核心素养下基于真实情境的主题教学实践与思考*——以“打火机中的化学”为例

张 军 吴永才

（1.无锡市东北塘中学 江苏 无锡 214191；2.无锡市教育科学研究院 江苏 无锡 214100）

新课程标准倡导开展核心素养导向的化学教学，素养导向的教学强调在真实情境下围绕开放性任务或驱动性问题进行，而解决现实生活中复杂又陌生的问题是培养核心素养的关键，在解决真实问题的过程中体现了知识、技能、思维、能力的整合与应用，实现“解决复杂问题和适应不可预测情境”等高阶能力的不断提升，从而满足“适应终身发展和社会发展”的需要［1］。

主题教学是指课堂教学以项目探究形式或问题解决形式统整书本知识与现实生活、生产和社会中的学科问题，以教学主题为枢纽，在系统内诸要素之间彼此联系、相互作用与协调运行中，达成学习主体心理结构的完善与自我实现的整体性教学［2］。合适的主题可以帮助学生建立知识之间的网络联系，激发学习者的多种感官，使学习者能够从多角度、多维度出发，加深理解知识和接受知识的程度，使得大脑中的“知识图谱”更加丰富和牢固，否则碎片化的知识是不构成能力的。经常使用这种教学方法，学生会更善于运用所学知识来解释生活中的现象和解决生活中的问题，对生活和科学有更积极的态度，更全面地提高学生的核心素养。现以“打火机中的化学”为例谈谈核心素养导向的主题教学实践与思考。

一、教材主题内容和教学现状分析

“燃烧与灭火”是九年级化学（人教版）上册第七单元课题1的教学内容，在《义务教育课程标准（2022年版）》中，将这一学习内容归于“物质的化学变化”学习主题下，对该主题内容的要求是“通过实验探究认识燃烧的条件，理解燃烧与灭火的原理及其在生活中的应用，初步体会调控化学反应的重要意义”［3］。此前，教材中已经出现了一些常见物质的燃烧反应，为本节课的学习奠定了基础，同时本课题内容也为下一节“化学反应中能量的变化”的学习作铺垫，本课题的学习有助于学生建构“物质的变化与转化”的大概念，体会合理利用反应的重要意义。

通过此前的学习，学生能从物质的变化、反应现象、反应类型等角度认识燃烧，但不能从化学反应的角度认识燃烧的条件和灭火的原理，学生普遍认为有水存在不能燃烧，但不知原因；认为燃烧都需要“点燃”，但不理解“点燃”的本质，不认为“加热或静电也能使燃烧发生”。对目前已有的关于“燃烧与灭火”的教学设计［4-7］研究发现，绝大多数设计都注意依据探究实验得出燃烧的条件，教学重心侧重于防火和灭火的安全知识普及教育。虽也有基于燃烧条件的模型建构，但对模型的修正体现不足，比如：燃烧需要一定浓度的氧气的认识，还有对燃烧的条件不一定需要点燃等认知缺乏足够的实验证据，对构建“物质的变化与转化”的大概念缺少必要的活动引导。

二、教学思想与创新点

情境素材是教师、学生以及教学活动之间的载体，选择具有科学性、适切性、真实性的情境素材，能让学生在情境驱动下体验化学知识的价值，感悟化学知识中蕴含的学科思想和方法［8］。本课例以“打火机中的化学”为主题情境，设计了“打火机的原理”“打火机的使用”“打火机的存放”三个教学环节。巧妙地将燃烧与灭火的教学内容围绕打火机展开，并通过情境不断地设置认知冲突，引导学生反思、修正并形成完善的燃烧与灭火的认知模型。通过测氧仪测定蜡烛燃烧后容器内氧气的含量，使学生认识到燃烧需要一定浓度的氧气。通过静电引燃打火机的实验，使学生认识到燃烧的条件不一定是点燃，从而理解“点燃”的本质。通过探究如何使打火机燃烧更旺及不同打火机的熄灭方式，让学生能应用燃烧模型来控制燃烧反应，培养了学生证据推理和模型认知能力。在整个学习过程把“打火机”作为情境主线，环环相扣，以问题为驱动，使学生在项目化的学习活动中建构起“物质变化与转化”的大概念，有助于学生进行深度学习。

三、教学目标

①通过对打火机打不着火的情境分析及燃烧条件的系列探究实验，推理得出燃烧的条件，学会通过控制变量来进行对比实验的思维方法，并对实验装置进行评价和改进，提高创新意识和证据推理能力。

②通过设置使火焰更旺及熄灭火焰的实验活动，理解燃烧的实质和规律，建立燃烧的条件与灭火之间认知模型，建构化学反应需要条件及化学反应可以调控的大概念。

③通过数字化技术测量燃烧后氧气含量的实验，制造认知冲突，修正完善对燃烧的认知模型。

④通过讨论日常生活的防火及逃生方法，形成正确防火、灭火、用火的安全观及珍视生命的意识，体会可以利用规律避开灾害，造福人类，从而弘扬正确的学科价值，培养社会责任感。

四、教学流程

如图1所示。

图1 教学流程

五、教学实录

1.环节一：打火机的原理——生火有“道”

［活动］学生体验打火机的使用。

［导入］关于打火机，你们有哪些想探究的问题？

［生］（1）我想知道打火机里面的燃料是什么？

（2）我想了解打火机是如何产生火的？

（3）为什么有时打火机打不着火？

……

［过渡］这节课我们一起对你们提出的问题进行一些探究，科学地认识燃烧。［问题1］什么是燃烧？

［引导思考］回忆一下我们学过哪些燃烧反应？这些反应有哪些共同点？

［学生回忆］

（1）都是可燃物与氧气的反应。

（2）反应条件都需要点燃。

（3）都有发光、放热的现象。

（4）反应都比较剧烈。

（5）都属于氧化反应。

［归纳］燃烧的概念：燃烧是可燃物与氧气发生的一种发光、放热的剧烈的氧化反应。

［问题2］燃烧需要哪些条件？

［活动］探究几种不同打火机打不着火的原因。

［生1］一种打火机打不着火是因为打火机里没有燃料了。

［生2］还有一种打火机是因为打不出电火花。

［设问］打火机里没有燃料打不着火说明燃烧需要什么条件呢？

［生3］说明燃烧需要可燃物。

［激疑］那因为打不出电火花而打不着火的本质原因是什么呢？联想一下古人钻木取火进行思考。

［生4］钻木取火应该是摩擦生热，使物体的温度升高。

［讲述］这位同学分析得很有道理，其实打火机中有一个压电陶瓷，按压后能产生电火花，其温度能达到3 000 ℃。

［追问］那使温度升高的方式还有哪些呢？

［实验］利用静电仪产生静电点燃打火机。

［生5］使温度升高的方式有：加热、摩擦、电火花、静电……

［总结］燃烧不一定需要明火，点燃的本质就是使物体温度升高达到它燃烧需要的最低温度。

［演示实验］取白磷于80 ℃水中（资料展示：白磷的着火点为40 ℃）。

［学生观察］白磷未燃烧。

［提问］根据热水中的白磷没有燃烧的现象，试分析燃烧还需要什么条件。

［生6］水中没有氧气，说明燃烧还需要氧气。

［继续实验］向热水中通入氧气，学生观察到热水中白磷燃烧了。

［追问］刚才我们分析燃烧需要“可燃物”“温度达到着火点”“氧气”，这些需要同时满足，还是只要满足其中一个就可以呢？

［猜想］都要满足。

［活动］请大家利用老师提供的仪器和药品设计方案验证你们的猜想，并借助评价表（见表1）对组内同学提出的方案进行评价和推荐。

表1 燃烧条件探究实验设计评价表

仪器与药品：红磷、白磷、80 ℃热水、烧杯、试管、橡皮塞、导管、气球等。

［展示讨论］学生小组合作设计方案，并互评、展示、讨论、改进实验方案（见图2、3）。

图2

［实验］经讨论选择图3方案进行对比实验。

图3

［分析归纳］燃烧需要“可燃物”“温度达到着火点”“氧气”三者同时具备，得出燃烧条件模型（如图4）。

2.环节二：打火机的使用——控火有“术”

［问题3］如何使燃烧更旺？

［活动］探讨使打火机烧得更旺的方法。

［生1］可以调节阀门使火焰更旺。

［讲解］调节阀其实是控制燃气的出气量，说明增加可燃物的量可以使燃烧更旺。

［提问］回忆前面学过的燃烧反应，思考还有哪些方法可以使燃烧更旺？

［生2］木炭在氧气中比在空气中燃烧更旺，说明增加氧气的浓度可以使燃烧更旺。

［过渡］这位同学分析正确，下面老师进行一个实验，观察并思考。

［实验］向点燃的蜡烛火焰上抛撒铁粉（如图5）。

图5 铁粉在空气中燃烧

［追问］观察到铁粉在空气中燃烧了，而铁丝在空气中不能燃烧，又说明了什么呢？

［生3］铁粉与空气的接触面积比铁丝更大，说明增大与空气的接触面积可以使燃烧更旺。

［归纳］通过刚才的思考分析，我们可以得出使燃烧更旺的三种途径：（1）增加可燃物的量；（2）增加氧气的浓度；（3）增大可燃物与空气（氧气）的接触面积。

［问题4］如何使燃烧熄灭？

［活动］研究不同种类打火机熄灭方法及原理。

［生1］一次性打火机松开按钮火焰就熄灭了，是因为松开按钮后燃气出不来，没有可燃物。

［生2］可以吹灭打火机火焰，是把温度降低到了着火点以下。

［生3］煤油打火机合上盖子可以熄灭火焰，是隔绝了空气。

［提问］能否总结出灭火原理与燃烧条件之间的关系？

［生4］灭火其实只要破坏燃烧的条件之一即可。

［总结］说得很好，我们通过改变燃烧的其中一个条件可以使燃烧更旺，也可以通过改变其中一个条件使火焰熄灭，从而对燃烧反应进行控制。

［活动］根据灭火原理，设计相应的方法熄灭蜡烛。将熄灭的方法填写到表格中（表2）。（提供的物品有：水、盐酸、碳酸钠、烧杯、剪刀、湿布）

表2 根据灭火原理设计相应的熄灭方法

［激疑］刚才用烧杯罩后蜡烛熄灭，烧杯内的氧气完全耗尽了吗？

［实验］用数字化测氧仪测定密闭容器内蜡烛燃烧熄灭后氧气含量（如图6）。

图6 氧气浓度的数字化测量装置

［学生描述现象］蜡烛熄灭后装置内氧气浓度降低，但氧气浓度没有降低到零。

［反问］那我们对刚才的燃烧条件模型是否需要修正？

［生5］需要修正，应该是燃烧需要一定浓度的氧气更准确。

［展示］修正后的模型（如图7）。

3.环节三：打火机的存放——防火有“法”

［问题5］如何预防火灾？

［展示］打火机及其燃料的使用说明：

（1）打火机属于易燃易爆物品，请勿放于近火、暴晒的地方，存放的温度不能超过50 ℃。

（2）打火机燃料应远离火源、火花、明火热表面。加油时禁止吸烟。

［提问］易燃易爆物保存时要注意些什么？

［生1］杜绝明火和高温。

［追问］生活中还有哪些预防火灾的例子？

［生2］学校楼道里有灭火器、消防栓等。

［播放视频］观看有关灭火和逃生的视频。

［活动］请对照“燃烧条件”的模型，尝试分析灭火和逃生中一些注意事项背后的原因。

五、教学反思

核心素养导向的主题教学是追求“真、善、美”的，在主题教学过程中关于素材选择、活动开展、观念建构等方面有以下几点思考。

1.素材真，有情境之美

真实情境是开展素养导向教学的重要载体，真实情境贴近学生的生活实际，能让学生感受到化学与社会生活、人类生产、自然生态的密切联系，从而能感受到所研究化学问题的应用价值和社会意义，同时感受到化学之美好，进而激发了进一步学习化学的欲望。本节课选取学生熟悉的“打火机”为主题情境展开教学，研究了打火机的原理、使用、保存等问题，把燃烧与灭火的知识、原理、方法等融入到主题情境之中，在真实情境中发现问题、解决问题，进一步体现了真实的情景素材在素养导向的主题教学中的重要作用。

2.活动实，有探究之美

本节课围绕“打火机”主题，从打火机的原理、使用和保存三个方面开展了一系列有意义且多样化的探究活动，增强了教学活力。本节课设计的教学活动有实验、有设计、有交流、有讨论。比如：让学生设计探究燃烧条件的对比实验，使学生学会控制变量的思维，同时利用评价表对设计方案进行自评、互评，实现了“教、学、评”一体化。通过电火花点火的实验使学生明白“点燃”的本质，纠正了“燃烧需要明火”的认知偏差。探究性的活动激活了学生的思维、激发了学生的兴趣、诱发了学生探究欲望，学生在学习活动中始终保持心情愉悦且思维兴奋的状态，让学生在做中学、用中学、创中学。

3.建构活，有逻辑之美

从知识解析走向素养为本，引导学生在科学探究的过程中实现自主建构，在实践应用的基础上进行知识建构或重构［9］。本节课注重大概念的建构，首先从化学反应的角度来理解燃烧，通过使燃烧更旺和使火焰熄灭的活动探究，建构化学反应是需要条件的且可以进行控制的大概念。另外注重认知模型的建构，通过实验初步建构燃烧条件的模型，依据数字化实验对模型进行修改，然后再利用完善后的燃烧条件模型运用于防火与灭火。模型建构的过程就是学生对所学化学概念进行结构化的思维过程，模型建构能深化学生对化学知识的理解，同时对学生科学思维的核心素养培育有重要的促进作用。

教学过程中也发现了一些问题，学生对模型应用的能力偏弱，在依据灭火原理寻找对应的熄灭蜡烛方法时例举不够全面、方法和原理的匹配度不够准确。核心素养的培养不是简单的一堂课就能达到目的，需要在平时的教学中不断渗透、积累，从而逐步提高学生核心素养。