生，通過滅火器的學(xué)習(xí)展開生命安全教育。以幾種不同的打火機(jī)如何熄滅，探究滅火的原理，并將此滲透到生活中不同場景的滅火情境，實(shí)現(xiàn)知識的遷移。“燃燒和滅火”教學(xué)設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

三、基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)的課例分享與設(shè)計(jì)意圖

環(huán)節(jié)一：鉆木取火——認(rèn)識燃燒

【引入】恩格斯曾說過：“摩擦生火第一次使人支配了一種自然力，從而最終地把人和動(dòng)物分開?！庇辛嘶?，人類才進(jìn)入了文明社會(huì)。如果說同學(xué)們在野外生存，沒有任何工具該如何生火呢？

【情境1】視頻：荒野技能選拔賽之鉆木取火（用 QQ或微信掃教師提供的二維碼）

【問題1】從視頻中，你能獲取哪些信息？鉆木取火成功需要什么條件？

【學(xué)生】削尖的木頭不斷旋轉(zhuǎn)摩擦生熱、需要干草因?yàn)榭梢詿?，最后還要吹氣。

【知識建構(gòu)1】鉆木取火成功的條件：鉆木摩擦生熱其實(shí)提供了熱量;干草可以燃燒作為可燃物;吹氣說明燃燒還需要與空氣接觸，缺少一個(gè)條件取火都會(huì)失敗。

設(shè)計(jì)意圖：取火——感受燃燒的價(jià)值。鉆木取火是古人智慧的結(jié)晶，是人類利用自然的見證。學(xué)生通過小學(xué)的科學(xué)已有所了解，但其中蘊(yùn)含的化學(xué)原理，學(xué)生是沒有細(xì)致探究的。以鉆木取火為切入點(diǎn)，貼近學(xué)生的認(rèn)知，孕育學(xué)生的問題意識，激發(fā)學(xué)生解決問題的動(dòng)機(jī)，提高學(xué)生搜集、分析和加工處理信息的能力。

環(huán)節(jié)二：打火機(jī)里的化學(xué)——探究燃燒

【情境2】展示一次性打火機(jī)，觀察一次性打火機(jī)的構(gòu)造：機(jī)殼、燃料（主要成分是丁烷）和打火部件。

【問題2】一次性打火機(jī)要打火成功需要哪些條件？

【實(shí)驗(yàn)1】學(xué)生通過操作使撞擊塊的撞擊與氣源開啟同步，打火部件產(chǎn)生電火花，引燃丁烷氣體，完成打火。

【學(xué)生】可燃物丁烷、打火產(chǎn)生火花引燃丁烷，并與空氣接觸。

【情境3】展示煤油打火機(jī)和電熱絲打火機(jī)。

【問題3】煤油的作用是什么？電熱絲打火機(jī)的工作原理是否和前面兩種打火機(jī)一樣？

【學(xué)生】（對比分析）煤油作為可燃物。煤油打火機(jī)和一次性打火機(jī)都通過燃料發(fā)生燃燒反應(yīng)，電熱絲打火機(jī)是通過電能轉(zhuǎn)換成熱能，沒有經(jīng)過燃料的燃燒。

【問題4】通過比較幾種打火機(jī)，你能說出燃燒是一種什么樣的變化？同時(shí)伴隨哪些現(xiàn)象？

【學(xué)生】（歸納總結(jié)）燃燒是化學(xué)變化，伴有發(fā)光、發(fā)熱。

【知識建構(gòu)2】燃燒就是通常情況下可燃物與氧氣接觸的一種伴有發(fā)光放熱的劇烈的氧化反應(yīng)。

【情境4】教師演示實(shí)驗(yàn)2

【實(shí)驗(yàn)2】如圖3所示，向燒杯中加入熱水，取一小塊白磷放入盛有熱水的燒杯中。再分別取一小塊白磷和紅磷放入兩支試管并用塞子塞緊，將試管放入燒杯中。

【問題5】描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考實(shí)驗(yàn)過程中有哪些對比實(shí)驗(yàn)？分別說明了什么？

【學(xué)生】試管中的白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙，而紅磷以及水中的白磷沒有燃燒。熱水中的白磷和試管中的白磷是一組，說明燃燒需要氧氣;試管中的白磷和紅磷是一組，說明燃燒需要達(dá)到所需要的溫度。

【問題6】可燃物燃燒所需要的最低溫度叫做該物質(zhì)的著火點(diǎn)，通過以上實(shí)驗(yàn)得出燃燒需要什么條件？條件是否需要同時(shí)滿足？

【知識建構(gòu)3】燃燒的條件：可燃物、與氧氣接觸、溫度達(dá)到著火點(diǎn)，三個(gè)條件要同時(shí)滿足。

【實(shí)驗(yàn)3】將浸有酒精的棉球點(diǎn)燃。（酒精的著火點(diǎn)約75℃，沸點(diǎn)78℃，棉花著火點(diǎn)約150℃。）

【問題7】你觀察到了什么？為什么？

【學(xué)生】棉花沒有燒起來，因?yàn)闆]有達(dá)到它的著火點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：用火——感知燃燒的條件。在思維方面，初三學(xué)生邏輯思維有一定優(yōu)勢，但很多方面還是屬于經(jīng)驗(yàn)型，需要感性認(rèn)識的直接支持。利用生活中隨處可見的打火機(jī)，學(xué)生親手嘗試一次性打火機(jī)、煤油打火機(jī)和電熱絲打火機(jī)的生“火”，感知燃燒與電熱絲發(fā)熱的不同以及燃燒發(fā)生的條件，通過學(xué)生和老師合作探究燃燒條件的實(shí)驗(yàn)，更好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究思維能力、根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析問題的能力以及實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行改進(jìn)的能力，為促進(jìn)學(xué)生思維從經(jīng)驗(yàn)型向理論型的轉(zhuǎn)化提供支持。

環(huán)節(jié)三：打火機(jī)的安全使用——探究滅火

【情境5】展示Zippo打火機(jī)的使用說明：本品引發(fā)火災(zāi)時(shí)請使用二氧化碳滅火器。

【問題8】在打火機(jī)的使用過程中，如何熄滅火焰？

【學(xué)生】一次性打火機(jī)把手松開就不會(huì)再燒了。

【追問1】這是破壞了燃燒的那個(gè)條件？

【學(xué)生】可燃物。

【追問2】那煤油打火機(jī)如何熄滅火焰？

【學(xué)生】將蓋子蓋起來。

【追問3】這是破壞了燃燒的什么條件？

【學(xué)生】與空氣接觸。

【知識建構(gòu)4】滅火就是破壞燃燒的其中一個(gè)條件即可，比如隔離可燃物、隔絕空氣、降低溫度至著火點(diǎn)以下。

【過渡】當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，我們應(yīng)該如何做？通過一段小視頻“火災(zāi)如何逃生”（用 QQ 或微信掃教師提供的二維碼）來一起學(xué)習(xí)。

【問題9】滅火器常用于火情初發(fā)時(shí)，老師現(xiàn)在這里有小蘇打和白醋，想一想生活中如何自制簡易的滅火裝置？

【學(xué)生】交流討論，大致說明如何制得氣體達(dá)到滅火效果。

【實(shí)驗(yàn)4】自制簡易滅火器

（用QQ或微信掃教師提供的二維碼）取適量洗潔精、小蘇打裝入瓶蓋打有小孔的小塑料瓶中，將裝有白醋的拇指試管用細(xì)繩吊起放入塑料瓶內(nèi)。點(diǎn)燃酒精棉球放入燒杯。用食指堵住小塑料瓶蓋，反復(fù)顛倒塑料瓶并將瓶蓋口對準(zhǔn)火源，松開食指。

【問題10】剛剛在搖晃瓶子的時(shí)候，產(chǎn)生的氣體是什么？簡易滅火器滅火的原理又是什么？

【學(xué)生】二氧化碳，它是將可燃物與空氣隔絕。

【問題11】小蘇打的主要成分是碳酸氫鈉，白醋的主要成分是醋酸，請大家試著寫一寫自制滅火器的反應(yīng)方程式。

【學(xué)生】NaHCO3+ HAc=NaAc + H2O + CO2↑

【拓展視野】幾種典型的滅火器：二氧化碳滅火器、水基型滅火器、干粉滅火器。

【總結(jié)】這節(jié)課我們通過對火的認(rèn)識，學(xué)習(xí)了燃燒的條件和滅火的原理和方法?；饚Ыo我們很多思考，不僅對于化學(xué)學(xué)科上的思考，還有生活中的思考以及對生命的思考。同學(xué)們要像對待火一樣，常思之，審辨之，慎使之，共勉之，讓我們的每一次遇見，都能成就更美的自己。

設(shè)計(jì)意圖：控火——感悟適度燃燒的意義。學(xué)生通過熄滅不同打火機(jī)的操作，分析其中的原理，通過煤油引發(fā)火災(zāi)的滅火方式講解，引發(fā)思考，讓學(xué)生感受到化學(xué)知識來源于生活并應(yīng)用于生活，更深層次理解滅火合理性方式的重要性，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究中問題解決能力，滲透一切事物“一分為二”的辯證唯物主義觀點(diǎn)，體會(huì)“化學(xué)是一把雙刃劍”，只有掌握規(guī)律，才能趨利避害。同時(shí)，也加強(qiáng)安全教育這一重要課題。

四、基于問題解決的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的思考

1.蘊(yùn)含問題的真實(shí)情境

一個(gè)好的學(xué)習(xí)情境，既能夠激發(fā)學(xué)生的思維，又能將學(xué)科知識有機(jī)融合于所要解決的化學(xué)問題中。“燃燒和滅火”一課，真實(shí)情境素材源于日常生活中的打火機(jī)。首先，學(xué)生熟知的素材處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，更能引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性[2]。其次，小小的打火機(jī)蘊(yùn)含著太多的化學(xué)學(xué)科問題，并和核心知識“燃燒與滅火”緊密相連，這使得情境素材不再是孤立的個(gè)體，而是作為串聯(lián)知識的主線開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。

2.建構(gòu)知識的核心問題

真實(shí)情境的作用除了聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，更重要的是引發(fā)能建構(gòu)知識體系的核心問題，促進(jìn)學(xué)生沉浸下去展開探究?！叭紵蜏缁稹币徽n，打火機(jī)除了作為情境素材提供真實(shí)的感知情境，更重要的是作為問題線索形成了學(xué)習(xí)的基本支架。通過以探究打火機(jī)的燃燒為核心問題進(jìn)而展開問題鏈：打火機(jī)的構(gòu)造是什么？不同打火機(jī)燃燒的原理？什么是燃燒？如何探究驗(yàn)證燃燒需要的條件？等，借此引導(dǎo)學(xué)生在原有認(rèn)知層面的基礎(chǔ)上，因?yàn)樾碌膯栴}和困惑不斷地質(zhì)疑、解釋、驗(yàn)證進(jìn)而推動(dòng)思考進(jìn)程，構(gòu)建新的認(rèn)知體系。

3.解決問題的學(xué)習(xí)過程

基于問題解決的化學(xué)課堂學(xué)習(xí)是提出問題、分析問題和解決問題的螺旋式推進(jìn)，學(xué)生在問題的持續(xù)生成、驅(qū)動(dòng)和解決中獲得化學(xué)知識和思維的主動(dòng)構(gòu)建，最終實(shí)現(xiàn)在不同情境中解決問題的技能?！叭紵c滅火”這節(jié)課中，教師將核心知識轉(zhuǎn)化為開放的、可操作的系列核心問題，將問題置于真實(shí)情境和真實(shí)探究中，引導(dǎo)學(xué)生在疑中生疑引發(fā)系列子問題，讓學(xué)生在看似平常的情境中通過合作、對話探索、開發(fā)問題[2]，將生活常識和困難的學(xué)科知識之間建立聯(lián)系，完成知識體系的搭建，形成解決問題的模型。

4.轉(zhuǎn)變認(rèn)知的知識建構(gòu)

基于問題解決的化學(xué)課堂注重讓學(xué)生在原有認(rèn)知理解的基礎(chǔ)上，批判性地看待新的事實(shí)和問題，獲得問題驅(qū)動(dòng)，并將它們納入到原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息加工和重組，從而實(shí)現(xiàn)新的知識體系的構(gòu)建并加以遷移應(yīng)用到新的情境中提供解決問題的新方案[3]?！叭紵蜏缁稹币徽n，以熟悉的“打火機(jī)”打開學(xué)生的思路，指引學(xué)生挖掘其中的化學(xué)知識，引導(dǎo)學(xué)生對燃燒條件的認(rèn)識并逐步生成知識體系。通過深入探究、分析、對比，發(fā)現(xiàn)紅磷、白磷能否燃燒的影響因素，總結(jié)并歸納得出燃燒的條件，深化學(xué)生證據(jù)推理意識。通過解決實(shí)際問題——打火機(jī)如何滅火，實(shí)現(xiàn)對滅火原理和方法知識的遷移。

參考文獻(xiàn)

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[2]蔡云龍.初中化學(xué)教學(xué)中問題意識培養(yǎng)的策略研究[J].考試周刊，2018（72）：155.

[3]康永軍，王榮華.基于問題解決教學(xué)促進(jìn)初中生化學(xué)深度學(xué)習(xí)[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)：基礎(chǔ)教育版，2019，020（02）：34-38.