“燃燒和滅火”主題大概念教學-九年級化學人教版上冊

“燃燒和滅火”主題大概念教學“燃燒和滅火”是義務(wù)教育化學課程的經(jīng)典學習內(nèi)容。在2011年版課標中，該內(nèi)容位于“化學與社會發(fā)展”主題的“化學與能源和資源的利用”部分，其相關(guān)的內(nèi)容要求為“認識燃料完全燃燒的重要性，了解使用氫氣、天然氣（或沼氣）、液化石油氣、煤氣、酒精、汽油和煤等燃料對環(huán)境的影響，懂得選擇對環(huán)境污染較小的燃料”“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”。由此可見，對于這部分內(nèi)容，2011年版課標以常見燃料種類、燃燒條件、滅火措施等具體知識為學習要求，包含基于具體知識的簡單推理。而在新課標中，“燃燒和滅火”位于“物質(zhì)的化學變化”主題，屬于“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”這一大概念統(tǒng)領(lǐng)的核心知識。同一學習內(nèi)容，主題關(guān)系的改變，意味著核心學習目標的變化以及對學生發(fā)展價值的變化。新課標中，“燃燒和滅火”這一內(nèi)容所在的學習主題是“物質(zhì)的化學變化”，涉及的大概念為“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”，這一大概念引導學生從變化的視角認識物質(zhì)世界，體會物理變化與化學變化的不同，要求學生在面對物質(zhì)的化學變化時，能夠從物質(zhì)角度、能量角度、物質(zhì)間實現(xiàn)轉(zhuǎn)化需要遵循的規(guī)律、化學反應(yīng)發(fā)生的條件等角度進行探討，并理解化學反應(yīng)中物質(zhì)間的定量關(guān)系，發(fā)展化學學科的變化觀念。學生要建立、發(fā)展并能夠運用“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”這一大概念，需要化學變化特征、化學反應(yīng)類型、化學反應(yīng)中的定量關(guān)系與質(zhì)量守恒定律等核心知識的支撐，并獲得認識化學反應(yīng)的基本思路和方法?！叭紵蜏缁稹睂儆谒谥黝}的核心知識，新課標中，該部分的具體要求為“通過實驗探究認識燃燒的條件，理解燃燒和滅火的原理及其在生活中的應(yīng)用，初步體會調(diào)控化學反應(yīng)的重要意義”。從這一表述中我們可以看出：第一，“燃燒和滅火”屬于“物質(zhì)的化學變化”主題的學習內(nèi)容，燃燒是化學變化的重要例證，通過對燃燒的理解認識可以學習化學變化的相關(guān)知識；第二，燃燒需要條件，燃燒在生活中有重要作用，燃燒時物質(zhì)的化學變化伴隨著能量變化，化學反應(yīng)需要一定的條件；第三，“燃燒和滅火”體現(xiàn)了調(diào)控化學反應(yīng)的重要意義，為本主題下學生重要態(tài)度的發(fā)展提供了學習素材；第四，通過實驗探究認識燃燒的條件，說明了知識獲得的方式，同時也發(fā)展了學生的科學探究能力。結(jié)合新課標各主題五個維度的學習內(nèi)容，“燃燒和滅火”這一內(nèi)容的學習在幫助學生理解形成“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”大概念、認識化學反應(yīng)的思路與方法等方面也具有發(fā)展功能。由于燃燒和滅火是生活中的常見現(xiàn)象，學生對此有比較豐富的感性經(jīng)驗和原始認識。因此，這一教學內(nèi)容可以被安排在化學課程的不同階段，但其學習目標都應(yīng)包含以下要素：1.基于化學變化的視角認識燃燒現(xiàn)象，分析燃燒的物質(zhì)變化、能量形式變化，如燃燒的物質(zhì)變化和能量變化、燃燒的現(xiàn)象；2.通過實驗探究理解關(guān)于燃燒條件、滅火原理等基本知識；3.通過對燃燒等化學變化的概括、總結(jié)，發(fā)展“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”大概念；依據(jù)大概念認識燃燒現(xiàn)象，解決燃燒相關(guān)問題；4.通過對燃燒現(xiàn)象的系統(tǒng)、全面分析，形成多角度認識化學反應(yīng)的思路方法；應(yīng)用認識化學反應(yīng)的思路與方法分析燃燒現(xiàn)象及相關(guān)問題；5.通過對燃燒和滅火調(diào)控的討論，發(fā)展對研究和調(diào)控化學反應(yīng)的價值的認識；6.通過燃燒條件的實驗探究和相關(guān)實踐活動完成上述學習；在上述學習的基礎(chǔ)上開展實驗探究和實踐活動。“燃燒和滅火”的學習除了要讓學生獲得具體知識，還要承載學生建立大概念和應(yīng)用大概念解決化學變化相關(guān)問題、形成與運用相關(guān)思路方法解決問題，以及感受化學反應(yīng)的應(yīng)用與調(diào)控的意義等重要的學習價值。圖1呈現(xiàn)了“燃燒和滅火”學習內(nèi)容的五維要素發(fā)展關(guān)系。實踐任務(wù)“給民用飛機尋找合適燃料”“為飛機找燃料”就是利用燃料的燃燒反應(yīng)為飛機提供能量，根據(jù)新課標提出的核心思路方法要求，引導學生從物質(zhì)變化、能量變化、反應(yīng)條件、反應(yīng)現(xiàn)象幾個角度，結(jié)合定量認識方法，概括形成選擇燃料以及燃燒反應(yīng)的評價指標：1.可燃物和助燃物（反應(yīng)物）易得、成本低，可燃物最好不是氣體，方便攜帶，但又要與助燃物充分混合；助燃物可以攜帶，也可以直接用空氣中的氧氣。2.產(chǎn)物盡量環(huán)保，如果能循環(huán)利用就更好，根據(jù)元素守恒，反應(yīng)物中最好不要有硫、氮等燃燒后產(chǎn)生污染氣體的元素，或者產(chǎn)物可以被收集再利用。3.選擇放出能量多的燃燒反應(yīng)，若助燃物都是空氣中的氧氣，則利用化學反應(yīng)的比例關(guān)系比較相同質(zhì)量的可燃物燃燒放出能量的多少。4.選擇反應(yīng)條件適宜的反應(yīng)，反應(yīng)條件易于達成，但是又不能過于易燃，以免不安全。5.考慮燃燒現(xiàn)象，盡量選擇平穩(wěn)燃燒、不容易爆炸的反應(yīng)。再結(jié)合技術(shù)、工程方面的思考，還可以根據(jù)可燃物和助燃物配比設(shè)計燃燒反應(yīng)發(fā)生區(qū)域的進料裝置，根據(jù)反應(yīng)條件設(shè)計點火裝置，根據(jù)對燃燒產(chǎn)物的循環(huán)利用設(shè)計產(chǎn)物回收裝置等。發(fā)揮大概念的統(tǒng)領(lǐng)作用，讓學生形成認識化學反應(yīng)的思路與方法，使其真正體會到研究化學變化、調(diào)控化學反應(yīng)的價值和參與探究活動、形成創(chuàng)新成果的快樂。以燃燒相關(guān)問題的分析和解決為能力發(fā)展目標的教學規(guī)劃：發(fā)展階段一：關(guān)注物質(zhì)的變化在進入化學課程前，學生幾乎不能從物理變化、化學變化的角度看待身邊的各種現(xiàn)象，沒有形成看待物質(zhì)變化的穩(wěn)定的觀念，所以，本單元化學課程的起始階段是建立化學變化主題的大概念，讓學生形成初步的物質(zhì)變化觀。這一階段教師需引導學生觀察身邊各種各樣的變化，發(fā)現(xiàn)變化無處不在，認識燃燒也是一種變化，并伴隨很多現(xiàn)象。發(fā)展階段二：認識化學變化特征各種燃燒現(xiàn)象是幫助學生認識物理變化和化學變化的有效素材，例如，物質(zhì)燃燒后變?yōu)榛覡a、黑煙、氣體等是化學變化產(chǎn)生新物質(zhì)的判斷依據(jù)；蠟燭燃燒后部分蠟燭受熱變形，變形后的蠟燭依然可以使用又是物理變化的典型示例。對燃燒及其他常見化學變化的觀察分析可以幫助學生初步建立認識化學反應(yīng)的幾個角度：反應(yīng)物→生成物的物質(zhì)變化視角，化學變化伴隨能量變化的視角，從沉淀、氣體、顏色變化、發(fā)光、放熱等各種現(xiàn)象推測化學反應(yīng)發(fā)生的視角。發(fā)展階段三：認識化學反應(yīng)是一個系統(tǒng)，需要反應(yīng)條件在觀察各種燃燒現(xiàn)象時，學生對“化學反應(yīng)需要一定的反應(yīng)條件”是有直觀感受的。學生可從已有經(jīng)驗出發(fā)，通過控制變量的實驗探究過程確認可燃物、氧氣、達到著火點是燃燒發(fā)生的三個條件。在已經(jīng)認識了化學反應(yīng)的基本特征、具備了認識化學反應(yīng)的初步思路的基礎(chǔ)上，學生對燃燒條件的認識就不能僅停留在經(jīng)驗概括層面，而應(yīng)學會運用對物質(zhì)變化的認識建立化學反應(yīng)認識模型（圖2），運用認識模型理解燃燒的三個條件以及其他化學反應(yīng)條件，調(diào)控化學反應(yīng)的發(fā)生。發(fā)展階段四：理解化學變化本質(zhì)通過對燃燒及其他簡單化學反應(yīng)的學習，從反應(yīng)物、生成物的名稱，結(jié)合化學式的書寫，學生可以感受反應(yīng)物和生成物之間存在相同的要素，反應(yīng)物向生成物轉(zhuǎn)化是元素在物質(zhì)中的傳遞，從而形成樸素的元素觀。隨著對元素、物質(zhì)的組成等內(nèi)容的學習，學生能進一步明確物質(zhì)轉(zhuǎn)化遵循元素守恒的定理，理解化學反應(yīng)前后原子的種類數(shù)量不變，認識化學變化的本質(zhì)?；诖?，學生可以從化學反應(yīng)的反應(yīng)物預估生成物，也可以根據(jù)生成物推測反應(yīng)物，還可以根據(jù)需要的生成物初步設(shè)計可能的化學反應(yīng)。比如，含有硫元素、氮元素的可燃物不宜作為大規(guī)模使用的民用燃料，以免帶來空氣污染；若需要燃燒過程實現(xiàn)低碳，可以減少含碳元素燃料的使用，或者將燃燒生成的二氧化碳等含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)。發(fā)展階段五：理解化學反應(yīng)中各物質(zhì)間存在定量關(guān)系化學反應(yīng)中存在兩類定量關(guān)系，一類是反應(yīng)物質(zhì)量總和與生成物質(zhì)量總和相等的質(zhì)量關(guān)系，另一類是化學反應(yīng)各物質(zhì)間的比例關(guān)系?；瘜W反應(yīng)存在質(zhì)量關(guān)系的原因是化學反應(yīng)前后原子種類、個數(shù)不變，存在比例關(guān)系的原因是各種原子按照一定比例關(guān)系構(gòu)成各物質(zhì)。發(fā)展學生對化學反應(yīng)的定量認識可以幫助其更精準地利用和調(diào)控化學反應(yīng)，計算產(chǎn)量或原料用量，在燃燒反應(yīng)中根據(jù)物質(zhì)間的比例關(guān)系以及物質(zhì)和釋放能量的比例關(guān)系推算可燃物和助燃劑的用量關(guān)系，計算一定燃料燃燒可以獲得多少能量等。發(fā)展階段六：形成變化觀，在真實問題解決中系統(tǒng)、多角度分析化學變化，調(diào)控化學反應(yīng)通過該單元的學習，學生應(yīng)具有化學變化觀，不僅能全面地、定性-定量地分析燃燒相關(guān)的各種問題，還能敏銳地從任務(wù)情境中發(fā)現(xiàn)陌生化學變化，并在“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”大概念統(tǒng)領(lǐng)下，利用化學反應(yīng)系統(tǒng)分析、定性-定量分析等方法解決問題。教師在進行上述以大概念發(fā)展為主線索的單元整體規(guī)劃時，可考慮選擇一個實踐主題作為主情境素材驅(qū)動學生學習。例如，研究家用燃料的變遷，可以通過“遠古時期人們可以通過哪些方法獲得能量？”“為什么煤、石油、天然氣是常見的燃料？”“為什么不同燃料需要不同的灶具，不斷改進的灶具優(yōu)化了什么？”“選擇哪種燃料更劃算？”“未來燃料和灶具什么樣？”等一系列問題提升學生知識方法的運用能力。上述內(nèi)容也可以分為幾個階段和物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用、物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)等教學內(nèi)容穿插完成，為“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”大概念的發(fā)展提供更多知識支持，發(fā)揮大概念功能價值。人教版九年級化學教材中“燃燒和滅火”，教師以“酒精燈的研究”為主要素材向?qū)W生提出指向“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”大概念發(fā)展的驅(qū)動性問題，設(shè)計學習活動，意圖通過學習活動，實現(xiàn)對大概念的建構(gòu)、鞏固、發(fā)展、診斷。在本課教學前，學生已經(jīng)完成“我們周圍的空氣”“碳和碳的氧化物”“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”“化學方程式”等內(nèi)容的學習，對化學變化有了很多經(jīng)驗，但對“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”大概念的意識和運用能力仍舊不足。本次教學意圖借助“燃燒和滅火”這一化學變化的重要素材，幫助學生構(gòu)建基于“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”大概念的視角分析解決化學變化相關(guān)問題的系統(tǒng)思維。上課開始時，教師演示了“魔棒點燈”（用蘸取高錳酸鉀和濃硫酸混合物的玻璃棒點燃酒精燈），提出問題：“神奇的魔棒點燃了酒精燈，燃燒是如何發(fā)生的，需要哪些條件呢？”并指導學生通過實驗探究確定了燃燒的三個條件：可燃物、氧氣、達到著火點。同時，解釋“魔棒點燈”的原理是“魔棒”上的物質(zhì)發(fā)生了化學變化，放熱和產(chǎn)生氧氣（此處也是為后續(xù)從能量變化、物質(zhì)變化角度認識化學反應(yīng)做隱性鋪墊）。接著，教師引導學生進一步探討酒精燈的燃燒問題。問題1：點燃酒精燈時到底發(fā)生了什么？教師引導學生進行小組討論，經(jīng)過討論，所有小組都能提出酒精在燈芯的幫助下?lián)]發(fā)出來，與空氣中的氧氣接觸，遇到燃燒的火柴等高溫物時就燃燒起來，即用燃燒條件的三要素進行分析。也有小組提出，酒精燃燒產(chǎn)生了二氧化碳。此時教師繼續(xù)追問：“為什么會想到產(chǎn)生二氧化碳？當我們關(guān)注到酒精燃燒生成二氧化碳的時候，我們實際上是從什么角度看酒精的燃燒的？”學生總結(jié)出自己是從物質(zhì)變化或化學變化的角度看酒精的燃燒的。教師進一步補充證據(jù)：酒精的化學式為，用什么證據(jù)可以證明發(fā)生了化學變化？學生設(shè)計實驗檢驗酒精燃燒后的產(chǎn)物是二氧化碳和水，教師用二氧化碳傳感器、空氣濕度傳感器實驗證明酒精燃燒后的產(chǎn)物是二氧化碳和水（圖3）。教師再次提問：“從燃燒的三個條件角度分析燃燒和從化學變化角度分析燃燒有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？”部分學生只能分析出燃燒的三個條件是告訴我們怎么操作，而化學變化說的是燃燒的本質(zhì)。也有學生發(fā)現(xiàn)化學變化與燃燒的條件是一致的，可燃物和氧氣就是化學變化中的反應(yīng)物，達到著火點就是反應(yīng)條件。學生還發(fā)現(xiàn)，從化學變化的角度看燃燒會得到更多信息，可以根據(jù)可燃物推測生成物（教師板書呈現(xiàn)了燃燒條件和化學反應(yīng)間的關(guān)系）。問題2：酒精燈是實驗室的主要熱源，生活中還有很多燃燒現(xiàn)象，為什么不能作為實驗室熱源使用？都是化學變化，這些燃燒到底有什么不一樣？經(jīng)過激烈的小組討論后，學生提出了系列觀點：燃燒的反應(yīng)物不同，引起燃燒的溫度不同；燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物不同，燃燒放出的能量不同；有的燃燒沒有火焰（學生舉例木炭和鐵絲燃燒）……據(jù)此，教師將學生從物質(zhì)的變化（反應(yīng)物、生成物）、能量變化、反應(yīng)條件、反應(yīng)現(xiàn)象幾個角度分析的燃燒反應(yīng)，以及利用元素守恒推測不同燃料燃燒后的產(chǎn)物，概括為“認識一般化學反應(yīng)的角度”，讓學生認識到這些角度可以幫助他們比較、選擇化學反應(yīng)，甚至是調(diào)控、設(shè)計化學反應(yīng)（教師邊講述邊將這些角度補充在板書上，形成化學反應(yīng)的系統(tǒng)認識模型）。此后，教師進一步啟發(fā)學生：“我們知道化學反應(yīng)中存在定量關(guān)系，大家認為從定量角度認識化學反應(yīng)有意義嗎？從定量角度認識燃燒反應(yīng)有價值嗎？”學生從反應(yīng)物與生成物的質(zhì)量關(guān)系、燃料和氧氣的質(zhì)量關(guān)系、燃料或生成物質(zhì)量與釋放能量多少的關(guān)系等多方面論證定量認識化學反應(yīng)有意義。教師把定量角度補充在板書上，如圖4所示。問題3：酒精燈被廣泛使用，說明人們對熱源有需求。但是咱們有很多同學不愿意使用酒精燈。酒精燈到底存在什么問題？我們可以從哪些方面優(yōu)化它呢？

為解決這一真實問題，學生以小組為單位展開討論，由一個小組主匯報，其他小組進行補充。在小組討論過程中，學生先從直觀感受入手，比如點火可能燙手，酒精流出會引發(fā)火災等；隨著討論的深入，學生開始尋找更系統(tǒng)的方式——用化學反應(yīng)認識模型，尋找改進角度。通過現(xiàn)場歸類，學生提出的改進方法可以概括為以下幾種：從反應(yīng)物角度看：用固體酒精減少流動，用更高濃度的酒精提高揮發(fā)性，讓揮發(fā)的酒精和氧氣混合后再點燃，提高氧氣濃度等。從生成物角度看：產(chǎn)物二氧化碳不夠環(huán)保，選擇用不含碳元素的燃料。從能量變化角度看：只要能放熱的反應(yīng)都可以作為熱源，比如“魔棒點燈”的反應(yīng)就可以，尋找這種放熱多的