素養導向下的初中化學課堂實驗教學

劉亮榮

摘要： 以人教版九年級化學上冊“燃燒與滅火”拓展內容為例，突出實驗探究方案的設計與優化，體驗實驗過程與方法，獲取證據，進行證實與證偽。運用課前“觀看微課進階練習發現問題”，課中“問題驅動實驗創新創設情境設計實驗證據推理建構模型素養發展”，課后“再探究、再應用”等基于微課翻轉課堂相融合的教學策略，培養學生的化學學科思維，體現化學學科魅力，落實化學學科價值。

關鍵詞： 燃燒條件； 學科思維； 核心素養； 初中化學

文章編號： 10056629（2022）10006404

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題提出

燃燒的本質是可燃物的化學反應?，F行人教版教材（2011版）以變量控制思想設計實驗方案，并結合真實生活、生產情境為素材，探究燃燒的條件?！叭紵钡膶W習，可以進一步幫助學生發展“物質的變化和轉化”的大概念。通過對燃燒條件的探究，讓學生認識到實驗是科學探究的重要形式和學習化學的重要途徑［1］。通過對燃燒條件的認識，發展學生的核心素養，讓學生將來在工作和生活中更好地掌控燃燒，造福于人類。

各種版本九年級教材編寫時都突出“燃燒三要素”（即可燃物、氧氣、著火點）為重點，課堂上教師大多會結合生活實例反復強調“燃燒三要素說”。劉立新老師［2］、王程杰老師［3］等對燃燒的過程進行了細致的分析，提出燃燒條件“3+1”并對中學化學教學以及中學生日常生活中遇到的燃燒方面的問題進行了剖析。作為復習課，既要做到“溫故”，更要達到“知新”?？紤]到本節課的容量，以教材中“燃燒三要素”探究實驗為內容，制作了微視頻，讓學生在課前反復觀看，鞏固所學知識的同時也對教材實驗的設計以及“燃燒三要素”大膽質疑，提出了很多有價值的探究性問題，如“為何蠟燭抽掉燭芯就無法正常點燃”“為何鐵粉在空氣中遇到明火會劇烈燃燒”等問題。為了激發學生對物質世界的好奇心，形成物質及其變化等基本化學觀念，發展科學思維、創新精神與實踐能力，培養科學態度和社會責任，本文以“再探燃燒的條件”為課題，運用“問題驅動實驗探究證據推理建構模型素養發展”相融合的整體教學策略，在解決真實情境問題中發展學生的能力與品格。

2 教學思路

授課前，學生通過觀看微視頻，對用紅磷、白磷探究“燃燒三要素”的實驗提出疑問，對教材［4］實驗71提出改進建議，同時對“燃燒三要素”提出質疑。上課前，將學生的“建議”和“質疑”進行展示，并以此為問題驅動，對燃燒的條件進行再探究。教學中，學生親身經歷和體驗實驗探究過程，并對實驗過程中產生的“3個異?，F象”——“鐵絲在空氣中燒不著，鐵粉卻可以”“鐵絲在空氣中燒不著，在氧氣中卻可以”“著火點高的酒精能點著，著火點低的柴油卻點不著”等進行大膽猜測和探究，并進行推理和論證，最終通過實驗現象，實現對燃燒條件的真正認識。

依據課程標準和教學內容，制定如下教學目標：

（1） 通過對已學燃燒的知識提出質疑和探究活動，重構燃燒條件模型，深度認識燃燒的條件。

（2） 通過對教材傳統實驗的創新以及數字化實驗技術在拓展實驗中的應用，增強定性和定量研究的意識，發展證據推理的素養。

（3） 通過重構燃燒條件的模型，發展模型認知能力、科學探究能力、批判性思維和辯證思維能力。

3 素養導向下的教學流程

教學流程見圖1。

4 教學過程

4.1 微課學習，提出問題

［學生］通過微課學習鞏固燃燒的三個條件，提出問題，上傳進階練習（見圖2）。

［教師］根據回答情況整理并二次備課，將學生提出的兩個問題作為本節課的教學內容，即：（1） 課本實驗有何不足？如何改進？（2） 是否滿足了燃燒的三個條件，可燃物就一定會燃燒？

設計意圖：基于學生對已學知識的認知水平，結合復習課安排，利用微課重現燃燒等內容。通過學習過程中產生的認知沖突，提出疑問或質疑，激發課堂學習的欲望，引發深度學習，同時，也優化了復習課的教學方式。

4.2 創新改進，鞏固知識

［教師］關于燃燒條件的探究實驗，課本編排的實驗（見圖3），雖能驗證燃燒條件，但是存在不環保、藥品用量大、操作不便、不適合于連堂教學等諸多缺點。提問：課本實驗有何不足？如何改進？

［學生］積極思考，進行實驗改進。小組展示了改進方案，如在通風條件下進行，或在銅片上的白磷處倒置一個沾有水的燒杯等。

［教師］肯定同學們方案的優點，提示依然存在的不足。

［師生］師生互動，共同商討，最終確定了改進方案（把80℃的熱水從長頸漏斗注入集氣瓶，但不浸沒燃燒匙，此時白磷燃燒，紅磷不燃燒。繼續加水，浸沒兩支燃燒匙，白磷火焰熄滅。從注射器將空氣注入，熱水回流至長頸漏斗，白磷露出水面再次燃燒。見圖4）。

圖4的改進方案具有創新性，既可以驗證燃燒的三個條件，又具有其他眾多改進方案的優勢：吸收完全（有害物質）、綠色環保、操作簡便、裝置簡單、方便攜帶、節約藥品、重復使用、便于教學。

設計意圖：通過對教材實驗設計的評價，培養學生嚴謹求實的科學態度，敢于提出并堅持自己的見解、勇于修正錯誤觀點以及形成保護環境的習慣。通過收集、展示和分析學生的實驗改進方案，讓教師、學生開展相互評價，促進學生全面的富有個性的發展。

4.3 拓展延伸，探究新知

面對各種復雜的燃燒問題是否也只需要具備燃燒的“三個條件”就可以實現呢？過渡到延伸拓展環節，解決自發生成的第二個問題，即是否可燃物滿足了三個必要條件就一定會燃燒？

4.3.1 拓展探究1：不同規格的鐵絲在空氣中的燃燒

［教師］引導學生結合桌上的儀器和藥品，開展合作、研究設計方案。

［學生］小組經討論設計了實驗1：將不同形狀的鐵（普通鐵絲、細鐵絲棉、鐵粉）在空氣中加熱，觀察現象。普通細鐵絲在空氣中燒不著，細鐵絲棉在空氣中可以燃燒一半，更細小的鐵粉可以完全燒掉（見圖5）。

通過交流、歸納得出結論1：燃燒的充分條件X1，即對于像鐵一樣表面燃燒的物質，可以增大可燃物的比表面積，使其在達到點燃溫度時就可被點燃而發生燃燒。

設計意圖：借助不同形狀、規格的鐵在空氣中加熱所產生的不同現象，否定了學生原有的“鐵在空氣中不能燃燒”的錯誤認知。同時開展探究活動，培養學生“做中學”的學習習慣。

4.3.2 拓展探究2：蠟燭在密閉容器內從燃燒至熄滅氧氣濃度的變化

［教師］與學生共同設計實驗：利用氧氣傳感器測定蠟燭在密閉容器內從燃燒到熄滅過程中的氧氣濃度變化。通過曲線分析可知，蠟燭熄滅時容器內氧氣濃度接近16.6%（見圖6），即可燃物燃燒需要達到氧氣的最低濃度。

［學生］提出質疑：是否是二氧化碳使蠟燭熄滅的呢？

［教師］為了解決學生這一疑惑，進行了拓展探究，即利用排水法收集一瓶80％的二氧化碳和20％的氧氣的混合氣體，將燃著的蠟燭伸入，發現蠟燭與在空氣的集氣瓶中一樣，先是正常燃燒，而后才慢慢熄滅，并未出現立即熄滅的情況。

［學生］該實驗說明，蠟燭在密閉的容器內燃燒的熄滅不是由二氧化碳引起的，而是氧氣的濃度降低造成的。通過歸納總結得出結論2：燃燒的充分條件X2，即提高助燃物的濃度才能使物質燃燒。

設計意圖：本環節新的實驗技術讓人耳目一新，給學生的心靈帶來了震撼，進一步促使他們去接觸更多的新科技和新實驗。借助數字化實驗的“可視化”特點，通過實驗獲取的曲線和數據，知道蠟燭在密閉容器中從燃燒到熄滅的真正原因。同時，通過“混合氣體”實驗，將定性與定量實驗相結合，培養了學生證據推理、模型建構、推測物質變化的思維能力和“用中學”的學習品質。

4.3.3 拓展探究3：酒精和柴油在空氣中點燃的對比實驗

［教師］給出柴油（220℃）和酒精（423℃）兩者的著火點，請學生預測誰更易點燃？

［學生］一致認為是著火點低的柴油更易點燃。然而通過實驗都很驚奇： 著火點高的酒精用火柴在液面上方一點就著，而著火點低的柴油無論在液面上方還是接觸液面都點不著——引起學生的認知沖突和好奇心，激發了探究欲望。

［教師］與學生共同設計實驗：利用高溫傳感器精確測量柴油從加熱到引燃的整個過程。觀察到在室溫包括加熱至46℃左右，柴油均點不著，當柴油加熱至96℃左右時被火柴引燃并持續燃燒，這是為什么呢？

［教師］提供柴油的著火點、閃點、沸點信息，引導學生思考柴油燃燒與何種因素有關？

［學生］經過分析、討論確定是閃點。提問何為閃點？

［查閱資料］閃點是可燃性液體上方蒸氣濃度恰好等于其爆炸極限的下限，引起閃燃的最低溫度。

［教師］蒸發燃燒的物質自身溫度必須超過閃點時遇明火才可以被引燃。上述實驗中室溫及加熱至46℃的柴油因為自身溫度低于閃點故點不著，而溫度加熱至96℃即使沒有達到著火點但是超過了55℃的閃點也可被點燃。接著拓展演示燃燒的酒精接觸冰水的實驗： 室溫時酒精已超過12.7℃的閃點在空氣中即被點燃并劇烈燃燒，當燃燒匙接觸冰水混合物時酒精溫度已降至閃點以下，其火焰變微弱甚至熄滅。當重新放入熱水，溫度又超過閃點可用火柴再次引燃。

［學生］通過以上實驗初步掌握了蒸發燃燒與閃點的關系。最后通過交流、討論得出結論3：燃燒的充分條件X3，如柴油、石蠟等蒸發燃燒的物質，須自身溫度超過閃點，遇到明火方可點燃燃燒。

設計意圖：借助數字化實驗的“準確性”以及生活中的真實情境，與所給的相關信息發生“沖突”，來激發學生的學習欲望。教師通過拓展和延伸，讓學生不僅對燃燒條件有新的認識，同時培養學生“創中學”的學習動機。

4.4 總結歸納，模型構建

［教師］引導學生大膽思索，建構燃燒的新模型。

［學生］踴躍發言，最后通過小組合作、討論歸納得出從舊的火三角到新的火三角——更全面的燃燒條件模型的建立（見圖7）。

設計意圖：借助板書的展示，進一步鞏固探究的成果，運用體驗和表達、成就和激勵、反饋和深化等策略促進學生知、情、意、行的統一［5］，讓課堂學生的參與達到高潮，培養學生歸納、總結、表達等綜合能力。學生通過課堂中的師生互動、生生互動，充分感受到成功的喜悅。

5 教學思考

化學學科核心素養是全面發展學生核心素養的重要組成部分，是學生通過化學學習逐漸形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。初中化學教師不僅需要關注所授知識的正確性與科學性，更需關注對學生批判性思維和辯證思維能力的培養，以助其在后續漸進的學習中形成更為科學、合理的知識體系，增強科學素養，為學生的終身學習夯實基礎。

“再探燃燒的條件”這一課，基于科學探究與證據推理的思維方法，讓學生在學習化學的過程中經歷發現問題、提出假設、設計方案、進行驗證、收集證據、得出結論的探究過程，發展“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”等核心素養。重點在“學會收集各種證據，對發現的問題提出可能性的假設；基于證據進行分析推理，證實或證偽假設；能正確解釋證據與結論之間的關系，確定形成科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑”等方面產生更為深刻的影響，即最終達到培養和發展學生學科思維素養的目標。

參考文獻：

［1］［5］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022.

［2］劉立新. 燃燒條件之我見［J］. 化學教學， 2017， （1）： 87～92.

［3］王程杰. 燃燒條件“3+1”［J］. 化學教學， 2016， （1）： 49～54.

［4］人民教育出版社課程教材研究所化學課程教材研究開發中心. 義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）［M］. 北京： 人民教育出版社， 2012： 128～129.