基于问题解决的初中化学教学设计

尹峻

摘要：分析了基于问题解决的初中化学教学设计的基本结构，以“燃烧与灭火”为例分享了课例和设计意图。从蕴含问题的真实情境、建构知识的核心问题、解决问题的学习过程和转变认知的知识建构四个方面介绍了基于问题解决的初中化学教学设计的思考。

关键词：问题解决;燃烧与灭火;教学设计;真实情境;知识建构

文章编号：1008-0546（2022）08-0043-04   中图分类号：G632.41   文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.08.009

课堂教学不仅要关心学生习得的知识和技能，更要关注学生对于知识的理解和问题解决的能力，即学生通过学习逐步成为“问题解决者”。问题解决能力的培养起源于学生对真实情境的感知，启发于真实情境中的疑问，最终学习的目标是实际问题的解决。

一、基于问题解决的初中化学教学设计的产生背景

21世纪技能伙伴组织认为，学生在大学和职业成功的四个基本技能：批判性思维和问题解决、沟通、合作、创造力和创新[1]。这些素养可概念化显现，即认知领域、内向领域和人际领域，为适应社会的发展，赢得未来的发展，提升学生认知能力，系统深度学习显得异常重要。学生需要的学习方式，不仅是支持记忆留存的，还应该支持技能和知识的应用。

目前初中的化学课堂，学生一般是以独自处理要求记忆和回忆事实、概念的低阶任务为主。例如：提出防止厨房中的菜刀生锈的措施，很多学生的答案是涂漆、镀金;火柴使用后，为确保火柴熄灭，你的措施是什么？不少学生回答埋在土里、使用灭火器等，这些答案都是“教科书式”的回答，而非基于真实情境的实际问题解决。这些案例说明，部分学生学习中没有或很少参与到高阶认知过程中，特别是对于概念的推理和实际问题的解决。尽管这种过于单纯的知识灌输的教学方法还没有直接认定为学生化学学业水平总体偏低的原因，但很难否认这种联系的合理性，但有一点是毋庸置疑的，即学生认知能力的缺失和理解能力的弱化。

笔者认为，化学的教学目标是给予学生更多机会去学习“理解的化学”，与之相关的是“促进理解的化学教学”，这些目标反映教师对化学中深度学习的重视。提升学生认知能力，避免灌输而达到理解的教學势在必行，其显现的标识是调动学生认知需求，从真实情境和问题中提取化学任务;调动学生内向需求，使其主动参与化学概念建立和解释、真实应用和原理分析的教学过程中。基于以上思考，笔者以人教版“燃烧和灭火”一课开展基于问题解决的初中化学教学研究。

二、基于问题解决的初中化学教学设计的基本结构

基于问题解决的初中化学教学设计，首先是蕴含问题的情境设计，其次是通过情境产生蕴含知识的问题设计，然后是解决问题的多元活动的设计，最后是结构化知识体系的设计。具体如图1所示。

“燃烧和灭火”一课，问题与活动均围绕情境“打火机”为主线展开，使学生在真实情境中学会用化学知识解决实际问题，服务于生活。课堂学习分三个环节，第一环节从“野外钻木取火”入手，紧紧抓住学生的兴趣点和好奇心，让学生解决钻木取火成功的条件是什么，由此联系燃烧也可能需要相似的条件。第二环节将钻木取火与生活中最熟悉的打火机紧密联系，通过比较几种不同的打火机，让学生去感受燃烧、感悟燃烧的概念、思考燃烧的原理。第三环节通过打火机的使用安全引发深思，对于生活中火的使用安全问题，面对火灾如何灭火和逃生，通过灭火器的学习展开生命安全教育。以几种不同的打火机如何熄灭，探究灭火的原理，并将此渗透到生活中不同场景的灭火情境，实现知识的迁移。“燃烧和灭火”教学设计的具体结构如图2所示。

三、基于问题解决的初中化学教学的课例分享与设计意图

环节一：钻木取火——认识燃烧

【引入】恩格斯曾说过：“摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终地把人和动物分开。”有了火，人类才进入了文明社会。如果说同学们在野外生存，没有任何工具该如何生火呢？

【情境1】视频：荒野技能选拔赛之钻木取火（用 QQ或微信扫教师提供的二维码）

【问题1】从视频中，你能获取哪些信息？钻木取火成功需要什么条件？

【学生】削尖的木头不断旋转摩擦生热、需要干草因为可以烧，最后还要吹气。

【知识建构1】钻木取火成功的条件：钻木摩擦生热其实提供了热量;干草可以燃烧作为可燃物;吹气说明燃烧还需要与空气接触，缺少一个条件取火都会失败。

设计意图：取火——感受燃烧的价值。钻木取火是古人智慧的结晶，是人类利用自然的见证。学生通过小学的科学已有所了解，但其中蕴含的化学原理，学生是没有细致探究的。以钻木取火为切入点，贴近学生的认知，孕育学生的问题意识，激发学生解决问题的动机，提高学生搜集、分析和加工处理信息的能力。

环节二：打火机里的化学——探究燃烧

【情境2】展示一次性打火机，观察一次性打火机的构造：机壳、燃料（主要成分是丁烷）和打火部件。

【问题2】一次性打火机要打火成功需要哪些条件？

【实验1】学生通过操作使撞击块的撞击与气源开启同步，打火部件产生电火花，引燃丁烷气体，完成打火。

【学生】可燃物丁烷、打火产生火花引燃丁烷，并与空气接触。

【情境3】展示煤油打火机和电热丝打火机。

【问题3】煤油的作用是什么？电热丝打火机的工作原理是否和前面两种打火机一样？

【学生】（对比分析）煤油作为可燃物。煤油打火机和一次性打火机都通过燃料发生燃烧反应，电热丝打火机是通过电能转换成热能，没有经过燃料的燃烧。

【问题4】通过比较几种打火机，你能说出燃烧是一种什么样的变化？同时伴随哪些现象？

【学生】（归纳总结）燃烧是化学变化，伴有发光、发热。

【知识建构2】燃烧就是通常情况下可燃物与氧气接触的一种伴有发光放热的剧烈的氧化反应。

【情境4】教师演示实验2

【实验2】如图3所示，向烧杯中加入热水，取一小块白磷放入盛有热水的烧杯中。再分别取一小块白磷和红磷放入两支试管并用塞子塞紧，将试管放入烧杯中。

【问题5】描述实验现象，思考实验过程中有哪些对比实验？分别说明了什么？

【学生】试管中的白磷燃烧，产生大量白烟，而红磷以及水中的白磷没有燃烧。热水中的白磷和试管中的白磷是一组，说明燃烧需要氧气;试管中的白磷和红磷是一组，说明燃烧需要达到所需要的温度。

【问题6】可燃物燃烧所需要的最低温度叫做该物质的着火点，通过以上实验得出燃烧需要什么条件？条件是否需要同时满足？

【知识建构3】燃烧的条件：可燃物、与氧气接触、温度达到着火点，三个条件要同时满足。

【实验3】将浸有酒精的棉球点燃。（酒精的着火点约75℃，沸点78℃，棉花着火点约150℃。）

【问题7】你观察到了什么？为什么？

【学生】棉花没有烧起来，因为没有达到它的着火点。

设计意图：用火——感知燃烧的条件。在思维方面，初三学生逻辑思维有一定优势，但很多方面还是属于经验型，需要感性认识的直接支持。利用生活中随处可见的打火机，学生亲手尝试一次性打火机、煤油打火机和电热丝打火机的生“火”，感知燃烧与电热丝发热的不同以及燃烧发生的条件，通过学生和老师合作探究燃烧条件的实验，更好地培养学生科学探究思维能力、根据实验现象分析问题的能力以及实验中发现问题进行改进的能力，为促进学生思维从经验型向理论型的转化提供支持。

环节三：打火机的安全使用——探究灭火

【情境5】展示Zippo打火机的使用说明：本品引发火灾时请使用二氧化碳灭火器。

【问题8】在打火机的使用过程中，如何熄灭火焰？

【学生】一次性打火机把手松开就不会再烧了。

【追问1】这是破坏了燃烧的那个条件？

【学生】可燃物。

【追问2】那煤油打火机如何熄灭火焰？

【学生】将盖子盖起来。

【追问3】这是破坏了燃烧的什么条件？

【学生】与空气接触。

【知识建构4】灭火就是破坏燃烧的其中一个条件即可，比如隔离可燃物、隔绝空气、降低温度至着火点以下。

【过渡】当发生火灾时，我们应该如何做？通过一段小视频“火灾如何逃生”（用 QQ 或微信扫教师提供的二维码）来一起学习。

【问题9】灭火器常用于火情初发时，老师现在这里有小苏打和白醋，想一想生活中如何自制简易的灭火装置？

【学生】交流讨论，大致说明如何制得气体达到灭火效果。

【实验4】自制简易灭火器

（用QQ或微信扫教师提供的二维码）取适量洗洁精、小苏打装入瓶盖打有小孔的小塑料瓶中，将装有白醋的拇指试管用细绳吊起放入塑料瓶内。点燃酒精棉球放入烧杯。用食指堵住小塑料瓶盖，反复颠倒塑料瓶并将瓶盖口对准火源，松开食指。

【问题10】刚刚在摇晃瓶子的时候，产生的气体是什么？简易灭火器灭火的原理又是什么？

【学生】二氧化碳，它是将可燃物与空气隔绝。

【问题11】小苏打的主要成分是碳酸氢钠，白醋的主要成分是醋酸，请大家试着写一写自制灭火器的反应方程式。

【学生】NaHCO3+ HAc=NaAc + H2O + CO2↑

【拓展视野】几种典型的灭火器：二氧化碳灭火器、水基型灭火器、干粉灭火器。

【总结】这节课我们通过对火的认识，学习了燃烧的条件和灭火的原理和方法。火带给我们很多思考，不仅对于化学学科上的思考，还有生活中的思考以及对生命的思考。同学们要像对待火一样，常思之，审辨之，慎使之，共勉之，让我们的每一次遇见，都能成就更美的自己。

设计意图：控火——感悟适度燃烧的意义。学生通过熄灭不同打火机的操作，分析其中的原理，通过煤油引发火灾的灭火方式讲解，引发思考，让学生感受到化学知识来源于生活并应用于生活，更深层次理解灭火合理性方式的重要性，发展学生科学探究中问题解决能力，渗透一切事物“一分为二”的辩证唯物主义观点，体会“化学是一把双刃剑”，只有掌握規律，才能趋利避害。同时，也加强安全教育这一重要课题。

四、基于问题解决的初中化学教学设计的思考

1.蕴含问题的真实情境

一个好的学习情境，既能够激发学生的思维，又能将学科知识有机融合于所要解决的化学问题中。“燃烧和灭火”一课，真实情境素材源于日常生活中的打火机。首先，学生熟知的素材处于学生的最近发展区，可以充分调动学生已有的学习经验，更能引发学生的学习兴趣，提高学习的积极性[2]。其次，小小的打火机蕴含着太多的化学学科问题，并和核心知识“燃烧与灭火”紧密相连，这使得情境素材不再是孤立的个体，而是作为串联知识的主线开展学习活动。

2.建构知识的核心问题

真实情境的作用除了联系学生的生活实际，更重要的是引发能建构知识体系的核心问题，促进学生沉浸下去展开探究。“燃烧和灭火”一课，打火机除了作为情境素材提供真实的感知情境，更重要的是作为问题线索形成了学习的基本支架。通过以探究打火机的燃烧为核心问题进而展开问题链：打火机的构造是什么？不同打火机燃烧的原理？什么是燃烧？如何探究验证燃烧需要的条件？等，借此引导学生在原有认知层面的基础上，因为新的问题和困惑不断地质疑、解释、验证进而推动思考进程，构建新的认知体系。

3.解决问题的学习过程

基于问题解决的化学课堂学习是提出问题、分析问题和解决问题的螺旋式推进，学生在问题的持续生成、驱动和解决中获得化学知识和思维的主动构建，最终实现在不同情境中解决问题的技能。“燃烧与灭火”这节课中，教师将核心知识转化为开放的、可操作的系列核心问题，将问题置于真实情境和真实探究中，引导学生在疑中生疑引发系列子问题，让学生在看似平常的情境中通过合作、对话探索、开发问题[2]，将生活常识和困难的学科知识之间建立联系，完成知识体系的搭建，形成解决问题的模型。

4.转变认知的知识建构

基于问题解决的化学课堂注重让学生在原有认知理解的基础上，批判性地看待新的事实和问题，获得问题驱动，并将它们纳入到原有认知结构进行信息加工和重组，从而实现新的知识体系的构建并加以迁移应用到新的情境中提供解决问题的新方案[3]。“燃烧和灭火”一课，以熟悉的“打火机”打开学生的思路，指引学生挖掘其中的化学知识，引导学生对燃烧条件的认识并逐步生成知识体系。通过深入探究、分析、对比，发现红磷、白磷能否燃烧的影响因素，总结并归纳得出燃烧的条件，深化学生证据推理意识。通过解决实际问题——打火机如何灭火，实现对灭火原理和方法知识的迁移。

参考文献

[1]梁弘文，武衍杰，黄丹青.从情境素材到设计基于真实情境的化学教学——以“工业制硝酸”情境为例[J].化学教学，2019，390（9）：58-62.

[2]蔡云龙.初中化学教学中问题意识培养的策略研究[J].考试周刊，2018（72）：155.

[3]康永军，王荣华.基于问题解决教学促进初中生化学深度学习[J].天津师范大学学报：基础教育版，2019，020（02）：34-38.