基于趣味情境的问题驱动式教学

李焱 高淑静 孔兴蕊 孙成林

摘要：将裸露的知识用复杂的问题情境包裹起来，让学生在问题的驱动下通过实验探究真实情境中的问题，在探究中获取知识，在探究中提高能力，在探究中落实学科核心素养;将传统教具与人工智能相结合，实现课堂上学生能真实参与科学探究活动的目的;构建思维模型，运用思维模型解决实际问题，关注学生学科思维的发展。

关键词：趣味情境;问题驱动;燃烧和灭火;磁贴板;

文章编号：1008-0546（2021）07-0039-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.011

本节课教学内容是人教版上册第7单元课题1“燃烧和灭火”[1]的第一课时，隶属于义务教育“课程标准”一级主题“化学与社会发展”[2]。主要包括燃烧条件、灭火原理和易燃易爆物的安全知识，其中第一课时主要是探究燃烧条件和灭火原理。其教学价值主要表现在2个方面：一是进一步认识化学反应是人类获取能量的重要途径，人类可以通过控制化学反应及其程度为人类服务;二是通过燃烧条件和灭火原理的探究，认识控制变量的学科方法，落实学科核心素养。

一、教学现状分析

已有的教学设计均关注创设小魔术、燃烧在生活中的价值等图片视频作为学习情境，并凸显对燃烧条件和灭火原理的探究，引导学生基于生活中的物品设计实验，通过实验得出燃烧可能需要的条件[3]，再通过教材红磷白磷对比实验认识燃烧的三个条件缺一不可和控制变量的学科方法[4];然后通过生活实例或类似“蜡烛灭火大比拼”的学生活动探究得出灭火的方法和原理。在教学过程中，关注学生探究能力的培养。

值得关注的3个问题：（1）在探究燃烧条件时忽略学生的认知基础（如图1所示），比如通过点燃小石块、煤块等探究可燃物;（2）创设的小魔术或生活实际等情境中缺乏驱动学生深刻思维的问题，不能驱动学生的有效学习;（3）在探究燃烧条件的活动中，学生主要是评价教材（或教师）的实验方案，很少真正参与实验方案的设计，活动中缺乏基于深刻思维的深度学习，对学科方法的理解也比较肤浅。

二、教学目标

1.基于“烧不坏的钱包（简称烧包）”小魔术，分析燃烧所需要的条件，体会科学探究中的证据推理。

2.利用“活动磁贴板”探究燃烧条件，认识控制变量是科学探究的一种重要方法，并建构控制变量的思维模型。

3.基于“烧包”小魔术及生活实例，分析灭火方法及原理，继续体会证据推理，并构建燃烧条件及灭火原理的“火三角”模型。

4.基于“魔棒”“可乐灭火”“声波灭火”和“魔术蜡烛”等情境的分析解释，学会应用所学知识解决实际问题，提高学科关键能力和社会责任感。

三、教学流程

如图2所示，本节课通过几个小情境构成的“情境串”，通过驱动性问题形成三个教学板块，在教学过程中落实学科核心知识，渗透学科核心素养。图2教学流程

四、教学实录

1.创设学习情境，提出探究问题

课的开始，教师表演小魔术——烧不坏的钱包（简称“烧包”，如图3所示）：展示钱包和钱包中的百元大钞→打开钱包，火焰熊熊→合上钱包，火焰熄灭，钱包和钱依然完好无损。

然后用PPT出示了“烧包”的结构（如图4所示），并提出本节课的第1个问题：“烧包”为什么会燃烧呢？据此你认为燃烧需要哪些条件？并说出你判断的依据。

学生以小组为单位，根据“烧包”的结构，经充分讨论后，达成一致意见：“油”在燃烧，说明需要可燃物;“打火石”，说明可燃物需要达到燃烧所需要的温度，即着火点;钱包打开燃烧，合上即熄灭，说明可燃物需要与空气或氧气接触。

教师在学生回答的过程中，将学生得出的结论及时记录在黑板上（如图5所示）。

2.设计探究方案，构建控制变量和燃烧条件两个思维模型

在学生初步得出燃烧所需的条件后，教师引导学生分析认识：可燃物是燃烧的前提条件，即燃烧必须有可燃物，而可燃物达不到一定条件，却不能燃烧;那么可燃物燃烧所需的“温度达到着火点”和“与空气（或氧气）接触”是需要一个即可，还是必须同时需要两个才行呢？

科学的结论是需要通过科学的实验、获取充足的证据，才能得出来的，于是教师提出本节课的第2个问题：利用所给的仪器和药品（如图6所示），设计实验方案证明你的猜想，并说明你设计实验方案的思路是什么？（需要说明的是：因为本实验中白磷有毒，燃烧产物有污染，所以不宜在课堂中进行分组实验，所以教师采用了磁贴板，学生可以按照自己的思路，任意模拟设计实验方案，既解决了危险和污染的问题，也给予了学生充分参与探究活动的空间）

问题提出之后，教师首先引导学生交流讨论设计实验方案的基本思路，并构建了如图7所示的控制变量的思维模型，然后让学生以小组为单位利用此模型为指导设计实验方案。

学生分组设计完成后，教师将具有代表性的几个实验方案（如图8甲、乙所示），通过手机同屏技术投到大屏幕上，引导全体同学对实验方案进行充分评析，通过各小组同学的补充完善、修正错误和优化组合，最后得出最佳实验方案（如图8丙所示）。

教师根据学生讨论得出的最佳方案演示实验，引导学生观察实验现象，并根据实验现象分析推理得出燃烧必须“同时满足三个条件，缺一不可”，順势得出关于燃烧条件的“火三角”思维模型（如图9所示）。

3.应用“火三角”模型，分析解决“魔棒”为何能在水中燃烧的问题

为检验学生是否切实理解了燃烧必须“同时满足三个条件，缺一不可”这一核心知识，教师又给学生表演了一个小魔术（在表演过程中教师用语言故弄玄虚，以激发学生的好奇心和探究欲望）“魔棒”：

教师点燃“魔棒”，烟花四射。此时，教师问学生假如将烟花棒伸入水中会如何，学生异口同声回答会熄灭。

教师神秘地说“我冲它吹口气，给它点魔力啊”，说完，便将“魔棒”伸入盛有水的烧杯中，发现“魔棒”好像真具有了魔力：不仅没有熄灭，反而依然剧烈燃烧，烟花四射（如图10所示）。

教师提出本节课的第3个问题：为什么“魔棒”放入水中能持续燃烧而不熄灭呢？请结合“火三角”模型加以分析解释。

学生根据燃烧“火三角”模型分析：可燃物“魔棒”肯定存在，能燃烧说明温度肯定达到了着火点，水中本没有氧气，而燃烧必须有氧气，所以说明“魔棒”的魔力在于自身燃烧时会放出氧气。

教师给出有关“魔棒”的资料“烟花是由可燃物、氧化剂（高温释放出氧气）、发色剂、粘合剂组成，燃烧时温度能达到上千度”，从而充分肯定了学生利用“火三角”模型进行证据推理的逻辑思维能力。

4.探究灭火原理，完善“火三角”模型

教师提出本节课的第4个问题：根据熄灭“烧包”和“魔棒”的方法，及日常生活的经验，分析说明灭火的原理是什么？

学生通过分析，不难得出灭火的原理就是破坏燃烧条件，只要破坏掉其中任意一个条件即可达到灭火的目的。

之后，教师又引导学生对“燃烧条件——三者缺一不可”和“灭火原理——三者缺一即可”进行对比，并基于此完善“火三角”模型（如图11所示）。

5.再次应用“火三角”模型，解释“可乐”“声波”是如何灭火的？

教师播放了两个视频情境：第一个是用2L的可乐喷灭着火的油锅（如图12所示），第二个是用定向声波灭火（如图13所示）。基于两个视频情境，提出本节课的第5个问题：根据“火三角”模型，分析解释“可乐”和“声波”的灭火原理是什么。

学生经小组讨论，最后得出：振荡可乐瓶，喷出的液体中有大量的二氧化碳气体和水，故其灭火是因为既隔绝了空气，又降低温度到了可燃物的着火点以下;声波属于压力波，在空气中传播的声波可以置换掉一部分的氧气，没有了氧气火焰自然就熄灭了。

6."魔术蜡烛”创设问题情境，将探究学习延伸到课后

课的最后，教师拿出一根看似普通的蜡烛，先点燃蜡烛，对同学说：很高兴今天跟大家一起快乐地学习，你们今天的态度、思维过程、语言表达都很出色，说明大家平日里勤于思考，善于交流。现在我点燃了一根蜡烛，大家闭上眼睛许个愿吧。

片刻，教师继续说：不知道大家许了什么愿，我的愿望是：希望你们再接再厉，在来年的中考中取得优异的成绩，下面我们吹蜡烛吧。

教师边说边吹灭了蜡烛，结果意外出现了：蜡烛先熄灭了，但转瞬间又着了（如图14所示）。

所有学生都惊讶地大叫起来：哎哎，咋回事儿啊？老师再吹一次……

老师响应同学的要求，用力地又吹了一次，结果依然是：蜡烛先熄灭，转瞬又忽忽悠悠着起来了……

这下子学生真的困惑了，只听教室中此起彼伏的声音“咋回事呢？”“真奇怪？”“为什么呢？”……

此时，距离下课时间还有不到1分钟了，教师在学生的一片惊叫中……惊讶中……，给学生留下了本节课有待学生进一步思考探索的问题，也是本节课的第6个问题：这个奇怪的魔术蜡烛为什么“吹不灭”呢？你有哪些办法将它熄灭呢？并思考能否将自己的思维过程用简洁的语言（或流程图）表达出来。

于是，本节课学生在对“烧包”的惊讶中开始，又在对“魔术蜡烛”的惊讶中结束，可是对燃烧和灭火的学习却自然地被延续到了课下。

五、教学反思

1.知识情境化，情境问题化，促进学生对化学学科价值的认识

本节课由“烧包”“魔棒”“可乐灭火”“声波灭火”“魔术蜡烛"5个小情境构成了情境串，并基于情境所蕴含的核心知识提出了6个核心问题。从学生在课堂学习活动的表现可以看出，每一个情境都“有趣味”且“有挑战”。

因为“有趣味”，所以学生学得很积极，很快乐，课堂中充满了惊叫声和欢笑声。下课后，有不少同学挤到教师跟前，有的说：老师，让我看看那个“烧包”吧;有的说：老师，能送我一根“魔棒”吗？有的说：老师，您那个蜡烛有多余的吗？……孩子们对燃烧和灭火的问题充满了好奇，充满了探究的欲望。在之后学校的学科周中，化学兴趣小组为师生准备了“掌中火”“烧不坏的手帕”“水中生火”“吹气生火”等小魔术，让师生都感受到化学无穷的魅力（如图15所示，中图是学校两位校长在和学生一起体验“掌中火”）。

因为“有挑战”，所以学生学得很投入，课堂中充满智慧的交流与表达。基于5个情境提出的6个核心问题，每一個都不简单，都需要学生进行深度的学科思维，才能得出答案，也许得出的还是错误的答案。比如“魔棒”为什么伸入水中还在燃烧，孩子们并不是立刻就会想到“魔棒燃烧过程中自身会产生氧气”，他们也没有想到问老师“魔棒的成分中都有什么”，而是在杂乱的猜想“难道水是热水？”“难道水中有氧气？”……在教师引导下，基于“火三角”模型进行有序、有逻辑的思考后，才得出的正确答案。

2.传统技术与人工智能相结合，促进深度学习的发生，核心素养的落实

虽然科学技术、人工智能都在不断发展，智慧课堂也已走进学校课堂，但是具备学生人手一个ipad的智慧课堂条件的学校还没有普及，甚至还很少。所以，如何能真正实现学生开放性的实验方案设计，并进行深度交流，便成为了化学探究课堂上的难题。本节课教师利用磁贴板让学生设计探究燃烧条件的实验方案，再通过手机同屏技术进行交流展示，将传统手段与人工智能技术结合起来很好解决了上述难题。

磁贴板可通过网络购买，价格便宜，制作起来也不复杂，图16所示是我们工作室团队制作的“实验室制取气体的磁贴板”，磁贴板上的仪器用品均可自由移动、组合成学生所设计的实验方案，即便没有手机同屏技术，也可直接拿起来进行交流展示。

以往很多教师在本节课教学中，常常是教师按照图17所示方案演示实验，然后提出类似“_和_对比说明燃烧需要_条件”的问题，学生没有真正参与实验探究的过程，也不能深刻理解实验的方案为什么是这样，还有没有其他方案？而本节课小小的磁贴板帮助学生实现了课堂中的“真探究”“真创新”，从而发挥了大作用，促进了学生深度学习的发生，自然也促进了学科核心素养的落实。

3.构建思维模型，促进学生隐性思维显性化，杂乱思维逻辑化

本节课的教学中，教师不仅关注知识的教学，还特别关注学科核心素养在课堂教学的落实，尤其是“控制变量”和“火三角”两个思维模型的构建，很好地促进了学生对“证据推理与模型认知”这一化学学科核心素养的理解，从而引导学生养成学科思维的习惯。

如在学习过程中，基于“控制变量”的思维模型（如图7所示），对于探究燃烧条件的实验方案，学生不再拘泥于教材上的方案，而是在思维模型的指导下设计出了多种开放性实验方案，如有同学设计了“在盛有热水的大烧杯上放一铜片，铜片上放一块白磷、两份红磷（其中一份红磷用沙土盖住）”方案，这一方案既能探究“温度”，又能探究“氧气”，不足之处是忽视了污染问题。

教师在引导学生建构思维模型的过程中，帮助学生将头脑中隐性的、杂乱的思维过程通过简洁的语言（或图示）表达出来，从而让学生体会化学是一门理科学科，学科思维的过程是有序的、有逻辑的。在课的最后，教师将本节课的第6个问题留给学生课下的思考的时候，依然没有忘记让学生继续整理思维过程。由此可见，“不仅关注学生的思维过程，而且关注学生养成逻辑的学科思维过程”是本节课特别值得借鉴的一点。

参考文献

[1]化学课程教材研究发展中心.义务教育教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：128-131

[2]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012：28

[3]陈继清.《燃烧和灭火》教学设计[J].中小学教学研究，2019（2）：65-72

[4]江军.基于“建构式生态课堂”的“燃烧与灭火”教学设计片断[J].北学教与学，2016（4）：75-77

*本文系中国化学会化学教育委员会“十三五”规划课题“基于核心素养的初中化学优秀案例实践研究”（编号：HJ2020-0044）阶段性研究成果。