資源簡介

“燃燒和滅火”主題大概念教學
“燃燒和滅火”是義務教育化學課程的經典學習內容。在2011年版課標中，該內容位于“化學與社會發展”主題的“化學與能源和資源的利用”部分，其相關的內容要求為“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境的影響，懂得選擇對環境污染較小的燃料”“認識燃燒、緩慢氧化和爆炸發生的條件，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“物質的化學變化”主題，屬于“物質的變化與轉化”這一大概念統領的核心知識。同一學習內容，主題關系的改變，意味著核心學習目標的變化以及對學生發展價值的變化。
新課標中，“燃燒和滅火”這一內容所在的學習主題是“物質的化學變化”，涉及的大概念為“物質的變化與轉化”，這一大概念引導學生從變化的視角認識物質世界，體會物理變化與化學變化的不同，要求學生在面對物質的化學變化時，能夠從物質角度、能量角度、物質間實現轉化需要遵循的規律、化學反應發生的條件等角度進行探討，并理解化學反應中物質間的定量關系，發展化學學科的變化觀念。
學生要建立、發展并能夠運用“物質的變化與轉化”這一大概念，需要化學變化特征、化學反應類型、化學反應中的定量關系與質量守恒定律等核心知識的支撐，并獲得認識化學反應的基本思路和方法。“燃燒和滅火”屬于所在主題的核心知識，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用，初步體會調控化學反應的重要意義”。從這一表述中我們可以看出：第一，“燃燒和滅火”屬于“物質的化學變化”主題的學習內容，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，燃燒時物質的化學變化伴隨著能量變化，化學反應需要一定的條件；第三，“燃燒和滅火”體現了調控化學反應的重要意義，為本主題下學生重要態度的發展提供了學習素材；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，同時也發展了學生的科學探究能力。
結合新課標各主題五個維度的學習內容，“燃燒和滅火”這一內容的學習在幫助學生理解形成“物質的變化與轉化”大概念、認識化學反應的思路與方法等方面也具有發展功能。由于燃燒和滅火是生活中的常見現象，學生對此有比較豐富的感性經驗和原始認識。因此，這一教學內容可以被安排在化學課程的不同階段，但其學習目標都應包含以下要素：
1.基于化學變化的視角認識燃燒現象，分析燃燒的物質變化、能量形式變化，如燃燒的物質變化和能量變化、燃燒的現象；
2.通過實驗探究理解關于燃燒條件、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，發展“物質的變化與轉化”大概念；依據大概念認識燃燒現象，解決燃燒相關問題；
4.通過對燃燒現象的系統、全面分析，形成多角度認識化學反應的思路方法；應用認識化學反應的思路與方法分析燃燒現象及相關問題；
5.通過對燃燒和滅火調控的討論，發展對研究和調控化學反應的價值的認識；
6.通過燃燒條件的實驗探究和相關實踐活動完成上述學習；在上述學習的基礎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用大概念解決化學變化相關問題、形成與運用相關思路方法解決問題，以及感受化學反應的應用與調控的意義等重要的學習價值。圖1呈現了“燃燒和滅火”學習內容的五維要素發展關系。
實踐任務“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為飛機提供能量，根據新課標提出的核心思路方法要求，引導學生從物質變化、能量變化、反應條件、反應現象幾個角度，結合定量認識方法，概括形成選擇燃料以及燃燒反應的評價指標：
1.可燃物和助燃物（反應物）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.產物盡量環保，如果能循環利用就更好，根據元素守恒，反應物中最好不要有硫、氮等燃燒后產生污染氣體的元素，或者產物可以被收集再利用。
3.選擇放出能量多的燃燒反應，若助燃物都是空氣中的氧氣，則利用化學反應的比例關系比較相同質量的可燃物燃燒放出能量的多少。
4.選擇反應條件適宜的反應，反應條件易于達成，但是又不能過于易燃，以免不安全。
5.考慮燃燒現象，盡量選擇平穩燃燒、不容易爆炸的反應。
再結合技術、工程方面的思考，還可以根據可燃物和助燃物配比設計燃燒反應發生區域的進料裝置，根據反應條件設計點火裝置，根據對燃燒產物的循環利用設計產物回收裝置等。發揮大概念的統領作用，讓學生形成認識化學反應的思路與方法，使其真正體會到研究化學變化、調控化學反應的價值和參與探究活動、形成創新成果的快樂。
以燃燒相關問題的分析和解決為能力發展目標的教學規劃：
發展階段一：關注物質的變化
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象，沒有形成看待物質變化的穩定的觀念，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，發現變化無處不在，認識燃燒也是一種變化，并伴隨很多現象。
發展階段二：認識化學變化特征
各種燃燒現象是幫助學生認識物理變化和化學變化的有效素材，例如，物質燃燒后變為灰燼、黑煙、氣體等是化學變化產生新物質的判斷依據；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的幾個角度：反應物→生成物的物質變化視角，化學變化伴隨能量變化的視角，從沉淀、氣體、顏色變化、發光、放熱等各種現象推測化學反應發生的視角。
發展階段三：認識化學反應是一個系統，需要反應條件
在觀察各種燃燒現象時，學生對“化學反應需要一定的反應條件”是有直觀感受的。學生可從已有經驗出發，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生的三個條件。在已經認識了化學反應的基本特征、具備了認識化學反應的初步思路的基礎上，學生對燃燒條件的認識就不能僅停留在經驗概括層面，而應學會運用對物質變化的認識建立化學反應認識模型（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條件，調控化學反應的發生。
發展階段四：理解化學變化本質
通過對燃燒及其他簡單化學反應的學習，從反應物、生成物的名稱，結合化學式的書寫，學生可以感受反應物和生成物之間存在相同的要素，反應物向生成物轉化是元素在物質中的傳遞，從而形成樸素的元素觀。隨著對元素、物質的組成等內容的學習，學生能進一步明確物質轉化遵循元素守恒的定理，理解化學反應前后原子的種類數量不變，認識化學變化的本質。基于此，學生可以從化學反應的反應物預估生成物，也可以根據生成物推測反應物，還可以根據需要的生成物初步設計可能的化學反應。比如，含有硫元素、氮元素的可燃物不宜作為大規模使用的民用燃料，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轉化為其他物質。
發展階段五：理解化學反應中各物質間存在定量關系
化學反應中存在兩類定量關系，一類是反應物質量總和與生成物質量總和相等的質量關系，另一類是化學反應各物質間的比例關系。化學反應存在質量關系的原因是化學反應前后原子種類、個數不變，存在比例關系的原因是各種原子按照一定比例關系構成各物質。發展學生對化學反應的定量認識可以幫助其更精準地利用和調控化學反應，計算產量或原料用量，在燃燒反應中根據物質間的比例關系以及物質和釋放能量的比例關系推算可燃物和助燃劑的用量關系，計算一定燃料燃燒可以獲得多少能量等。
發展階段六：形成變化觀，在真實問題解決中系統、多角度分析化學變化，調控化學反應
通過該單元的學習，學生應具有化學變化觀，不僅能全面地、定性-定量地分析燃燒相關的各種問題，還能敏銳地從任務情境中發現陌生化學變化，并在“物質的變化與轉化”大概念統領下，利用化學反應系統分析、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展為主線索的單元整體規劃時，可考慮選擇一個實踐主題作為主情境素材驅動學生學習。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。上述內容也可以分為幾個階段和物質的性質與應用、物質的組成與結構等教學內容穿插完成，為“物質的變化與轉化”大概念的發展提供更多知識支持，發揮大概念功能價值。
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”為主要素材向學生提出指向“物質的變化與轉化”大概念發展的驅動性問題，設計學習活動，意圖通過學習活動，實現對大概念的建構、鞏固、發展、診斷。
在本課教學前，學生已經完成“我們周圍的空氣”“碳和碳的氧化物”“物質構成的奧秘”“化學方程式”等內容的學習，對化學變化有了很多經驗，但對“物質的變化與轉化”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，幫助學生構建基于“物質的變化與轉化”大概念的視角分析解決化學變化相關問題的系統思維。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”上的物質發生了化學變化，放熱和產生氧氣（此處也是為后續從能量變化、物質變化角度認識化學反應做隱性鋪墊）。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生了什么？
教師引導學生進行小組討論，經過討論，所有小組都能提出酒精在燈芯的幫助下揮發出來，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，酒精燃燒產生了二氧化碳。此時教師繼續追問：“為什么會想到產生二氧化碳？當我們關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？”學生總結出自己是從物質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：酒精的化學式為，用什么證據可以證明發生了化學變化？學生設計實驗檢驗酒精燃燒后的產物是二氧化碳和水，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別和聯系呢？”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。也有學生發現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物，達到著火點就是反應條件。學生還發現，從化學變化的角度看燃燒會得到更多信息，可以根據可燃物推測生成物（教師板書呈現了燃燒條件和化學反應間的關系）。
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？
經過激烈的小組討論后，學生提出了系列觀點：燃燒的反應物不同，引起燃燒的溫度不同；燃燒反應的產物不同，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）……據此，教師將學生從物質的變化（反應物、生成物）、能量變化、反應條件、反應現象幾個角度分析的燃燒反應，以及利用元素守恒推測不同燃料燃燒后的產物，概括為“認識一般化學反應的角度”，讓學生認識到這些角度可以幫助他們比較、選擇化學反應，甚至是調控、設計化學反應（教師邊講述邊將這些角度補充在板書上，形成化學反應的系統認識模型）。
此后，教師進一步啟發學生：“我們知道化學反應中存在定量關系，大家認為從定量角度認識化學反應有意義嗎？從定量角度認識燃燒反應有價值嗎？”學生從反應物與生成物的質量關系、燃料和氧氣的質量關系、燃料或生成物質量與釋放能量多少的關系等多方面論證定量認識化學反應有意義。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，酒精流出會引發火災等；隨著討論的深入，學生開始尋找更系統的方式——用化學反應認識模型，尋找改進角度。通過現場歸類，學生提出的改進方法可以概括為以下幾種：
從反應物角度看：用固體酒精減少流動，用更高濃度的酒精提高揮發性，讓揮發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：產物二氧化碳不夠環保，選擇用不含碳元素的燃料。
從能量變化角度看：只要能放熱的反應都可以作為熱源，比如“魔棒點燈”的反應就可以，尋找這種放熱多的反應替代酒精燃燒。
從反應條件看：最好不用劃火柴就可以點燃，但是又不能用太容易被點燃的燃料。
從反應現象看：最好是能釋放能量但又沒有火焰的反應，想辦法把能量集中起來用于加熱（也有學生反對，有火焰還可以判斷哪里有危險，沒火焰很難判斷哪里有危險）。不能選容易引起爆炸的反應。
從定量角度看：最好讓酒精和氧氣按比例混合（有學生反對，看到過資料氧氣濃度低的時候就不能燃燒了）；根據需要能量的多少設計大小不同的酒精燈。
……
每個小組都提出了改進酒精燈的想法， 在思考過程中學生可以感受到，化學反應的系統分析模型讓思維更有序、思考更有角度，讓自己能夠更順利地調控化學反應。隨后，教師請學生以小組為單位，設計本組的“改良版酒精燈”，作為本課的課后作業。
本課例中，教師提出了三個問題，問題1引導學生關注化學變化這一問題域，幫助學生初步建立了從物質變化、反應條件兩個角度認識化學反應的思路，形成了大概念雛形，初步感受大概念的應用價值。問題2在化學變化主題下討論問題，引導學生將頭腦中對化學變化的認識全面提取出來，并進行系統梳理，在問題1初步形成的大概念的基礎上，發展學生對化學變化的多角度系統認識，助其建構更完善的主題大概念。問題3是大概念價值的重要體現，也是應用實踐過程。在問題3的任務解決中，學生從習慣根據已有經驗解決問題轉化為運用大概念解決問題，從而強化了基于大概念分析問題，在大概念統領下調用知識、思路方法解決問題的能力。

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