基于觀念建構的“學生實驗活動”新嘗試

摘要：“蠟燭燃燒”是初中化學課程中一個核心的探究活動，承載了許多物理、化學知識。在細致研究課標、比較四個版本教材的基礎上，抓住“物質燃燒的條件”所蘊涵核心知識的邏輯關系、科學方法和化學思想，圍繞知識的價值和學生的思維有邏輯地以“蠟燭的燃燒”設計學生實驗活動，著重培養學生的設計實驗能力、觀察能力和化學思想和觀念。

關鍵詞：學生實驗；蠟燭燃燒；燃燒的條件；化學觀念

文章編號：1008-0546（2017）01-0019-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.005

筆者在《教學與管理（中學版）》2014年第11期上發表了《不同版本初中化學教材“學生實驗活動”內容編寫特點及對比分析》一文，對比了三個版本教材中8個“學生實驗活動”的編寫特點，提出學生實驗活動的策略，被人大復印報刊《中學化學教與學》轉載于2015年第2期上。就如何組織學生實驗的教學活動，很多同行要求介紹具體操作流程。2013年11月，筆者參加了江蘇省初中化學優質課評比活動，設計并執教了“學生實驗活動三——物質燃燒的條件”，獲得一等獎。該設計完全突破教材的預設，以蠟燭的燃燒為主線，拓寬了學生的視野，增進了對科學探究的理解，得到點評專家的高度贊揚。經過兩年多的實踐和反思，又得以豐富和發展。現以本節“學生實驗活動”課的課堂組織為例，拋磚引玉，與同行交流學習。

一、整合不同版本教材資源，從學科觀念的高度確立探究主題

探究主題的確立是學生實驗教學的核心，也是培養學生探究意識和提高探究能力的重要途徑。“物質燃燒的條件”是課程標準規定的8個學生實驗活動之一，由化學學科的學習來看，通過實驗怎樣才能學到更多的化學知識，亦即為什么要把燃燒作為初等化學中的一個主題？解決了這個問題，就能夠通過教學和實驗活動使得學生加深對于燃燒、著火和滅火的進一步的認識和感悟，所以這是一個值得認真研究的問題[1]。

為了讓學生認識化學變化的控制之本，揭示知識背后隱含的化學思想，筆者通過對比人教版、滬教版、魯教版、科粵版四個版本教材中該實驗設計發現，除魯教版教材外，三個版本教材都采用蠟燭作為實驗用品，將燒杯罩住點燃的蠟燭，說明燃燒的條件之一：需要有氧氣（或空氣）。因此，筆者對教材實驗進行深層次的拓展，充分挖掘“蠟燭的燃燒”的教育價值，將探究的主線確定為“初探——再探——三探——反思”蠟燭的燃燒4個板塊[2]（表1）。

通過主題探究，使學生從化學的角度認識燃燒就是一種化學反應，控制和優化燃燒的條件就能控制和促進燃燒的進行，揭示知識背后隱含的化學思想。使學生自然而然地從自然走近化學，體會到化學就在身邊，啟發學習化學的興趣和愿望。

二、從“三維目標”的高度整體規劃，建立化學思想方法

建立化學思想方法，有利于更深刻把握問題的本質，樹立分析問題的廣闊視角，提高解決問題的能力。該設計既關注有效推進學生的理性思維，幫助學生理解和掌握燃燒的條件的內涵和外延，又關注教材內容、化學學科觀念與學生已有生活經驗的有機結合。學生自然會有意識地利用燃燒、控制燃燒。通過控制反應條件以及反應物的量，可以使反應向著有利于人類的方向進行，從而使化學反應更好地服務于人們的生活。

例如：[初探——蠟燭的燃燒]

[分組實驗]1.點燃蠟燭，觀察蠟燭燃燒過程中的現象；2.將冷的蒸發皿放在火焰的上方，提出與蠟燭燃燒有關的問題。

生1：為什么蠟燭需要有一根燭芯？燭芯的作用是什么？

生2：為什么冷的蒸發皿上會有黑色物質產生？

生3：為什么蠟燭剛開始時，不易點燃且火焰較小？

生4：為什么蠟燭在吹滅時，有一股白煙？

[設計意圖]提出一個問題，往往比解決一個問題更重要。通過讓學生觀察蠟燭的組成，蠟燭在燃燒過程中、熄滅瞬間以及冷的蒸發皿上的現象并提出相關問題，引入課題。

師：要了解其中的奧秘，接下來請各小組認真閱讀相關實驗要求、操作步驟及注意事項，完成實驗，將實驗現象和結論填寫在實驗報告上，探究物質燃燒的條件（表2）。

師生通過實驗現象分析、總結得出：要使燃燒反應發生，必須同時滿足三個條件：（1）物質具有可燃性；（2）可燃物與充足氧氣接觸；（3）可燃物的溫度達到其自身的著火點（即可燃物燃燒所需要的最低溫度）。

[視頻展示]播放筆者引燃煤爐的視頻，解釋將引火材料（紙、刨花、木塊）和蜂窩煤依次放置的依據是什么？

[演示實驗] 取備好的綠豆粒大小放入盛有開水的燒杯中，并將白磷用小鐵圈罩住，再分別另取一塊相同大小的白磷和紅磷置于兩支試管中，迅速罩上氣球，也放入燒杯中。學生觀察到試管中的白磷燃燒了，而水下的白磷和紅磷沒有燃燒。再將事先收集滿氧氣的大試管罩住水下的白磷，請大家注意觀察實驗現象并加以分析，其中的原理是什么呢？

[設計意圖]通過分組實驗、視頻展示、演示實驗、問題引領等環節，采用控制變量法、對比法和分析歸納法等多種科學探究方法，從“水火不容”到“水火相容”，在取得實驗事實的基礎上分析實驗現象，增強了學生的學習興趣，使學生對物質燃燒的條件有特別深刻的認識，在具體知識的學習中形成和發展對化學觀念的認識；形成認識上述內容的基本思路和方法。在具體知識的教學中有效實施觀念教學[4]。

再如：[再探——蠟燭在氧氣中的燃燒]

師：是不是有了這三個條件，我們就可以很好地利用燃燒為我們服務了呢？接下來請大家看幾幅圖片。

[課件展示]我省四市因焚燒秸稈而產生的霧霾天氣圖片。

[分組實驗]蠟燭在氧氣中的燃燒，比較蠟燭在空氣和在氧氣中燃燒現象的異同。總結使燃燒變得更旺的方法。

[演示實驗]在燃著的酒精燈火焰上撒少量的還原鐵粉、酒精噴霧燃燒。

[課件展示]碳與氧氣反應的微觀示意圖，從微觀分析碳在空氣中和在氧氣中的反應。

通過實驗現象，總結得出：增大氧氣的濃度或增大可燃物與氧氣的接觸面積，都能促進可燃物燃燒。

[設計意圖]由焚燒秸稈產生的霧霾天氣，得出必須優化燃燒的條件的結論，使得燃燒朝著有利的方向發展。與在空氣中的燃燒相比，蠟燭發生了完全燃燒，放熱多，污染少。鐵粉的燃燒有利于消除學生界定可燃物的迷思概念，高燃點的可燃物，如金屬、石頭等，學生從其生活經驗中，建立了無法以點火的方式使它開始燃燒的錯誤認識，故將其歸類為不可燃物。兩個演示實驗，簡潔明了，現場很有震撼力。使學生感受化學在實際生產、生活發展中的價值，使整個探究活動水到渠成。而這些恰恰是化學實驗教學的魅力所在，也是化學學科育人的價值所在。

三、學生實驗活動，不能只強調操作，注重問、思和法

課標倡導以科學探究為主的多樣化的學習方式，探究學習要緊密結合化學核心知識的學習。教師應適時地設計并提出有一定層次和思維容量問題，將探究教學與創新能力培養通過高級思維能力建立起本質上的聯系，將科學探究教學與創新能力培養落到實處[5]。

如：[反思——蠟燭的燃燒]

[視頻展示]將一支較粗的蠟燭點燃，慢慢放入盛有水的小魚缸中（圖1），觀察現象。

問題1：用火柴點蠟燭時，為什么開始不易點著？

問題2：蠟燭一經點燃，為什么能持續燃燒？

問題3：蠟燭火焰為什么會閃爍搖晃？為什么火焰呈拉長的水滴形？

問題4：燭身上部為何形成杯子的形狀？燭油為何儲存在“杯子”中，而未直接燃燒？

問題5：為什么水中燃燒的蠟燭最后變成了“水晶杯”呢？為什么在水中燃燒的過程中，火焰在不斷的掙扎，最后還是熄滅了呢？

[設計意圖]增加蠟燭在水中燃燒的趣味實驗，將課堂的氣氛推到高潮，使整節課的設計流程遵循認知發展由淺入深的客觀規律，使不同認知層次學生能在自己的最近發展區獲得發展。將“物質變化是有條件的”“宏微結合”“化學與社會的和諧發展”“假設、模型與實驗”等思想方法相結合，引導學生在學習過程中，潛移默化地滲透教材中蘊涵的化學思想方法，感悟化學知識和化學思想方法相輔相成的關系[6]。

四、結語

教師應增強對新課程實驗教學的認同、實施和創造，多發現問題、解決問題、去偽存真，獲取真實、原創的知識，再將真實的、能用的知識傳授給學生，讓學生在動腦、動手之余，參與意識、合作精神、操作技能、探究能力和實驗素養得到提升。促使實驗教學從“以知識為本”向“以學生發展為本”轉變。同時，應處理好教師引導探究和學生自主探究之間的關系，所選用的教學方式應與學生具體的學習任務、學習活動和學習方式相適合，以保證教學方式運用的有效性[7]，以此達到提高學生的學科素質和創新能力的目的，這才是化學實驗教學優化和創新的價值所在。

參考文獻

[1] 宋心琦.化學實驗教學改革建議之五[J].化學教學，2012（12）：3-5

[2] 胡巢生.不同版本初中化學教材“學生實驗活動”內容編寫特點及對比分析[J].教學與管理，2014（11）：44-47

[3] 胡巢生.教材微粒觀建構方式的分析與啟示[J].化學教學，2013（8）：26-29

[4] 何彩霞.以化學觀念為統領設計教學活動[J].化學教育，2013（1）：16-18

[5] 王磊.基于培養學生高級思維和創新能力的化學探究教學發展趨勢[J].化學教育，2014（7）：5-9

[6] 劉松偉，劉雅莉.在教學過程中滲透化學思想方法——以“如何正確書寫化學方程式”教學為例[J].化學教育，2013（10）：20-22

[7] 王祖浩，王磊.義務教育化學課程標準（2011年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2012