基于趣味情境的問題驅動式教學

李焱 高淑靜 孔興蕊 孫成林

摘要：將裸露的知識用復雜的問題情境包裹起來，讓學生在問題的驅動下通過實驗探究真實情境中的問題，在探究中獲取知識，在探究中提高能力，在探究中落實學科核心素養;將傳統教具與人工智能相結合，實現課堂上學生能真實參與科學探究活動的目的;構建思維模型，運用思維模型解決實際問題，關注學生學科思維的發展。

關鍵詞：趣味情境;問題驅動;燃燒和滅火;磁貼板;

文章編號：1008-0546（2021）07-0039-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.011

本節課教學內容是人教版上冊第7單元課題1“燃燒和滅火”[1]的第一課時，隸屬于義務教育“課程標準”一級主題“化學與社會發展”[2]。主要包括燃燒條件、滅火原理和易燃易爆物的安全知識，其中第一課時主要是探究燃燒條件和滅火原理。其教學價值主要表現在2個方面：一是進一步認識化學反應是人類獲取能量的重要途徑，人類可以通過控制化學反應及其程度為人類服務;二是通過燃燒條件和滅火原理的探究，認識控制變量的學科方法，落實學科核心素養。

一、教學現狀分析

已有的教學設計均關注創設小魔術、燃燒在生活中的價值等圖片視頻作為學習情境，并凸顯對燃燒條件和滅火原理的探究，引導學生基于生活中的物品設計實驗，通過實驗得出燃燒可能需要的條件[3]，再通過教材紅磷白磷對比實驗認識燃燒的三個條件缺一不可和控制變量的學科方法[4];然后通過生活實例或類似“蠟燭滅火大比拼”的學生活動探究得出滅火的方法和原理。在教學過程中，關注學生探究能力的培養。

值得關注的3個問題：（1）在探究燃燒條件時忽略學生的認知基礎（如圖1所示），比如通過點燃小石塊、煤塊等探究可燃物;（2）創設的小魔術或生活實際等情境中缺乏驅動學生深刻思維的問題，不能驅動學生的有效學習;（3）在探究燃燒條件的活動中，學生主要是評價教材（或教師）的實驗方案，很少真正參與實驗方案的設計，活動中缺乏基于深刻思維的深度學習，對學科方法的理解也比較膚淺。

二、教學目標

1.基于“燒不壞的錢包（簡稱燒包）”小魔術，分析燃燒所需要的條件，體會科學探究中的證據推理。

2.利用“活動磁貼板”探究燃燒條件，認識控制變量是科學探究的一種重要方法，并建構控制變量的思維模型。

3.基于“燒包”小魔術及生活實例，分析滅火方法及原理，繼續體會證據推理，并構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“魔術蠟燭”等情境的分析解釋，學會應用所學知識解決實際問題，提高學科關鍵能力和社會責任感。

三、教學流程

如圖2所示，本節課通過幾個小情境構成的“情境串”，通過驅動性問題形成三個教學板塊，在教學過程中落實學科核心知識，滲透學科核心素養。圖2教學流程

四、教學實錄

1.創設學習情境，提出探究問題

課的開始，教師表演小魔術——燒不壞的錢包（簡稱“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”的結構（如圖4所示），并提出本節課的第1個問題：“燒包”為什么會燃燒呢？據此你認為燃燒需要哪些條件？并說出你判斷的依據。

學生以小組為單位，根據“燒包”的結構，經充分討論后，達成一致意見：“油”在燃燒，說明需要可燃物;“打火石”，說明可燃物需要達到燃燒所需要的溫度，即著火點;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。

教師在學生回答的過程中，將學生得出的結論及時記錄在黑板上（如圖5所示）。

2.設計探究方案，構建控制變量和燃燒條件兩個思維模型

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

科學的結論是需要通過科學的實驗、獲取充足的證據，才能得出來的，于是教師提出本節課的第2個問題：利用所給的儀器和藥品（如圖6所示），設計實驗方案證明你的猜想，并說明你設計實驗方案的思路是什么？（需要說明的是：因為本實驗中白磷有毒，燃燒產物有污染，所以不宜在課堂中進行分組實驗，所以教師采用了磁貼板，學生可以按照自己的思路，任意模擬設計實驗方案，既解決了危險和污染的問題，也給予了學生充分參與探究活動的空間）

問題提出之后，教師首先引導學生交流討論設計實驗方案的基本思路，并構建了如圖7所示的控制變量的思維模型，然后讓學生以小組為單位利用此模型為指導設計實驗方案。

學生分組設計完成后，教師將具有代表性的幾個實驗方案（如圖8甲、乙所示），通過手機同屏技術投到大屏幕上，引導全體同學對實驗方案進行充分評析，通過各小組同學的補充完善、修正錯誤和優化組合，最后得出最佳實驗方案（如圖8丙所示）。

教師根據學生討論得出的最佳方案演示實驗，引導學生觀察實驗現象，并根據實驗現象分析推理得出燃燒必須“同時滿足三個條件，缺一不可”，順勢得出關于燃燒條件的“火三角”思維模型（如圖9所示）。

3.應用“火三角”模型，分析解決“魔棒”為何能在水中燃燒的問題

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

教師點燃“魔棒”，煙花四射。此時，教師問學生假如將煙花棒伸入水中會如何，學生異口同聲回答會熄滅。

教師神秘地說“我沖它吹口氣，給它點魔力啊”，說完，便將“魔棒”伸入盛有水的燒杯中，發現“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）。

教師提出本節課的第3個問題：為什么“魔棒”放入水中能持續燃燒而不熄滅呢？請結合“火三角”模型加以分析解釋。

學生根據燃燒“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到了著火點，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會放出氧氣。

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

4.探究滅火原理，完善“火三角”模型

教師提出本節課的第4個問題：根據熄滅“燒包”和“魔棒”的方法，及日常生活的經驗，分析說明滅火的原理是什么？

學生通過分析，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條件即可達到滅火的目的。

之后，教師又引導學生對“燃燒條件——三者缺一不可”和“滅火原理——三者缺一即可”進行對比，并基于此完善“火三角”模型（如圖11所示）。

5.再次應用“火三角”模型，解釋“可樂”“聲波”是如何滅火的？

教師播放了兩個視頻情境：第一個是用2L的可樂噴滅著火的油鍋（如圖12所示），第二個是用定向聲波滅火（如圖13所示）。基于兩個視頻情境，提出本節課的第5個問題：根據“火三角”模型，分析解釋“可樂”和“聲波”的滅火原理是什么。

學生經小組討論，最后得出：振蕩可樂瓶，噴出的液體中有大量的二氧化碳氣體和水，故其滅火是因為既隔絕了空氣，又降低溫度到了可燃物的著火點以下;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."魔術蠟燭”創設問題情境，將探究學習延伸到課后

課的最后，教師拿出一根看似普通的蠟燭，先點燃蠟燭，對同學說：很高興今天跟大家一起快樂地學習，你們今天的態度、思維過程、語言表達都很出色，說明大家平日里勤于思考，善于交流。現在我點燃了一根蠟燭，大家閉上眼睛許個愿吧。

片刻，教師繼續說：不知道大家許了什么愿，我的愿望是：希望你們再接再厲，在來年的中考中取得優異的成績，下面我們吹蠟燭吧。

教師邊說邊吹滅了蠟燭，結果意外出現了：蠟燭先熄滅了，但轉瞬間又著了（如圖14所示）。

所有學生都驚訝地大叫起來：哎哎，咋回事兒啊？老師再吹一次……

老師響應同學的要求，用力地又吹了一次，結果依然是：蠟燭先熄滅，轉瞬又忽忽悠悠著起來了……

這下子學生真的困惑了，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，距離下課時間還有不到1分鐘了，教師在學生的一片驚叫中……驚訝中……，給學生留下了本節課有待學生進一步思考探索的問題，也是本節課的第6個問題：這個奇怪的魔術蠟燭為什么“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潔的語言（或流程圖）表達出來。

于是，本節課學生在對“燒包”的驚訝中開始，又在對“魔術蠟燭”的驚訝中結束，可是對燃燒和滅火的學習卻自然地被延續到了課下。

五、教學反思

1.知識情境化，情境問題化，促進學生對化學學科價值的認識

本節課由“燒包”“魔棒”“可樂滅火”“聲波滅火”“魔術蠟燭"5個小情境構成了情境串，并基于情境所蘊含的核心知識提出了6個核心問題。從學生在課堂學習活動的表現可以看出，每一個情境都“有趣味”且“有挑戰”。

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

因為“有挑戰”，所以學生學得很投入，課堂中充滿智慧的交流與表達。基于5個情境提出的6個核心問題，每一個都不簡單，都需要學生進行深度的學科思維，才能得出答案，也許得出的還是錯誤的答案。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想到“魔棒燃燒過程中自身會產生氧氣”，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？”……在教師引導下，基于“火三角”模型進行有序、有邏輯的思考后，才得出的正確答案。

2.傳統技術與人工智能相結合，促進深度學習的發生，核心素養的落實

雖然科學技術、人工智能都在不斷發展，智慧課堂也已走進學校課堂，但是具備學生人手一個ipad的智慧課堂條件的學校還沒有普及，甚至還很少。所以，如何能真正實現學生開放性的實驗方案設計，并進行深度交流，便成為了化學探究課堂上的難題。本節課教師利用磁貼板讓學生設計探究燃燒條件的實驗方案，再通過手機同屏技術進行交流展示，將傳統手段與人工智能技術結合起來很好解決了上述難題。

磁貼板可通過網絡購買，價格便宜，制作起來也不復雜，圖16所示是我們工作室團隊制作的“實驗室制取氣體的磁貼板”，磁貼板上的儀器用品均可自由移動、組合成學生所設計的實驗方案，即便沒有手機同屏技術，也可直接拿起來進行交流展示。

以往很多教師在本節課教學中，常常是教師按照圖17所示方案演示實驗，然后提出類似“_和_對比說明燃燒需要_條件”的問題，學生沒有真正參與實驗探究的過程，也不能深刻理解實驗的方案為什么是這樣，還有沒有其他方案？而本節課小小的磁貼板幫助學生實現了課堂中的“真探究”“真創新”，從而發揮了大作用，促進了學生深度學習的發生，自然也促進了學科核心素養的落實。

3.構建思維模型，促進學生隱性思維顯性化，雜亂思維邏輯化

本節課的教學中，教師不僅關注知識的教學，還特別關注學科核心素養在課堂教學的落實，尤其是“控制變量”和“火三角”兩個思維模型的構建，很好地促進了學生對“證據推理與模型認知”這一化學學科核心素養的理解，從而引導學生養成學科思維的習慣。

如在學習過程中，基于“控制變量”的思維模型（如圖7所示），對于探究燃燒條件的實驗方案，學生不再拘泥于教材上的方案，而是在思維模型的指導下設計出了多種開放性實驗方案，如有同學設計了“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住）”方案，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。

教師在引導學生建構思維模型的過程中，幫助學生將頭腦中隱性的、雜亂的思維過程通過簡潔的語言（或圖示）表達出來，從而讓學生體會化學是一門理科學科，學科思維的過程是有序的、有邏輯的。在課的最后，教師將本節課的第6個問題留給學生課下的思考的時候，依然沒有忘記讓學生繼續整理思維過程。由此可見，“不僅關注學生的思維過程，而且關注學生養成邏輯的學科思維過程”是本節課特別值得借鑒的一點。

參考文獻

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

[2]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012：28

[3]陳繼清.《燃燒和滅火》教學設計[J].中小學教學研究，2019（2）：65-72

[4]江軍.基于“建構式生態課堂”的“燃燒與滅火”教學設計片斷[J].北學教與學，2016（4）：75-77

*本文系中國化學會化學教育委員會“十三五”規劃課題“基于核心素養的初中化學優秀案例實踐研究”（編號：HJ2020-0044）階段性研究成果。