初中化學“燃燒的條件”項目式教學實踐
——探究打火機的工作原理

劉東方 李 研 劉 偉 趙 飛

一、項目主題內容分析

“燃燒的條件”內容屬于“物質的化學變化”主題下“化學反應及質量守恒定律”的核心內容之一?！读x務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱課程標準）提出了解化學反應需要一定的條件；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；能運用變量控制思想設計燃燒條件等實驗探究方案[1]。這部分內容有三方面價值，一是通過分析與推理、實驗探究、歸納與總結等方式，掌握燃燒的定義及條件，增進對科學探究的體驗，增強化學學習的興趣，發展科學探究能力[2]；二是通過對比試驗，學會控制變量思想，培養預測實驗結果、設計實驗方案、分析事實、得出結論的能力；三是從物質變化、能量變化、反應條件、反應現象、元素守恒等視角認識燃燒，初步形成認識化學反應的系統思維意識[3]。

學生在日常生活中已經熟悉燃燒現象，在氧氣及其實驗室制取與性質驗證的學習中，觀察木炭、硫、紅磷、鐵絲、蠟燭等物質的燃燒，知道氧氣能支持燃燒，知道物質與氧氣間的反應屬于氧化反應，知道物質的燃燒需要有氧氣的參與；還經歷了大量的實驗探究，經歷提出問題、猜想假設、設計實驗、實施實驗、收集證據、分析推理得出實驗結論等過程，初步了解實驗探究的過程與方法，這為設計實驗方案、探究燃燒條件、得出燃燒定義奠定了理論與實踐基礎[4]。理解“燃燒的條件”有助于深入認識燃燒現象，引領“滅火的原理和方法”的學習。

隨著核心素養的提出，“燃燒的條件”的教學呈現出很多以發展核心素養為目標的設計思路。例如，在新授課中，以情境教學理論為基礎，將學生的日常生活經驗與教學內容聯系起來，或列舉古代人們用火取暖、燒烤食物、驅逐動物、冶煉金屬等情境[5]，或以艾德荒野取火，培養學生的證據意識，發展學生證據推理與模型認知等化學學科核心素養[3]，或以“鉆木取火成功需要什么條件”為問題情境，驅動學生探究燃燒的條件，感受燃燒的價值[6]。在復習課中，以“探究錫紙中的化學奧秘”為主題創設真實的、能引發學生探究欲望的學習情境，引導學生在探究問題過程中進行“燃燒的條件”相關知識的學習[7]。在項目式教學中還要進一步思考和探索：當生活與學科知識緊密連接后，如何以真實任務和驅動性問題貫穿學習始終，以幫助學生的認知、情感和實踐體驗順利融合，通過完成作品或成果，體現項目式教學的本質特征[8]。

從項目主題來看，打火機在日常生活中頗為常見，為人類的生活提供了便利。在打火機的內部結構中，液態丁烷作為打火機的燃料、壓電陶瓷是實現打火機點火的關鍵部件、對比打火機與火柴工作原理的異同得出燃燒的條件、探究打火機燃料燃燒的生成物等任務中蘊含了大量的化學知識，與本節課內容密切相關，體現了化學學科與人類生活息息相關。

二、項目教學目標

1.通過對比實驗，鞏固控制變量思想，掌握燃燒的現象、定義及條件，知道燃燒屬于化學變化。（必備基礎知識）

2.通過探究打火機的工作原理，能根據驅動性問題進行猜想與假設，開展科學探究；從物理與化學相結合的視角對打火機的點火過程進行解釋說明，初步形成物質的性質決定用途的認識思路，培養學生自主設計實驗方案的能力。（科學探究與實踐、化學觀念）

3.通過比較、歸納打火機的工作原理和火柴燃燒的異同點，得出燃燒的定義，建立從物質變化、反應條件、能量變化、反應現象等視角認識燃燒反應，初步形成認識化學反應的系統思維意識；通過解決真實問題，感受化學在生活中的應用，體會化學學科的現實價值。（科學思維、科學態度與責任）

三、項目任務及教學流程

首先，指導學生拆解打火機，了解打火機的內部結構。其次，引導學生從物理與化學相結合的角度探究“為什么丁烷適合作為打火機的燃料”，知道壓電陶瓷能使丁烷達到著火點，進而了解打火機的工作原理。再次，比較、歸納打火機燃料燃燒和火柴燃燒的異同，掌握燃燒需要的條件，從多個視角認識燃燒反應，得出燃燒的定義。最后，完成項目作品，繪制打火機的工作原理圖，并在師生之間進行交流討論。本項目中教學任務、驅動性問題、學生活動、教師活動以及設計意圖等教學流程如表1所示。

表1 教學流程

四、項目實施過程及學生學習成果

（一）介紹項目背景,提出項目問題

【展示實物，導入項目】展示打火機，供學生觀察并體驗打火機的工作過程。提出問題，打火機是如何產生火焰的？

【學生討論，形成思路】將打火機進行拆解，分析各個部件在工作過程中的作用，討論打火機是如何產生火焰的。

（二）拆解打火機，了解打火機的內部組成結構

【驅動性問題】打火機的外觀小巧精美，每個零部件在點火過程中都發揮著至關重要的作用。初步猜想打火機是怎樣產生火焰的？

【分組實驗】利用教師準備的平頭螺絲刀、手套等工具，在教師指導下拆解打火機，打火機的主要零件如圖1所示。

圖1 常見壓電打火機拆解示意圖

【猜想與匯報】打火機是通過某種方式點燃液態燃料而產生火焰的。其主要零部件有：塑料外殼、壓電陶瓷、按手、杠桿、噴氣嘴、防風帽、調火環、引流芯等。

設計意圖：通過拆解打火機，了解打火機的內部結構，培養學生動手操作能力與邏輯推理能力。

（三）從物理與化學相結合角度探究打火機的點火過程

【驅動性問題1】塑料殼中的液體就是打火機的燃料，該液體是什么物質？為什么選用該物質作為打火機的燃料？為了縮小猜想范圍，可以從以下四種物質中進行選擇。

A.酒精 B.水 C.液態丁烷 D.液氮

【學生討論與匯報】首先，經過實驗驗證，水和液氮不能燃燒，不能作為打火機的燃料，由此可以排除B、D 兩個選項；其次，在拆解打火機的過程中，可以觀察到打火機內部液體迅速汽化，由液態變成氣態，并伴隨一股刺激性氣味。而酒精具有醇香氣味，且液態酒精在常溫下不會迅速由液態變為氣態，由此可以排除選項A。綜上，打火機內部的燃料是液態丁烷。

【布置任務】閱讀資料卡片1（如表2所示），分析丁烷適合作為打火機燃料的原因。

表2 資料卡片1

【學生分組討論，匯報交流】根據資料卡片1 可知，丁烷是易液化的氣體，利用體積壓縮將丁烷氣體變成液體便于儲存。丁烷具有可燃性，且引燃溫度較低。因此丁烷適合作為打火機的燃料。

【教師提問】燃燒應該滿足的條件之一就是需要可燃物的參與。如何驗證丁烷的可燃性？

【學生匯報實驗方案】可以用膠皮管連接丁烷貯氣罐和玻璃導管，壓迫噴頭，釋放丁烷，在玻璃導管末端處點燃丁烷，觀察現象。

【驅動性問題2】打火機在工作時，按壓按手就會出現火焰，在簡單的操作過程中每個零部件都發揮著重要作用。那么，打火機是怎樣實現點火的呢？

【布置任務】閱讀資料卡片2（如表3所示），分析并總結壓電陶瓷打火機的工作原理。

表3 資料卡片2

【學生分組討論，匯報交流】由資料卡片2 可知，打火機的點火過程是利用壓電陶瓷打火器實現的，壓電陶瓷打火器利用壓電效應產生電弧，丁烷氣體遇到火花而被點燃，發生化學變化。

【教師提問】丁烷氣體逸散到空氣中不燃燒，但是遇到電弧就將被點燃。因此，電弧使溫度達到丁烷氣體的著火點致使其燃燒。由此可知，燃燒需要滿足的條件之一是什么？

【學生回答】可燃物的燃燒需要達到其著火點。

【教師提問】根據以上學習內容，嘗試說出打火機的工作原理。

【學生匯報】按下按手，在杠桿的作用下，噴嘴被抬起，液態丁烷迅速汽化被釋放到空氣中，壓電陶瓷產生電流，通過高壓導線將電流傳到引火簧處，氣態丁烷被點燃，形成火焰。

設計意圖：從物理與化學相結合的視角對“打火機的點火過程”進行解釋說明，初步形成物質的性質決定用途的化學觀念。說明打火機的工作原理，理清打火機內部結構與工作機理的關系。

（四）對比打火機和火柴燃燒的異同，再探燃燒的條件

【提出問題】同學們觀察并點燃實驗臺上的火柴，思考為什么火柴一劃就會產生火焰？

【布置任務】閱讀資料卡片3（如表4所示），體驗火柴的點燃過程。

表4 資料卡片3

【驅動性問題】比較火柴與打火機的工作原理與工作時產生的現象，總結燃燒需要滿足哪些條件？

【學生分組討論，匯報交流】學生交流討論后，某小組完成表格情況如表5所示。

【布置任務】同時點燃兩個打火機，一個打火機用燒杯扣住，另一個在空氣中點燃即可。觀察并記錄現象。你能得出什么結論？

【學生實驗并匯報】用燒杯扣住的打火機燃燒一段時間后熄滅，另一個打火機能持續工作。得出結論：燃燒需要氧氣的參與。

【教師講解】打火機的工作是在空氣中完成的，火柴中氯酸鉀受熱分解產生氧氣，因此可以作為火柴燃燒的供氧劑。由此可知，燃燒需要有氧氣的參與。

【教師強調】燃燒需要滿足的三個條件：可燃物、氧氣（或空氣）、達到燃燒所需的最低溫度（也叫著火點），三者缺一不可。

【提出問題】結合打火機和火柴的工作特點，你能否給“燃燒”下定義？

【學生回答】通常情況下，可燃物與氧氣間發生的一種發光、放熱的劇烈的氧化反應叫作燃燒。

設計意圖：引導學生從多個視角認識燃燒反應，初步形成認識化學反應的系統思維意識。

（五）打火機的安全保存與合理使用

【驅動性問題】打火機在為人類的生活提供便利的同時，也存在一些安全隱患。怎樣安全保存與使用打火機呢？

【學生觀點1】避免打火機受到重力敲擊。一次性打火機里充滿了丁烷等液化氣體，打火機受到撞擊后，塑料外殼破碎，造成壓力不等，液化氣體外泄，使打火機外殼破裂爆炸。

【學生觀點2】存放打火機要遠離火源和高溫環境。打火機的塑料外殼受熱易發生形變導致氣體泄漏，溫度達到丁烷的著火點會引起爆炸。

【學生觀點3】使用打火機前要檢查是否漏氣。

設計意圖：培養學生針對真實問題運用所學知識提出解決方案的能力。

五、教學反思

（一）知識方面

本項目基于學生實際生活中的常見物品“打火機”作為項目主題，以探究打火機的工作原理為線索設計一系列項目任務。學生經歷完整的探究過程，逐步建構燃燒需要的三個條件，理解燃燒概念。

（二）能力與素養方面

學生在解決項目式教學問題的過程中，其分析資料、實驗探究、比較與歸納等能力得到提升；以物理與化學相結合的視角解釋打火機的工作原理，形成物質的性質決定用途的意識；開展基于給定信息進行分析推理和設計實驗探究方案等活動，學生的科學探究素養得以發展。

（三）思維方面

設計一系列具有針對性的問題，從“拆解打火機，了解打火機的內部結構”“解釋丁烷適合作為打火機燃料的原因”到“探究打火機的點火過程”“如何合理保存與使用打火機”，將總任務拆解成邏輯關系上緊密相連的、問題解決思路上層層遞進的子任務，最終形成項目作品“打火機的工作原理圖”。學生經歷完整的探究過程，初步形成了解決問題的一般思路與方法，通過自主設計項目產品，有利于外顯與整合解決問題的思路過程。

（四）興趣方面

在項目式教學過程中，學生的學習熱情高漲，能夠積極投身于問題解決中，真正成為學習的主體，收獲了對于學習情境的沉浸式體驗感、合作交流的溫馨和諧感、問題解決的成就感、設計項目產品的創新感等真實體驗。