基于科學發展歷程的初三化學“燃燒的現象”教學設計

束長劍

摘要：目前的課堂教學更多的依然是重知識而輕學生核心素養培養，其中很重要的原因就是教學中知識生成的過程缺失，很多知識是不由分說強加給學生的。讓學生回歸知識的原點，重演科學發展的歷程，在這個過程中體驗假設、查閱、批判、創新等獲取知識的過程，必然有助于學生核心素養的提升。

關鍵詞：核心素養；燃燒的現象；教學設計

文章編號：1005–6629（2016）5–0050–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

新一輪基礎教育課程改革要求學校教育必須圍繞培育學生“核心素養”而展開。作為學校教育主陣地的課堂教學，在課堂教學中將探索知識的過程展開，使學生獲得這些知識的過程類似于科學家探索未知世界的經歷，對提升學生的核心素養無疑是有益的。有人把核心素養視作基礎教育的DNA[1]，按說基因決定表現型是自然規律，但不知是因為核心素養為隱性基因還是受環境影響過度，雖然新教改的這種呼吁已有時日，然而當下絕大多數課堂教學依舊是以知識為中心而不是獲取知識的素養。

本文將以初三化學中“燃燒的現象”這一單元為例，沿著人類發現燃燒的歷史進程，探索在教學中引導學生體悟知識從未知到已知的發生、發展的全過程，以期達到提升學生核心素養的目的。通過課例的分析探討提升學生核心素養的課堂教學策略。

1 課堂教學的現狀分析

1.1 一個典型教學片段

初三各版本化學教材對物質研究的開篇都是空氣，課堂教學中對空氣成分的探究也幾乎成了“定式”，即通常按下列流程展開：

[課堂實驗]將一個鐘罩放置在裝有水的水槽中。點燃燃燒匙內的紅磷后，伸入鐘罩內并塞緊瓶塞。紅磷完全燃燒后冷卻，觀察鐘罩內水面的變化。

[組織討論]為什么冷卻后鐘罩內的水面上升了約1/5？

[形成結論]紅磷與空氣中的氧氣反應，生成了一種叫五氧化二磷的物質。氧氣約占空氣體積的1/5。

課堂教學的重點也毫無疑問地總是在實驗操作、現象的描述、紅磷與氧氣反應的文字表達式以及空氣中氧氣約占1/5上，教師強調最多的，課堂練習上以及各式各樣的同步練習、課后作業中強化訓練的也一樣是這些知識點。自從初三年級開設化學課以來，這段內容的教學模式和練習的要點一直沒有變，幾乎沒有人對這段教學過程的合理性產生過懷疑。

1.2 對上述教學片斷的拷問

如果從知識傳授的角度，上述課堂教學的過程的確無可挑剔，然而若從提升學生核心素養的角度，卻又另當別論了：這里強加給學生的內容太多了，教學過程中邏輯也并不嚴謹[2]。

最為直接的一個問題是學生是被動地去思考、關注空氣成分的，還是通過教育而養成的觀察、思考生活中的現象的習慣？如果是后者，那應該說我們的教學已經取得了了不起的成績。當然問題還有很多：

（1）怎么想到用這個裝置來檢驗空氣成分的？

（2）為什么這個裝置就能檢驗空氣的成分？

（3）水進入鐘罩中為什么就能說明空氣消耗了？

（4）為什么水上升約1/5就說明空氣減少了約1/5？

（5）為什么說紅磷燃燒就是與空氣反應了？

（6）為什么說燃燒的產物就是五氧化二磷？

（7）燃燒不是還產生火焰，產生熱嗎？火焰、熱又是什么？

（8）結論的得出是否有點草率？還有沒有其他的證據？……

這些問題才是研究的核心，才是學生頭腦中懷疑而不能說出的問題，然而課堂上就這樣不由分說地部分省略，部分地強加給了學生。有些強加得還毫無道理，比如五氧化二磷這個名詞，在學生根本還沒有化學知識積累的時候，說出這樣的名詞是沒有根據和不負責任的。

1.3 對課堂教學中提升學生核心素養策略的思考

上述實驗其實對于一個剛接觸化學學科的學生來說是極其深奧的?？諝獾慕M成、燃燒現象的本質這兩個問題相互交錯、盤根錯節，困擾了人們多少個世紀。而這個教學片斷僅用了不長時間便將人類那么多年的研究成果一股腦地拋了出來，可以想象這里面壓抑了學生多少的思考和想象的空間！當然這也不全是教師課堂設計的問題，還有教材編寫的問題，知識容量實在太大了，“貪多令人無法嚼爛”——因此課堂教學中只能讓知識像雪花一般毫無顧忌地瘋狂飄灑，哪有機會去探討雪花是怎么形成的？又是怎么飛來的？于是想要學生掌握的很多知識是沒有根的，是碎片化的知識。

核心素養的培養關注的是知識的獲取能力和素養，這就需要讓學生能夠體悟、感受、參與到知識從無到有的生長過程，這個過程的缺失也就注定了學生核心素養培養的缺失。因此筆者以為雖說提升學生核心素養的策略難以計數，但引導學生回歸到人類認識這些知識的原點，循著科學發展的足跡，順應著認識知識自然發展的特點[3]，讓學生自由思考，自由探索，并引導他們逐漸深入，對提升學生的核心素養尤為必要。

2 基于核心素養的“燃燒的現象”的課堂教學設計思路

對于燃燒的現象，人類有史以來一直頗感神秘，對它充滿了迷惑，甚至崇拜。早期一些智慧的哲人總試圖解釋這種現象，但直到1777年拉瓦錫才算徹底解開這個謎。在進行這段內容的教學設計時，務必讓學生拋開那些通過“穿越”得到的偽化學知識，回歸到化學知識近乎于零的狀態，引導學生用最原始的眼睛來觀察這種現象，并引導他們思考本質、提出觀點、查找資料、應用資料、合作交流、接受批判等學習活動，從而提升他們獲取知識的能力。

2.1 直觀體驗，引導學生觀察自然現象的意識

對于燃燒的現象學生并不陌生，但是如何使學生由司空見慣變得驚訝、變得關注，這是需要教師引導的。因此課堂上不能僅僅只是讓學生去回憶這些現象，而應該提供給學生更為豐富的直觀形象，讓他們感受到自己日常生活中未曾關注的事實，這樣才能為進一步的研究打下基礎。不妨讓學生完成如下實驗。

[實驗1]點燃紙張，觀察現象。

[實驗2]點燃燒杯中的一根小的蠟燭，蓋上玻璃片觀察現象。

[實驗3]點燃紙張和艾絨條，比較兩者現象。

[實驗4]用酒精燈加熱一塊石頭，觀察現象。

[實驗5]用電子感應秤在燒杯中稱取一張紙片的質量，讀取數據并記錄。就在燒杯中點燃這張紙片，燃燒后再讀取數據并記錄。比較這兩個數據大小。

[實驗6]用電子感應秤隨意稱取銅片的質量，讀取數據并記錄。然后將銅片用鑷子或坩堝鉗在酒精燈上灼燒至變黑。冷卻后再稱取其質量，并記錄。比較這兩個數據大小。（最好用鎂，考慮到安全性，權且用銅替代了。）

在實驗的過程中，注意指導學生記錄所看到的現象，借以培養學生嚴謹求實的良好習慣。注意過程中的指導和安全。

2.2 零點處設問，引導學生對常見現象的哲思

上面的幾個實驗，實驗1和實驗2是學生常見的現象，但是在化學課堂上去完成，本身就為學生營造了研究的氣氛，因此也就產生了與往常不一樣的觀察效果。實驗3的對比，感受燃燒的劇烈程度是有差別的；實驗4主要是讓學生感受到不是任何物質都能夠燃燒的；實驗5讓學生感受實驗中的質量變化。

[問題1]紙張燃燒有哪些現象呢？火焰是什么？灰燼是什么？

[問題2]燒杯中燃著的蠟燭，蓋上玻璃片，為什么會熄滅？

[問題3]為什么燃燒需要空氣？

[問題4]為什么紙張燃燒比艾絨條劇烈？

[問題5]為什么石頭不能燃燒？

[問題6]為什么紙張燃燒后質量會減輕？

[問題7]為什么銅絲灼燒后會變黑？為什么質量還增加了？

上述的這些問題，并不是每個問題都那么好回答的，有的甚至根本無法回答，這些問題主要是讓學生感受到生活中處處皆學問，并且為后面的討論埋下伏筆。在學生沒有任何與之相關的化學基礎知識的時候，來討論這些問題，讓學生回歸到了人類探索這些現象的原點，必然也能引起學生與當初人類探索燃燒現象時一樣的思考。而從日常生活的現象中找出學生認知的空白，也一定能激起學生積極的探討研究。

2.3 資料查閱，感受和應用前人的思考過程

學生在很小的時候，就一定已經對燃燒產生了好奇。不過如果孩子頭腦中已經有了燃燒時由于這些可燃物與空氣中的氧氣發生了反應這樣的概念（無論是通過預習或是搜索網絡資料得到的）時，就會失去對現象思考的機會，那種觀察日常生活中的現象、思考背后科學本質的基本素養也就難以得到鍛煉。因此，課堂教學中必須把握好人類歷史上研究該現象的節奏和時間節點，資料的提供不能超前，讓學生的認識與歷史的相應時期的認識，步調一致。

[資料1] 17世紀的科學家對燃燒現象很是著迷。當他們看到物質燃燒后的灰燼不復先前的光鮮，與人或者動物失去生命的情形非常相像。當時的人們認為生命失去的過程就是失去靈魂的過程。于是聯想是否燃燒也是物質失去某種與靈魂一樣的物質的過程？于是把這種假想的物質稱為燃素并提出了燃素說。燃素說曾經風靡一時。這種觀點認為，燃燒是一種分解的過程，物質燃燒時會釋放出燃素。燃素學說認為火是由無數細小而活潑的微粒構成的物質實體。這種火的微粒既能同其他物質結合，也能單獨存在。大量火微粒聚集在一起就形成明顯的火焰，它彌散于大氣之中便給人以熱的感覺，由這種火微粒構成的火的元素就是“燃素”。物體失去燃素，變成死的灰燼，灰燼獲得燃素，物體又會復活。

[資料2]物質在加熱時，燃素并不能自動分解出來。而須外加空氣將其中的燃素吸取出來，燃燒才能實現；上好的空氣是具有吸收燃素的性質的。腐蝕劑奪取了金屬中的燃素，金屬就被腐蝕；煅燒金屬，金屬失去尊貴的光芒而變成渣滓——當賦予它們以燃素，它們又變得不可一世。物體中含燃素越多，燃燒起來就越旺；含的燃素少，燃燒起來就弱。上好的空氣是具有吸收燃素的性質的，因此物體必須在空氣中才能燃燒；各種實體都是由物體所共有的基本物質（元素）和該物體所特有的“靈氣”所構成，并可以用火煉的方法使其分離。當實體被加熱時，“靈氣”便從實體中逸出。有的科學家認為燃素和“靈氣”一樣與地心是相排斥的具有負重量（即所謂“輕量”），因此金屬失去燃素時，重量反而增加了。有人說，金屬失去燃素，好比活著的人失去了靈魂，因此就象死體比活著的時候要重那樣，“死”的灰渣自然就比活的金屬重。

[資料3]燃素說認為，燃素在燃燒過程中從可燃物中飛散出來，與空氣結合，從而發光發熱，這就是火；油脂、蠟等都是極富燃素的物質，所以它們燃燒起來非常猛烈；而石頭、木灰、黃金等都不含燃素，所以不能燃燒。

查閱文獻資料，是學生化學學習很重要的素養。在學生無法解決前面的部分問題時，查閱別人的研究成果顯得很必要。燃素說應該是人們對燃燒現象的研究繞不開的環節，因為這是人們最為直觀的想象，符合人的思維規律。通過理解運用和最終否定它的過程，讓學生感受思維發展的過程和科學發展的艱難，并產生對自己獲取知識的過程進行反思的意識。課堂中不妨指導學生認真閱讀這些資料，并說明燃素說中的主要觀點。

2.4 觀點運用，提升閱讀和資料的應用能力

研究任何現象或問題，總不能坐井觀天，閉門造車，而應該廣泛涉獵，分析整理并理解應用，然后才能使自己的觀點更為深刻。因此利用信息或資料來解決實際問題，是學生很重要的一種素養。在學生閱讀了上述燃素說的一些資料以后，課堂上可以指導學生利用燃素說的觀點，對上述問題進行再思考。如果說一開始的思考是個人獨立的冥想，是不帶有任何偏見的個人的見解，那么現在的回答就摻雜了前人的思考。通過指導，學生就可能會對幾個疑難的問題作出如下的回答。

根據燃素說，可燃物之所以能燃燒是因為其中含有燃素，燃燒的過程是失去燃素的過程，一旦失去燃素，就會成為灰燼。物質加熱時，燃素不能自動地跑出來，空氣可以幫助將其中的燃素吸出來，因此隔絕了空氣，蠟燭就會熄滅了。紙張中含的燃素成分比艾絨條多，因而燃燒更為劇烈。石頭中不含有燃素，因而不能燃燒。對于紙張來說，燃素完全脫去了，因而質量減輕了。但金屬中的燃素具有負重量，因此金屬脫去燃素后反而變重。

上述這些回答是基于對資料的充分理解基礎上的回答，通過這些回答，學生處理應用資料的能力必然會得到提升。

2.5 評價質疑，培養學生批判思維

人類對某種現象的研究，有的可能需要經歷漫長的歷史。在這過程中，會出現種種理論和學說。其中有很多學說風行一時，但終于慢慢地被時間的大潮所淹沒。然而為什么它能出現并風行一時，是因為盡管它不完善甚至是謬誤的，但仍然蘊含著人類智慧的光芒，在一定條件下它也會表現得較為合理。只不過當新的情況出現，這些學說無法自圓其說時，人們才會發現它的不足，從而提出新的學說取而代之。

批判思維是創新精神的重要表現形式。課堂上引導學生對這些學說進行恰當的評價，將有助于提升這方面的素養。通過恰當的引導，可以讓學生得出下面的評價結果：

燃素說解釋不少問題很符合日常生活中的現象，直觀而明顯。但在解釋金屬燃燒的問題上是非常牽強的：有的燃素具有負重量，當金屬燃燒失去這些燃素的時候，重量反而會增大。由此看來，燃素說并不能對燃燒現象作完善的解釋，燃燒的本質還需要進一步探索。

上面的這一段評價，將有助于學生對燃素說的缺陷有深刻的認識，為探索新的燃燒學說蓄勢。

2.6 推陳出新，對燃燒現象的再研究

通過上述對燃素說的評價，學生急切地要尋找新的研究成果和證據來完善上述解釋。于是關于其他科學家的研究資料就可以順理成章地登場了。

[資料4] 1774年，普里斯特利開始研究某些物質在凸透鏡聚光產生的高溫下放出的各種氣體。他研究的物質中有“汞灰”亦稱水銀燒渣。普里斯特利將陽光聚集在“汞灰”上。很快就發現“汞灰”被分解了，放出一種氣體。他把這種氣體收集起來，然后研究其性質。發現蠟燭會在這種空氣中燃燒，火焰非常明亮。普里斯特利認為，空氣乃是單一的氣體，助燃能力之所以不同僅因為燃素含量的不同。他認為他所得的這種氣體是一種“脫燃素空氣”，故而吸收燃素的能力很強，助燃能力也就格外大。另外他還發現老鼠在這種氣體中生活正常，且比在等體積的普通空氣中活的時間長了約4倍；他還親自嘗試了一下，感覺這種空氣使人呼吸輕快、舒暢。他對實驗的全過程做了詳細的描述。

[資料5] 1774之前，拉瓦錫用鉛和錫做了著名的金屬煅燒實驗，他首先將實驗用的鉛和錫進行精確稱量，將它們放入曲頸甑中；將曲頸甑封閉后再準確稱量鉛、錫與曲頸甑的總重量。準備就緒后，進行加熱，直到鉛、錫變為灰燼。再稱量總重，與試驗前一樣，質量沒有發生變化。之后，當他把瓶子打開時發現空氣沖了進去，這時再對瓶及煅灰進行稱量，發現總重量增加了。另外，他發現金屬在煅燒后重量也增加了，所增重量恰恰是等于空氣沖進瓶后總增量。因此，拉瓦錫斷定，金屬所增加的重量，既不是來自水中，也不是來自瓶外任何物質，只能是金屬結合了瓶中部分空氣的結果。在這種鮮明的事實面前，拉瓦錫對燃素說產生了極大的懷疑。

[資料6] 1777年普里斯特利會見了拉瓦錫，告訴了拉瓦錫制得他認為的“脫去燃素的空氣”的方法。拉瓦錫重復了普里斯特利的實驗，果然從汞煅灰中分解出了比普通空氣更加助燃、助呼吸的氣體，拉瓦錫將這種氣體正式命名為氧。

[資料7]拉瓦錫根據自己的研究并受到普里斯特利等氣體科學家研究過程的啟發，否定了燃素說的結論，認為可燃物質燃燒或金屬變成煅灰，不是燃素和其他物質分解的過程，而應該是可燃物質與氧氣結合的過程。至于紙張燃燒留下來的灰燼，那也是在燃燒中其中的物質與氧氣結合留下的物質。拉瓦錫于1777年提出了科學的燃燒學說-氧化學說并得到了世界的公認。

學生閱讀研究了這些資料以后，引導學生從上述資料中總結出如下觀念：空氣不是單一的純凈物，而是有多種氣體混合而成，其中的氧氣可以支持燃燒。燃燒是可燃物與空氣中氧結合的結果。

在得到上述結論以后，在引導學生對前面的7個問題進行進一步的反思。最后，再對拉瓦錫的氧化學說進行評價：成功解決了蠟燭為什么隔絕空氣不能燃燒的問題，并非常好地說明了紙張、銅絲燃燒或加熱后質量變化的原因。拉瓦錫的學說比燃素說前進了一大步。但依然不能解決這個問題：火焰是什么？紙張留下的灰燼到底是什么？為什么紙張的燃燒比艾絨條劇烈？石頭為什么不能燃燒等問題。

上述教學過程，學生對燃燒的現象先通過自己的觀察進行思考，再通過與學生認知水平相當的相關資料的閱讀，提出相關的解釋，并對這個解釋進行評價，指出其中的不足，然后再通過新的研究資料學習，提出新的更為科學的解釋，再次對新的解釋做出評價。從而對燃燒的現象產生了更為科學的認識。

其實，在這樣的教學設計中，對燃燒現象的本質認識還是次要的，更重要的是學生觀察生活中的現象并進行思考的意識得到了加強；學生查閱、分析資料、相互討論、運用信息的能力得到了鍛煉；批判意識、評價能力到了訓練，并能體會到自己認識問題的思維的發展過程，而且在學習中注意保持心靈開放：沒有任何一種學說是完美無瑕的，只是更為進步、更為合理一些而已，從而始終保持一顆嚴謹、謹慎的求真之心。

生物學中有一個定律叫做重演律：個體的發展史，是系統發展史簡單而迅速的重演。其實學生認識事物的過程何嘗不應如此，即需要重演人類認識某事物的全部過程？事實上就有研究表明：以化學發展歷程為線索的教學設計是進行方法教育的有效途徑[4]。如果我們將人類認識某種現象的歷史劃成一個時間軸，分析學生知識水平正處于這個時間軸的某個點，再研究這個點之前人類所作的各種努力，巧妙地設計到課堂教學中，一定能激起學生學習的樂趣，學生的獲取知識的能力和素養也必然會在此過程中得到很好的鍛煉和提升。

參考文獻：

[1]鐘啟泉.核心素養的“核心”在哪里[J].中國教育報，2015，（4）：1.

[2]歷晶，鄭長龍.如何優化課堂教學邏輯[J].化學教學，2015，（10）：6～10.

[3]吳俊明.自主學習的現實意義及其背景[J].化學教學，2014，（8）：3～6.

[4]艾水高.以化學發展歷程為線索的教學設計[J].化學教學，2004，（9）：44～47.