核心素養(yǎng)下基于真實(shí)情境的主題教學(xué)實(shí)踐與思考*
——以“打火機(jī)中的化學(xué)”為例

張 軍 吳永才

（1.無錫市東北塘中學(xué) 江蘇 無錫 214191；2.無錫市教育科學(xué)研究院 江蘇 無錫 214100）

新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)開展核心素養(yǎng)導(dǎo)向的化學(xué)教學(xué)，素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境下圍繞開放性任務(wù)或驅(qū)動(dòng)性問題進(jìn)行，而解決現(xiàn)實(shí)生活中復(fù)雜又陌生的問題是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，在解決真實(shí)問題的過程中體現(xiàn)了知識(shí)、技能、思維、能力的整合與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“解決復(fù)雜問題和適應(yīng)不可預(yù)測(cè)情境”等高階能力的不斷提升，從而滿足“適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展”的需要［1］。

主題教學(xué)是指課堂教學(xué)以項(xiàng)目探究形式或問題解決形式統(tǒng)整書本知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)和社會(huì)中的學(xué)科問題，以教學(xué)主題為樞紐，在系統(tǒng)內(nèi)諸要素之間彼此聯(lián)系、相互作用與協(xié)調(diào)運(yùn)行中，達(dá)成學(xué)習(xí)主體心理結(jié)構(gòu)的完善與自我實(shí)現(xiàn)的整體性教學(xué)［2］。合適的主題可以幫助學(xué)生建立知識(shí)之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，激發(fā)學(xué)習(xí)者的多種感官，使學(xué)習(xí)者能夠從多角度、多維度出發(fā)，加深理解知識(shí)和接受知識(shí)的程度，使得大腦中的“知識(shí)圖譜”更加豐富和牢固，否則碎片化的知識(shí)是不構(gòu)成能力的。經(jīng)常使用這種教學(xué)方法，學(xué)生會(huì)更善于運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解釋生活中的現(xiàn)象和解決生活中的問題，對(duì)生活和科學(xué)有更積極的態(tài)度，更全面地提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。現(xiàn)以“打火機(jī)中的化學(xué)”為例談?wù)労诵乃仞B(yǎng)導(dǎo)向的主題教學(xué)實(shí)踐與思考。

一、教材主題內(nèi)容和教學(xué)現(xiàn)狀分析

“燃燒與滅火”是九年級(jí)化學(xué)（人教版）上冊(cè)第七單元課題1的教學(xué)內(nèi)容，在《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中，將這一學(xué)習(xí)內(nèi)容歸于“物質(zhì)的化學(xué)變化”學(xué)習(xí)主題下，對(duì)該主題內(nèi)容的要求是“通過實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)燃燒的條件，理解燃燒與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”［3］。此前，教材中已經(jīng)出現(xiàn)了一些常見物質(zhì)的燃燒反應(yīng)，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)本課題內(nèi)容也為下一節(jié)“化學(xué)反應(yīng)中能量的變化”的學(xué)習(xí)作鋪墊，本課題的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生建構(gòu)“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”的大概念，體會(huì)合理利用反應(yīng)的重要意義。

通過此前的學(xué)習(xí)，學(xué)生能從物質(zhì)的變化、反應(yīng)現(xiàn)象、反應(yīng)類型等角度認(rèn)識(shí)燃燒，但不能從化學(xué)反應(yīng)的角度認(rèn)識(shí)燃燒的條件和滅火的原理，學(xué)生普遍認(rèn)為有水存在不能燃燒，但不知原因；認(rèn)為燃燒都需要“點(diǎn)燃”，但不理解“點(diǎn)燃”的本質(zhì)，不認(rèn)為“加熱或靜電也能使燃燒發(fā)生”。對(duì)目前已有的關(guān)于“燃燒與滅火”的教學(xué)設(shè)計(jì)［4-7］研究發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)都注意依據(jù)探究實(shí)驗(yàn)得出燃燒的條件，教學(xué)重心側(cè)重于防火和滅火的安全知識(shí)普及教育。雖也有基于燃燒條件的模型建構(gòu)，但對(duì)模型的修正體現(xiàn)不足，比如：燃燒需要一定濃度的氧氣的認(rèn)識(shí)，還有對(duì)燃燒的條件不一定需要點(diǎn)燃等認(rèn)知缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，對(duì)構(gòu)建“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”的大概念缺少必要的活動(dòng)引導(dǎo)。

二、教學(xué)思想與創(chuàng)新點(diǎn)

情境素材是教師、學(xué)生以及教學(xué)活動(dòng)之間的載體，選擇具有科學(xué)性、適切性、真實(shí)性的情境素材，能讓學(xué)生在情境驅(qū)動(dòng)下體驗(yàn)化學(xué)知識(shí)的價(jià)值，感悟化學(xué)知識(shí)中蘊(yùn)含的學(xué)科思想和方法［8］。本課例以“打火機(jī)中的化學(xué)”為主題情境，設(shè)計(jì)了“打火機(jī)的原理”“打火機(jī)的使用”“打火機(jī)的存放”三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。巧妙地將燃燒與滅火的教學(xué)內(nèi)容圍繞打火機(jī)展開，并通過情境不斷地設(shè)置認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生反思、修正并形成完善的燃燒與滅火的認(rèn)知模型。通過測(cè)氧儀測(cè)定蠟燭燃燒后容器內(nèi)氧氣的含量，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到燃燒需要一定濃度的氧氣。通過靜電引燃打火機(jī)的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到燃燒的條件不一定是點(diǎn)燃，從而理解“點(diǎn)燃”的本質(zhì)。通過探究如何使打火機(jī)燃燒更旺及不同打火機(jī)的熄滅方式，讓學(xué)生能應(yīng)用燃燒模型來控制燃燒反應(yīng)，培養(yǎng)了學(xué)生證據(jù)推理和模型認(rèn)知能力。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程把“打火機(jī)”作為情境主線，環(huán)環(huán)相扣，以問題為驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生在項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)活動(dòng)中建構(gòu)起“物質(zhì)變化與轉(zhuǎn)化”的大概念，有助于學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

三、教學(xué)目標(biāo)

①通過對(duì)打火機(jī)打不著火的情境分析及燃燒條件的系列探究實(shí)驗(yàn)，推理得出燃燒的條件，學(xué)會(huì)通過控制變量來進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)的思維方法，并對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)和改進(jìn)，提高創(chuàng)新意識(shí)和證據(jù)推理能力。

②通過設(shè)置使火焰更旺及熄滅火焰的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，理解燃燒的實(shí)質(zhì)和規(guī)律，建立燃燒的條件與滅火之間認(rèn)知模型，建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)需要條件及化學(xué)反應(yīng)可以調(diào)控的大概念。

③通過數(shù)字化技術(shù)測(cè)量燃燒后氧氣含量的實(shí)驗(yàn)，制造認(rèn)知沖突，修正完善對(duì)燃燒的認(rèn)知模型。

④通過討論日常生活的防火及逃生方法，形成正確防火、滅火、用火的安全觀及珍視生命的意識(shí)，體會(huì)可以利用規(guī)律避開災(zāi)害，造福人類，從而弘揚(yáng)正確的學(xué)科價(jià)值，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

四、教學(xué)流程

如圖1所示。

圖1 教學(xué)流程

五、教學(xué)實(shí)錄

1.環(huán)節(jié)一：打火機(jī)的原理——生火有“道”

［活動(dòng)］學(xué)生體驗(yàn)打火機(jī)的使用。

［導(dǎo)入］關(guān)于打火機(jī)，你們有哪些想探究的問題？

［生］（1）我想知道打火機(jī)里面的燃料是什么？

（2）我想了解打火機(jī)是如何產(chǎn)生火的？

（3）為什么有時(shí)打火機(jī)打不著火？

……

［過渡］這節(jié)課我們一起對(duì)你們提出的問題進(jìn)行一些探究，科學(xué)地認(rèn)識(shí)燃燒。［問題1］什么是燃燒？

［引導(dǎo)思考］回憶一下我們學(xué)過哪些燃燒反應(yīng)？這些反應(yīng)有哪些共同點(diǎn)？

［學(xué)生回憶］

（1）都是可燃物與氧氣的反應(yīng)。

（2）反應(yīng)條件都需要點(diǎn)燃。

（3）都有發(fā)光、放熱的現(xiàn)象。

（4）反應(yīng)都比較劇烈。

（5）都屬于氧化反應(yīng)。

［歸納］燃燒的概念：燃燒是可燃物與氧氣發(fā)生的一種發(fā)光、放熱的劇烈的氧化反應(yīng)。

［問題2］燃燒需要哪些條件？

［活動(dòng)］探究幾種不同打火機(jī)打不著火的原因。

［生1］一種打火機(jī)打不著火是因?yàn)榇蚧饳C(jī)里沒有燃料了。

［生2］還有一種打火機(jī)是因?yàn)榇虿怀鲭娀鸹ā?/p>

［設(shè)問］打火機(jī)里沒有燃料打不著火說明燃燒需要什么條件呢？

［生3］說明燃燒需要可燃物。

［激疑］那因?yàn)榇虿怀鲭娀鸹ǘ虿恢鸬谋举|(zhì)原因是什么呢？聯(lián)想一下古人鉆木取火進(jìn)行思考。

［生4］鉆木取火應(yīng)該是摩擦生熱，使物體的溫度升高。

［講述］這位同學(xué)分析得很有道理，其實(shí)打火機(jī)中有一個(gè)壓電陶瓷，按壓后能產(chǎn)生電火花，其溫度能達(dá)到3 000 ℃。

［追問］那使溫度升高的方式還有哪些呢？

［實(shí)驗(yàn)］利用靜電儀產(chǎn)生靜電點(diǎn)燃打火機(jī)。

［生5］使溫度升高的方式有：加熱、摩擦、電火花、靜電……

［總結(jié)］燃燒不一定需要明火，點(diǎn)燃的本質(zhì)就是使物體溫度升高達(dá)到它燃燒需要的最低溫度。

［演示實(shí)驗(yàn)］取白磷于80 ℃水中（資料展示：白磷的著火點(diǎn)為40 ℃）。

［學(xué)生觀察］白磷未燃燒。

［提問］根據(jù)熱水中的白磷沒有燃燒的現(xiàn)象，試分析燃燒還需要什么條件。

［生6］水中沒有氧氣，說明燃燒還需要氧氣。

［繼續(xù)實(shí)驗(yàn)］向熱水中通入氧氣，學(xué)生觀察到熱水中白磷燃燒了。

［追問］剛才我們分析燃燒需要“可燃物”“溫度達(dá)到著火點(diǎn)”“氧氣”，這些需要同時(shí)滿足，還是只要滿足其中一個(gè)就可以呢？

［猜想］都要滿足。

［活動(dòng)］請(qǐng)大家利用老師提供的儀器和藥品設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證你們的猜想，并借助評(píng)價(jià)表（見表1）對(duì)組內(nèi)同學(xué)提出的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和推薦。

表1 燃燒條件探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)表

儀器與藥品：紅磷、白磷、80 ℃熱水、燒杯、試管、橡皮塞、導(dǎo)管、氣球等。

［展示討論］學(xué)生小組合作設(shè)計(jì)方案，并互評(píng)、展示、討論、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案（見圖2、3）。

圖2

［實(shí)驗(yàn)］經(jīng)討論選擇圖3方案進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

圖3

［分析歸納］燃燒需要“可燃物”“溫度達(dá)到著火點(diǎn)”“氧氣”三者同時(shí)具備，得出燃燒條件模型（如圖4）。

2.環(huán)節(jié)二：打火機(jī)的使用——控火有“術(shù)”

［問題3］如何使燃燒更旺？

［活動(dòng)］探討使打火機(jī)燒得更旺的方法。

［生1］可以調(diào)節(jié)閥門使火焰更旺。

［講解］調(diào)節(jié)閥其實(shí)是控制燃?xì)獾某鰵饬浚f明增加可燃物的量可以使燃燒更旺。

［提問］回憶前面學(xué)過的燃燒反應(yīng)，思考還有哪些方法可以使燃燒更旺？

［生2］木炭在氧氣中比在空氣中燃燒更旺，說明增加氧氣的濃度可以使燃燒更旺。

［過渡］這位同學(xué)分析正確，下面老師進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)，觀察并思考。

［實(shí)驗(yàn)］向點(diǎn)燃的蠟燭火焰上拋撒鐵粉（如圖5）。

圖5 鐵粉在空氣中燃燒

［追問］觀察到鐵粉在空氣中燃燒了，而鐵絲在空氣中不能燃燒，又說明了什么呢？

［生3］鐵粉與空氣的接觸面積比鐵絲更大，說明增大與空氣的接觸面積可以使燃燒更旺。

［歸納］通過剛才的思考分析，我們可以得出使燃燒更旺的三種途徑：（1）增加可燃物的量；（2）增加氧氣的濃度；（3）增大可燃物與空氣（氧氣）的接觸面積。

［問題4］如何使燃燒熄滅？

［活動(dòng)］研究不同種類打火機(jī)熄滅方法及原理。

［生1］一次性打火機(jī)松開按鈕火焰就熄滅了，是因?yàn)樗砷_按鈕后燃?xì)獬霾粊恚瑳]有可燃物。

［生2］可以吹滅打火機(jī)火焰，是把溫度降低到了著火點(diǎn)以下。

［生3］煤油打火機(jī)合上蓋子可以熄滅火焰，是隔絕了空氣。

［提問］能否總結(jié)出滅火原理與燃燒條件之間的關(guān)系？

［生4］滅火其實(shí)只要破壞燃燒的條件之一即可。

［總結(jié)］說得很好，我們通過改變?nèi)紵钠渲幸粋€(gè)條件可以使燃燒更旺，也可以通過改變其中一個(gè)條件使火焰熄滅，從而對(duì)燃燒反應(yīng)進(jìn)行控制。

［活動(dòng)］根據(jù)滅火原理，設(shè)計(jì)相應(yīng)的方法熄滅蠟燭。將熄滅的方法填寫到表格中（表2）。（提供的物品有：水、鹽酸、碳酸鈉、燒杯、剪刀、濕布）

表2 根據(jù)滅火原理設(shè)計(jì)相應(yīng)的熄滅方法

［激疑］剛才用燒杯罩后蠟燭熄滅，燒杯內(nèi)的氧氣完全耗盡了嗎？

［實(shí)驗(yàn)］用數(shù)字化測(cè)氧儀測(cè)定密閉容器內(nèi)蠟燭燃燒熄滅后氧氣含量（如圖6）。

圖6 氧氣濃度的數(shù)字化測(cè)量裝置

［學(xué)生描述現(xiàn)象］蠟燭熄滅后裝置內(nèi)氧氣濃度降低，但氧氣濃度沒有降低到零。

［反問］那我們對(duì)剛才的燃燒條件模型是否需要修正？

［生5］需要修正，應(yīng)該是燃燒需要一定濃度的氧氣更準(zhǔn)確。

［展示］修正后的模型（如圖7）。

3.環(huán)節(jié)三：打火機(jī)的存放——防火有“法”

［問題5］如何預(yù)防火災(zāi)？

［展示］打火機(jī)及其燃料的使用說明：

（1）打火機(jī)屬于易燃易爆物品，請(qǐng)勿放于近火、暴曬的地方，存放的溫度不能超過50 ℃。

（2）打火機(jī)燃料應(yīng)遠(yuǎn)離火源、火花、明火熱表面。加油時(shí)禁止吸煙。

［提問］易燃易爆物保存時(shí)要注意些什么？

［生1］杜絕明火和高溫。

［追問］生活中還有哪些預(yù)防火災(zāi)的例子？

［生2］學(xué)校樓道里有滅火器、消防栓等。

［播放視頻］觀看有關(guān)滅火和逃生的視頻。

［活動(dòng)］請(qǐng)對(duì)照“燃燒條件”的模型，嘗試分析滅火和逃生中一些注意事項(xiàng)背后的原因。

五、教學(xué)反思

核心素養(yǎng)導(dǎo)向的主題教學(xué)是追求“真、善、美”的，在主題教學(xué)過程中關(guān)于素材選擇、活動(dòng)開展、觀念建構(gòu)等方面有以下幾點(diǎn)思考。

1.素材真，有情境之美

真實(shí)情境是開展素養(yǎng)導(dǎo)向教學(xué)的重要載體，真實(shí)情境貼近學(xué)生的生活實(shí)際，能讓學(xué)生感受到化學(xué)與社會(huì)生活、人類生產(chǎn)、自然生態(tài)的密切聯(lián)系，從而能感受到所研究化學(xué)問題的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)意義，同時(shí)感受到化學(xué)之美好，進(jìn)而激發(fā)了進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的欲望。本節(jié)課選取學(xué)生熟悉的“打火機(jī)”為主題情境展開教學(xué)，研究了打火機(jī)的原理、使用、保存等問題，把燃燒與滅火的知識(shí)、原理、方法等融入到主題情境之中，在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進(jìn)一步體現(xiàn)了真實(shí)的情景素材在素養(yǎng)導(dǎo)向的主題教學(xué)中的重要作用。

2.活動(dòng)實(shí)，有探究之美

本節(jié)課圍繞“打火機(jī)”主題，從打火機(jī)的原理、使用和保存三個(gè)方面開展了一系列有意義且多樣化的探究活動(dòng)，增強(qiáng)了教學(xué)活力。本節(jié)課設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)有實(shí)驗(yàn)、有設(shè)計(jì)、有交流、有討論。比如：讓學(xué)生設(shè)計(jì)探究燃燒條件的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)會(huì)控制變量的思維，同時(shí)利用評(píng)價(jià)表對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行自評(píng)、互評(píng)，實(shí)現(xiàn)了“教、學(xué)、評(píng)”一體化。通過電火花點(diǎn)火的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生明白“點(diǎn)燃”的本質(zhì)，糾正了“燃燒需要明火”的認(rèn)知偏差。探究性的活動(dòng)激活了學(xué)生的思維、激發(fā)了學(xué)生的興趣、誘發(fā)了學(xué)生探究欲望，學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中始終保持心情愉悅且思維興奮的狀態(tài)，讓學(xué)生在做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)。

3.建構(gòu)活，有邏輯之美

從知識(shí)解析走向素養(yǎng)為本，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究的過程中實(shí)現(xiàn)自主建構(gòu)，在實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)或重構(gòu)［9］。本節(jié)課注重大概念的建構(gòu)，首先從化學(xué)反應(yīng)的角度來理解燃燒，通過使燃燒更旺和使火焰熄滅的活動(dòng)探究，建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)是需要條件的且可以進(jìn)行控制的大概念。另外注重認(rèn)知模型的建構(gòu)，通過實(shí)驗(yàn)初步建構(gòu)燃燒條件的模型，依據(jù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行修改，然后再利用完善后的燃燒條件模型運(yùn)用于防火與滅火。模型建構(gòu)的過程就是學(xué)生對(duì)所學(xué)化學(xué)概念進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的思維過程，模型建構(gòu)能深化學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的核心素養(yǎng)培育有重要的促進(jìn)作用。

教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，學(xué)生對(duì)模型應(yīng)用的能力偏弱，在依據(jù)滅火原理尋找對(duì)應(yīng)的熄滅蠟燭方法時(shí)例舉不夠全面、方法和原理的匹配度不夠準(zhǔn)確。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是簡(jiǎn)單的一堂課就能達(dá)到目的，需要在平時(shí)的教學(xué)中不斷滲透、積累，從而逐步提高學(xué)生核心素養(yǎng)。