初中化学“燃烧的条件”项目式教学实践——探究打火机的工作原理

刘东方 李 研 刘 伟 赵 飞

一、项目主题内容分析

“燃烧的条件”内容属于“物质的化学变化”主题下“化学反应及质量守恒定律”的核心内容之一。《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称课程标准）提出了解化学反应需要一定的条件；通过实验探究认识燃烧的条件，理解燃烧和灭火的原理及其在生活中的应用；能运用变量控制思想设计燃烧条件等实验探究方案[1]。这部分内容有三方面价值，一是通过分析与推理、实验探究、归纳与总结等方式，掌握燃烧的定义及条件，增进对科学探究的体验，增强化学学习的兴趣，发展科学探究能力[2]；二是通过对比试验，学会控制变量思想，培养预测实验结果、设计实验方案、分析事实、得出结论的能力；三是从物质变化、能量变化、反应条件、反应现象、元素守恒等视角认识燃烧，初步形成认识化学反应的系统思维意识[3]。

学生在日常生活中已经熟悉燃烧现象，在氧气及其实验室制取与性质验证的学习中，观察木炭、硫、红磷、铁丝、蜡烛等物质的燃烧，知道氧气能支持燃烧，知道物质与氧气间的反应属于氧化反应，知道物质的燃烧需要有氧气的参与；还经历了大量的实验探究，经历提出问题、猜想假设、设计实验、实施实验、收集证据、分析推理得出实验结论等过程，初步了解实验探究的过程与方法，这为设计实验方案、探究燃烧条件、得出燃烧定义奠定了理论与实践基础[4]。理解“燃烧的条件”有助于深入认识燃烧现象，引领“灭火的原理和方法”的学习。

随着核心素养的提出，“燃烧的条件”的教学呈现出很多以发展核心素养为目标的设计思路。例如，在新授课中，以情境教学理论为基础，将学生的日常生活经验与教学内容联系起来，或列举古代人们用火取暖、烧烤食物、驱逐动物、冶炼金属等情境[5]，或以艾德荒野取火，培养学生的证据意识，发展学生证据推理与模型认知等化学学科核心素养[3]，或以“钻木取火成功需要什么条件”为问题情境，驱动学生探究燃烧的条件，感受燃烧的价值[6]。在复习课中，以“探究锡纸中的化学奥秘”为主题创设真实的、能引发学生探究欲望的学习情境，引导学生在探究问题过程中进行“燃烧的条件”相关知识的学习[7]。在项目式教学中还要进一步思考和探索：当生活与学科知识紧密连接后，如何以真实任务和驱动性问题贯穿学习始终，以帮助学生的认知、情感和实践体验顺利融合，通过完成作品或成果，体现项目式教学的本质特征[8]。

从项目主题来看，打火机在日常生活中颇为常见，为人类的生活提供了便利。在打火机的内部结构中，液态丁烷作为打火机的燃料、压电陶瓷是实现打火机点火的关键部件、对比打火机与火柴工作原理的异同得出燃烧的条件、探究打火机燃料燃烧的生成物等任务中蕴含了大量的化学知识，与本节课内容密切相关，体现了化学学科与人类生活息息相关。

二、项目教学目标

1.通过对比实验，巩固控制变量思想，掌握燃烧的现象、定义及条件，知道燃烧属于化学变化。（必备基础知识）

2.通过探究打火机的工作原理，能根据驱动性问题进行猜想与假设，开展科学探究；从物理与化学相结合的视角对打火机的点火过程进行解释说明，初步形成物质的性质决定用途的认识思路，培养学生自主设计实验方案的能力。（科学探究与实践、化学观念）

3.通过比较、归纳打火机的工作原理和火柴燃烧的异同点，得出燃烧的定义，建立从物质变化、反应条件、能量变化、反应现象等视角认识燃烧反应，初步形成认识化学反应的系统思维意识；通过解决真实问题，感受化学在生活中的应用，体会化学学科的现实价值。（科学思维、科学态度与责任）

三、项目任务及教学流程

首先，指导学生拆解打火机，了解打火机的内部结构。其次，引导学生从物理与化学相结合的角度探究“为什么丁烷适合作为打火机的燃料”，知道压电陶瓷能使丁烷达到着火点，进而了解打火机的工作原理。再次，比较、归纳打火机燃料燃烧和火柴燃烧的异同，掌握燃烧需要的条件，从多个视角认识燃烧反应，得出燃烧的定义。最后，完成项目作品，绘制打火机的工作原理图，并在师生之间进行交流讨论。本项目中教学任务、驱动性问题、学生活动、教师活动以及设计意图等教学流程如表1所示。

表1 教学流程

四、项目实施过程及学生学习成果

（一）介绍项目背景,提出项目问题

【展示实物，导入项目】展示打火机，供学生观察并体验打火机的工作过程。提出问题，打火机是如何产生火焰的？

【学生讨论，形成思路】将打火机进行拆解，分析各个部件在工作过程中的作用，讨论打火机是如何产生火焰的。

（二）拆解打火机，了解打火机的内部组成结构

【驱动性问题】打火机的外观小巧精美，每个零部件在点火过程中都发挥着至关重要的作用。初步猜想打火机是怎样产生火焰的？

【分组实验】利用教师准备的平头螺丝刀、手套等工具，在教师指导下拆解打火机，打火机的主要零件如图1所示。

图1 常见压电打火机拆解示意图

【猜想与汇报】打火机是通过某种方式点燃液态燃料而产生火焰的。其主要零部件有：塑料外壳、压电陶瓷、按手、杠杆、喷气嘴、防风帽、调火环、引流芯等。

设计意图：通过拆解打火机，了解打火机的内部结构，培养学生动手操作能力与逻辑推理能力。

（三）从物理与化学相结合角度探究打火机的点火过程

【驱动性问题1】塑料壳中的液体就是打火机的燃料，该液体是什么物质？为什么选用该物质作为打火机的燃料？为了缩小猜想范围，可以从以下四种物质中进行选择。

A.酒精 B.水 C.液态丁烷 D.液氮

【学生讨论与汇报】首先，经过实验验证，水和液氮不能燃烧，不能作为打火机的燃料，由此可以排除B、D 两个选项；其次，在拆解打火机的过程中，可以观察到打火机内部液体迅速汽化，由液态变成气态，并伴随一股刺激性气味。而酒精具有醇香气味，且液态酒精在常温下不会迅速由液态变为气态，由此可以排除选项A。综上，打火机内部的燃料是液态丁烷。

【布置任务】阅读资料卡片1（如表2所示），分析丁烷适合作为打火机燃料的原因。

表2 资料卡片1

【学生分组讨论，汇报交流】根据资料卡片1 可知，丁烷是易液化的气体，利用体积压缩将丁烷气体变成液体便于储存。丁烷具有可燃性，且引燃温度较低。因此丁烷适合作为打火机的燃料。

【教师提问】燃烧应该满足的条件之一就是需要可燃物的参与。如何验证丁烷的可燃性？

【学生汇报实验方案】可以用胶皮管连接丁烷贮气罐和玻璃导管，压迫喷头，释放丁烷，在玻璃导管末端处点燃丁烷，观察现象。

【驱动性问题2】打火机在工作时，按压按手就会出现火焰，在简单的操作过程中每个零部件都发挥着重要作用。那么，打火机是怎样实现点火的呢？

【布置任务】阅读资料卡片2（如表3所示），分析并总结压电陶瓷打火机的工作原理。

表3 资料卡片2

【学生分组讨论，汇报交流】由资料卡片2 可知，打火机的点火过程是利用压电陶瓷打火器实现的，压电陶瓷打火器利用压电效应产生电弧，丁烷气体遇到火花而被点燃，发生化学变化。

【教师提问】丁烷气体逸散到空气中不燃烧，但是遇到电弧就将被点燃。因此，电弧使温度达到丁烷气体的着火点致使其燃烧。由此可知，燃烧需要满足的条件之一是什么？

【学生回答】可燃物的燃烧需要达到其着火点。

【教师提问】根据以上学习内容，尝试说出打火机的工作原理。

【学生汇报】按下按手，在杠杆的作用下，喷嘴被抬起，液态丁烷迅速汽化被释放到空气中，压电陶瓷产生电流，通过高压导线将电流传到引火簧处，气态丁烷被点燃，形成火焰。

设计意图：从物理与化学相结合的视角对“打火机的点火过程”进行解释说明，初步形成物质的性质决定用途的化学观念。说明打火机的工作原理，理清打火机内部结构与工作机理的关系。

（四）对比打火机和火柴燃烧的异同，再探燃烧的条件

【提出问题】同学们观察并点燃实验台上的火柴，思考为什么火柴一划就会产生火焰？

【布置任务】阅读资料卡片3（如表4所示），体验火柴的点燃过程。

表4 资料卡片3

【驱动性问题】比较火柴与打火机的工作原理与工作时产生的现象，总结燃烧需要满足哪些条件？

【学生分组讨论，汇报交流】学生交流讨论后，某小组完成表格情况如表5所示。

【布置任务】同时点燃两个打火机，一个打火机用烧杯扣住，另一个在空气中点燃即可。观察并记录现象。你能得出什么结论？

【学生实验并汇报】用烧杯扣住的打火机燃烧一段时间后熄灭，另一个打火机能持续工作。得出结论：燃烧需要氧气的参与。

【教师讲解】打火机的工作是在空气中完成的，火柴中氯酸钾受热分解产生氧气，因此可以作为火柴燃烧的供氧剂。由此可知，燃烧需要有氧气的参与。

【教师强调】燃烧需要满足的三个条件：可燃物、氧气（或空气）、达到燃烧所需的最低温度（也叫着火点），三者缺一不可。

【提出问题】结合打火机和火柴的工作特点，你能否给“燃烧”下定义？

【学生回答】通常情况下，可燃物与氧气间发生的一种发光、放热的剧烈的氧化反应叫作燃烧。

设计意图：引导学生从多个视角认识燃烧反应，初步形成认识化学反应的系统思维意识。

（五）打火机的安全保存与合理使用

【驱动性问题】打火机在为人类的生活提供便利的同时，也存在一些安全隐患。怎样安全保存与使用打火机呢？

【学生观点1】避免打火机受到重力敲击。一次性打火机里充满了丁烷等液化气体，打火机受到撞击后，塑料外壳破碎，造成压力不等，液化气体外泄，使打火机外壳破裂爆炸。

【学生观点2】存放打火机要远离火源和高温环境。打火机的塑料外壳受热易发生形变导致气体泄漏，温度达到丁烷的着火点会引起爆炸。

【学生观点3】使用打火机前要检查是否漏气。

设计意图：培养学生针对真实问题运用所学知识提出解决方案的能力。

五、教学反思

（一）知识方面

本项目基于学生实际生活中的常见物品“打火机”作为项目主题，以探究打火机的工作原理为线索设计一系列项目任务。学生经历完整的探究过程，逐步建构燃烧需要的三个条件，理解燃烧概念。

（二）能力与素养方面

学生在解决项目式教学问题的过程中，其分析资料、实验探究、比较与归纳等能力得到提升；以物理与化学相结合的视角解释打火机的工作原理，形成物质的性质决定用途的意识；开展基于给定信息进行分析推理和设计实验探究方案等活动，学生的科学探究素养得以发展。

（三）思维方面

设计一系列具有针对性的问题，从“拆解打火机，了解打火机的内部结构”“解释丁烷适合作为打火机燃料的原因”到“探究打火机的点火过程”“如何合理保存与使用打火机”，将总任务拆解成逻辑关系上紧密相连的、问题解决思路上层层递进的子任务，最终形成项目作品“打火机的工作原理图”。学生经历完整的探究过程，初步形成了解决问题的一般思路与方法，通过自主设计项目产品，有利于外显与整合解决问题的思路过程。

（四）兴趣方面

在项目式教学过程中，学生的学习热情高涨，能够积极投身于问题解决中，真正成为学习的主体，收获了对于学习情境的沉浸式体验感、合作交流的温馨和谐感、问题解决的成就感、设计项目产品的创新感等真实体验。