魏锐

一、从几项熟悉的实验问题说起

本项目在期望学生从生活现象认识化学原理的同时，也能够让学生感受到平凡事物中的神奇奥妙。这些神奇之处即使对于教师而言或许司空见惯，但未必留心观察过，用心思考过。除了常规教学中关注的“知识要点”，还能从教材中发现许多让人惊异和感叹之处。下面撷取三例，与读者分享。鉴于篇幅限制，以下三例主要是提出问题，不作回答，旨在启发读者思考。

1.从蜡烛燃烧现象可以提出哪些科学问题？

1860年圣诞，伟大的科学家法拉第以“蜡烛的故事”为题为青少年朋友连续开展了六场专题报告，深入探讨了蜡烛燃烧的原因、蜡烛火焰的形状、火焰的颜色等一系列问题，并由此扩展到许多物理、化学和生物的基本概念。此后，关于蜡烛火焰的温度、光谱、成分的研究以及微重力条件下的蜡烛燃烧实验，进一步拓展了人们对燃烧的认识，从而也大大增强了这一教学内容的趣味性和时代性。就蜡烛燃烧这样一个常见的现象，都可以提出哪些科学问题？对这些问题我们都能给出合理的解释吗？表1列举了一些基于蜡烛燃烧显现提出的科學问题。

上述问题是丰富多样的，而且可以承载核心科学概念的教学。其中不乏我们司空见惯的现象，但平时并没有留意和质疑，当追问起来的时候还真不知道该如何解释。由此思考：如何能够提出更多的科学问题？是否有可供教学借鉴的方法和策略？

2.如何证明氧气支持燃烧？

对于初中学生而言，通过小学科学的学习以及结合生活经验，都知道氧气支持燃烧。这一认识将在初中化学中进一步深化，即认识燃烧是可燃物与空气中的氧气发生的化学变化。针对这一教学内容，有没有追问过：空气中含有氧气、氮气等多种成分，氧气约占空气总体积的21%，氮气约占78%，其他成分约占1%。为何我们直接得出结论是氧气发挥的作用呢？根据可燃物在空气中的燃烧现象，可以猜想是氧气发挥作用，也可以猜想是氮气发挥作用。如何才能证明是空气中的氧气支持燃烧呢？

直述结论的教学往往是简单的，但是要体现科学推理的过程，这个问题似乎就不太好回答。首先需要做一个简化的处理，忽略其他含量很低的成分对燃烧的影响，那么氧气和氮气就是我们要探究的两个影响因素（变量）。要说明某一成分是否支持燃烧，可用这种成分的纯物质来进行实验，以消除其他因素的影响，证明氧气可以支持燃烧。当然，还需要实验证明可燃物在其他成分气体（氮气）中无法燃烧。两条证据相互匹配，才能得出结论。这个过程中就运用了控制变量、推理论证等思维方法。由此设想，这样是否更加体现化学作为一门科学的理性之美？是否更能够提升学生的批判意识和思维能力？若如此，如何将这一科学发现过程转化为教学活动呢？

3.燃具的设计中有哪些科学原理？

此处的“燃具”一词，既包括实验用的加热装置，也包括生活、生产中真实的燃烧反应所发生的场所。首先从酒精灯和蜡烛的对比谈起，观察会发现它们既有相似点又有不同点。相同点例如蜡烛和酒精灯都需要灯芯，不同点例如酒精灯的灯芯镶嵌在陶瓷柱里，而蜡烛的烛芯却直接伫立在蜡中。为什么这样设计？陶瓷柱只是简单的固定灯芯吗？实验室还会用到酒精喷灯，若比较酒精灯与酒精喷灯的结构、燃烧的现象，也完全不同。它们的工作原理存在哪些差异？

家庭使用煤作燃料，一般不直接烧煤块，而是将煤粉、黄土、水按照适当的比例搅拌均匀，挤压成球形或蜂窝状，晒干后得到煤球或蜂窝煤。为什么需要对“可燃物”做这样复杂的加工？煤球炉的进风口在下部，其结构为何这样设计？为了更好地提高煤燃烧的效率，提高加热的温度，在生活中和生产中都采用了哪些技术改进手段？

与煤相比，另一种常见的燃料——天然气的使用和调控方式与煤有何不同？家里的燃气灶的结构是怎样的？每个部位具有怎样的功能？燃气灶的发展、进步得到了哪些技术支撑？借助了哪些科学原理？

二、项目的结构设计

项目学习实验教材一方面落实课程标准以及当前教学对于燃烧的常规要求，另一方面融入上述常见且熟悉的但很少究其原理的科学技术问题，进行项目的整体设计，使学生能够体会平凡事物中科学原理之奥妙，以期达到以下目标：a.通过探究常见可燃物的燃烧过程，让学生初步认识物质燃烧所发生的化学变化，认识氧气在燃烧中发挥的作用，认识燃烧、缓慢氧化和爆炸发生的条件，了解防火灭火、防范爆炸的措施。b.通过探究常见燃料的燃烧现象及其在真实生活中的应用形式，让学生认识燃烧的条件和调控方式，能够评估使用这些燃料对环境的影响，知道如何选择对环境污染较小的燃料。c.通过对燃烧原理、规律的探究以及设计未来的燃料，让学生初步体验科学探究和项目研究的过程与方法。

1.本项目的核心任务和活动拆解。

本项目将“探索燃烧的奥秘”拆解为项目导引和3个任务。从知识线索的角度，项目导引主要承载物理变化与化学变化的知识。任务1“燃烧是如何发生的”主要承载可燃物与氧气的反应、着火点。任务2“如何调控燃烧”主要承载燃烧的完全程度、二氧化碳不支持燃烧。任务3“未来的燃料是怎样的”主要承载燃烧过程中的物质转化、传统及新型燃料。项目导引与3个任务均通过设置系列活动来支持教学活动的展开。（见表2）

2.项目成果及完成进度的规划。

通过一系列项目学习活动，最终形成项目成果或项目作品，是项目学习的重要特点。在本项目中，学生通过探索燃烧的奥秘、分析生产生活中调控燃烧的技术方法，调查燃料的变迁并分析其中的原因，并在此基础上展望和设计未来的燃料。在项目完成时，学生需要撰写一份与“展望和设计未来的燃料”话题有关的研究报告，并绘制海报或制作PPT，进行展示。这样可培养学生对整个项目学习过程进行梳理总结、反思提炼的能力，以及展示表达能力。为了监控和推进项目进程，每个任务之后都设置了“检查进度”栏目，提出指向项目成果的阶段性要求。

任务1检查进度：为了能更好地评价和筛选未来的燃料，通过调查活动对可供选用的燃料做一个系统的梳理。包括燃烧的应用形式、涉及的物质及反应、燃烧的装置、燃烧的调控、燃烧的失控及其避免等。