魏銳

一、從幾項熟悉的實驗問題說起

本項目在期望學生從生活現(xiàn)象認識化學原理的同時，也能夠讓學生感受到平凡事物中的神奇奧妙。這些神奇之處即使對于教師而言或許司空見慣，但未必留心觀察過，用心思考過。除了常規(guī)教學中關注的“知識要點”，還能從教材中發(fā)現(xiàn)許多讓人驚異和感嘆之處。下面擷取三例，與讀者分享。鑒于篇幅限制，以下三例主要是提出問題，不作回答，旨在啟發(fā)讀者思考。

1.從蠟燭燃燒現(xiàn)象可以提出哪些科學問題？

1860年圣誕，偉大的科學家法拉第以“蠟燭的故事”為題為青少年朋友連續(xù)開展了六場專題報告，深入探討了蠟燭燃燒的原因、蠟燭火焰的形狀、火焰的顏色等一系列問題，并由此擴展到許多物理、化學和生物的基本概念。此后，關于蠟燭火焰的溫度、光譜、成分的研究以及微重力條件下的蠟燭燃燒實驗，進一步拓展了人們對燃燒的認識，從而也大大增強了這一教學內(nèi)容的趣味性和時代性。就蠟燭燃燒這樣一個常見的現(xiàn)象，都可以提出哪些科學問題？對這些問題我們都能給出合理的解釋嗎？表1列舉了一些基于蠟燭燃燒顯現(xiàn)提出的科學問題。

上述問題是豐富多樣的，而且可以承載核心科學概念的教學。其中不乏我們司空見慣的現(xiàn)象，但平時并沒有留意和質疑，當追問起來的時候還真不知道該如何解釋。由此思考：如何能夠提出更多的科學問題？是否有可供教學借鑒的方法和策略？

2.如何證明氧氣支持燃燒？

對于初中學生而言，通過小學科學的學習以及結合生活經(jīng)驗，都知道氧氣支持燃燒。這一認識將在初中化學中進一步深化，即認識燃燒是可燃物與空氣中的氧氣發(fā)生的化學變化。針對這一教學內(nèi)容，有沒有追問過：空氣中含有氧氣、氮氣等多種成分，氧氣約占空氣總體積的21%，氮氣約占78%，其他成分約占1%。為何我們直接得出結論是氧氣發(fā)揮的作用呢？根據(jù)可燃物在空氣中的燃燒現(xiàn)象，可以猜想是氧氣發(fā)揮作用，也可以猜想是氮氣發(fā)揮作用。如何才能證明是空氣中的氧氣支持燃燒呢？

直述結論的教學往往是簡單的，但是要體現(xiàn)科學推理的過程，這個問題似乎就不太好回答。首先需要做一個簡化的處理，忽略其他含量很低的成分對燃燒的影響，那么氧氣和氮氣就是我們要探究的兩個影響因素（變量）。要說明某一成分是否支持燃燒，可用這種成分的純物質來進行實驗，以消除其他因素的影響，證明氧氣可以支持燃燒。當然，還需要實驗證明可燃物在其他成分氣體（氮氣）中無法燃燒。兩條證據(jù)相互匹配，才能得出結論。這個過程中就運用了控制變量、推理論證等思維方法。由此設想，這樣是否更加體現(xiàn)化學作為一門科學的理性之美？是否更能夠提升學生的批判意識和思維能力？若如此，如何將這一科學發(fā)現(xiàn)過程轉化為教學活動呢？

3.燃具的設計中有哪些科學原理？

此處的“燃具”一詞，既包括實驗用的加熱裝置，也包括生活、生產(chǎn)中真實的燃燒反應所發(fā)生的場所。首先從酒精燈和蠟燭的對比談起，觀察會發(fā)現(xiàn)它們既有相似點又有不同點。相同點例如蠟燭和酒精燈都需要燈芯，不同點例如酒精燈的燈芯鑲嵌在陶瓷柱里，而蠟燭的燭芯卻直接佇立在蠟中。為什么這樣設計？陶瓷柱只是簡單的固定燈芯嗎？實驗室還會用到酒精噴燈，若比較酒精燈與酒精噴燈的結構、燃燒的現(xiàn)象，也完全不同。它們的工作原理存在哪些差異？

家庭使用煤作燃料，一般不直接燒煤塊，而是將煤粉、黃土、水按照適當?shù)谋壤龜嚢杈鶆颍瑪D壓成球形或蜂窩狀，曬干后得到煤球或蜂窩煤。為什么需要對“可燃物”做這樣復雜的加工？煤球爐的進風口在下部，其結構為何這樣設計？為了更好地提高煤燃燒的效率，提高加熱的溫度，在生活中和生產(chǎn)中都采用了哪些技術改進手段？

與煤相比，另一種常見的燃料——天然氣的使用和調控方式與煤有何不同？家里的燃氣灶的結構是怎樣的？每個部位具有怎樣的功能？燃氣灶的發(fā)展、進步得到了哪些技術支撐？借助了哪些科學原理？

二、項目的結構設計

項目學習實驗教材一方面落實課程標準以及當前教學對于燃燒的常規(guī)要求，另一方面融入上述常見且熟悉的但很少究其原理的科學技術問題，進行項目的整體設計，使學生能夠體會平凡事物中科學原理之奧妙，以期達到以下目標：a.通過探究常見可燃物的燃燒過程，讓學生初步認識物質燃燒所發(fā)生的化學變化，認識氧氣在燃燒中發(fā)揮的作用，認識燃燒、緩慢氧化和爆炸發(fā)生的條件，了解防火滅火、防范爆炸的措施。b.通過探究常見燃料的燃燒現(xiàn)象及其在真實生活中的應用形式，讓學生認識燃燒的條件和調控方式，能夠評估使用這些燃料對環(huán)境的影響，知道如何選擇對環(huán)境污染較小的燃料。c.通過對燃燒原理、規(guī)律的探究以及設計未來的燃料，讓學生初步體驗科學探究和項目研究的過程與方法。

1.本項目的核心任務和活動拆解。

本項目將“探索燃燒的奧秘”拆解為項目導引和3個任務。從知識線索的角度，項目導引主要承載物理變化與化學變化的知識。任務1“燃燒是如何發(fā)生的”主要承載可燃物與氧氣的反應、著火點。任務2“如何調控燃燒”主要承載燃燒的完全程度、二氧化碳不支持燃燒。任務3“未來的燃料是怎樣的”主要承載燃燒過程中的物質轉化、傳統(tǒng)及新型燃料。項目導引與3個任務均通過設置系列活動來支持教學活動的展開。（見表2）

2.項目成果及完成進度的規(guī)劃。

通過一系列項目學習活動，最終形成項目成果或項目作品，是項目學習的重要特點。在本項目中，學生通過探索燃燒的奧秘、分析生產(chǎn)生活中調控燃燒的技術方法，調查燃料的變遷并分析其中的原因，并在此基礎上展望和設計未來的燃料。在項目完成時，學生需要撰寫一份與“展望和設計未來的燃料”話題有關的研究報告，并繪制海報或制作PPT，進行展示。這樣可培養(yǎng)學生對整個項目學習過程進行梳理總結、反思提煉的能力，以及展示表達能力。為了監(jiān)控和推進項目進程，每個任務之后都設置了“檢查進度”欄目，提出指向項目成果的階段性要求。

任務1檢查進度：為了能更好地評價和篩選未來的燃料，通過調查活動對可供選用的燃料做一個系統(tǒng)的梳理。包括燃燒的應用形式、涉及的物質及反應、燃燒的裝置、燃燒的調控、燃燒的失控及其避免等。