北京版初中化学九年级上册第六单元《STEM教学：自制灭火器》教学设计（表格型）

基本信息
组别 初中 年级 初三 教科书版本及章节 北京课标版教材九年级上册第六单元
单元（或主题）教学设计
单元（或主题）名称 燃烧的学问
单元（或主题）教学设计说明 “燃烧的学问”包括“探索燃烧和灭火”“化学反应中的能量变化”“化石燃料”三部分内容。《义务教育化学课程标准（2011年版）》指出，本单元的要求如下。 认识燃料完全燃烧的重要性，了解使用氢气、天然气（或沼气）、石油液化气、酒精、汽油和煤等燃料对环境的影响。 认识燃烧的条件及防火灭火、防范爆炸的措施。 知道化石燃料（煤、石油、天然气）是人类社会重要的自然资源，了解海洋中蕴藏着丰富的资源。 了解我国能源与资源短缺的国情，认识资源综合利用和新能源开发的重要意义。课程标准的要求多，但学习内容相对简单，与人类生活密切相关。 本单元承载着发展学生“科学精神与社会责任”实验探究与创新意识”的学科核心素养的重要作用。在“燃烧与灭火”教学内容中，教师通过实验探究理解控制变量法在化学设计实验中的具体应用，并引导学生设计灭火器培养创新意识，发展“实验探究与创新意识”核心素养。在“燃料的合理利用与开发”内容中，教师引导学生在课堂中结合网络资料了解能源合理开发的重要性，形成学生可持续发展的意识。通过在自然界中燃料的开发和利用，深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系；通过学习新能源的相关知识，赞赏化学对社会发展的重要贡献。发展“科学精神与社会责任”恶心素养。 本单元的教学设计的理论基础是认知建构学习理论。从学生的已有生活经验出发，在学生原有的知识图谱中加入新的知识，不断调整学生头脑中的知识结构，形成科学的、系统的认识。学生在生活中接触到燃烧和灭火的现象，通过生活经验能够归纳出燃烧的三个条件和简单的灭火方法。学生也在生活中了解一些不可再生资源和新能源。那么，教学基于学生的已有认知，引导学生通过实验探究来验证燃烧条件，理解控制变量法在化学实验中的重要功能和价值。理解生活中不同火灾的灭火原理，并能制作一个简易的泡沫灭火器，理解化学对人类生活的指导意义。同时，对能源的开发和利用形成系统的认识。 本单元按照教材规定的课时先后顺序来组织。分为2课时。“探索燃烧和灭火”为第1课时内容，“化学反应中的能量变化”“化石燃料”这两部分内容为第2课时。第1课时落实课程标准中的第2点。第2课时落实课程标准中的1、3、4点。第1课时“探索燃烧和灭火”是第2课时“化学反应中的能量变化”“化石燃料”的基础。第1课时的教学组织与北京版教材不同。以“自制灭火器”为主题，融合STEM教育，将主题分为“火从哪里来”“如何灭火”“自制建议灭火器”3个部分。第1部分落实实验探究中的“控制变量法”思想。第3部分将科学探究与工程设计相融合，提高学生实验探究能力的同时，发展学生工程设计的创新意识。第2课时的教学组织与北京版也不同。第2课时聚焦“能源”核心概念，将课堂从“教师的教”走向“学生的学”，学生通过自主研修、小组讨论、交流展示的过程，运用评价量表监控并知道学习过程，拓宽内容深广度，引导学生自发形成对化学指导人类生活的重要意义。树立学生“科学精神与社会责任”的核心素养。
单元（或主题）学习目标与重点难点 单元目标承载着高位指导本单元学习过程的重要指导意义。单元目标的内容应是学生持久理解的思想。为发展学生的核心素养，本单元的目标如下： 通过自制灭火器的工程制作，持续理解控制变量法在科学探究中的重要作用。 通过自主学习“能源”的相关内容，帮助学生深刻理解理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系；通过学习新能源的相关知识，赞赏化学对社会发展的重要贡献。 教学重点来源于课程标准。课程标准对本单元的所有要求位于“化学与社会发展”一级主题下，教学重点应是学生对燃料完全燃烧的重要性、化学燃料的认识。
单元（或主题）整体教学思路（教学结构图） 图1 单元整体教学结构图 本单元共2课时。第1课时包含的核心知识有燃烧条件和灭火方法。通过自制灭火器的STEM教学活动，实现对核心知识的理解，学生在学习过程中逐步理解了实验探究中的控制变量思想，并通过工程设计，培养创新意识。第2课时包含“三大化石能源、清洁能源、新能源”等相关内容。这些内容主要承载的必备品格有两点，一是理解化学对人类生活的重要贡献。二是树立保护资源的意识。教学为达成目标，将通过“话说能源”的表现性活动来实现。第1课时是第2课时的基础。燃烧是能源中能量利用的主要方式。第1课时是原理学习，第2课时是生活应用。
第1课时教学设计
课题 自制灭火器
课型 新授课√ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析 图2 第1课时教学结构图 本单元位于北京版第6单元。1-5单元中研究了氧气、水等宏观物质的性质。在研究氧气、水的性质时，学生体会了控制变量法在科学探究中的具体应用。本课时位于单元教学中的第1课时，在实验思想上承载着“使学生理解控制变量法的实验思想并以此设计实验”的功能价值。案例承载STEM教育活动。围绕灭火器的设计、制作、灭火3个活动，依次设置了3个任务。3个任务之前的关系是层层递进的。随着STEM活动的开展，任务1、2以实验探究为主要方式，落实“实验探究”核心素养。任务3以工程设计为教学关键活动，承载“创新意识”的核心素养。本课时中为第2课时学生学习的知识基础。 本课例承载的STEM教育内涵如表1所示。 表1 课例中的STEM教育内涵 要素内涵S（Science，科学）化学学科中的燃烧的三条件；灭火的相关原理T（Technology，技术）实验室技术中的搭建装置、固体和液体反应E（Engineering工程）制作一个灭火器M（Mathematics，数学）计算制作灭火器的原料配比
2.学习者分析 图3 第1课时学情分析图 根据郭玉英团队提出的科学概念理解的发展层级模型进行学习者分析。[footnoteRef:0] 根据该层级模型，学生对科学概念的理解的学习进阶分为5个层级：经验、映射、关联、系统、整合。本课时的内容相对简单，只涉及4个学习层级。其中，经验层级的相关要求是学生具有尚未相互关联的日常经验和零散事实。映射层级的相关要求是学生能建构事物的具体特征与抽象术语之间的映射关系。关联层级的相关要求是学生能建构抽象术语和实物数个可观测的具体特征间的关系。系统层级的相关要求是学生能从系统层面上协调多要素结构中各变量的自变与共变关系。学生已有认知属于经验和映射层级。学生待发展认知为关联层级和系统层级。为了帮助学生发展，设计STEM教育活动——自制灭火器，帮助学生在制作中逐步理解燃烧的条件和灭火的原理。 [0: 郭玉英，姚建欣. 基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J]. 课程·教材·教法. 2016(11)：64070]
3.学习目标确定 （1）通过实验探究，逐一理解燃烧的3个条件和灭火的原理，发展“实验探究”的核心素养。 （2）通过灭火器的工程设计，理解泡沫灭火器的灭火原理，落实“创新意识”的核心素养。
4.学习重点难点 学习重点：燃烧的条件和灭火原理 学习难点；灭火器的设计与制作
5.学习评价设计 课堂教学上的评价分为教师评价、同伴评价和学生自评三种形式。多元评估，综合判断学生的掌握情况。 教师在课堂上的评价方式主要为提问时评价。通过提出能够引发学生深度思考的问题，观察课堂上学生的反应，实现评价。例如：给出教师设计的一种泡沫灭火器后，给出学生的实验材料，做出提问：“模仿教师设计的灭火器，实现固体和液体分装，且使用时便于混合产生泡沫？”自制灭火器的设计部分是本课时的难点。为了帮助学生突破难点，且评价学生的工程设计能力，提出该问题。 同伴评价采用的组评价量规。每个小组派出“产品观察师”到邻近小组，利用量规对邻近小组的同学们进行评价。评价内容为下表第1列的5项。量规的设计，规定了不同表现学习行为的水平标准，便于学生互评。 表2 “自制灭火器”评价量规 评价维度优秀级良好级合格级不合格级对应角色责任人其他小组的产品观察师对本组的评价等级掌握泡沫灭火器灭火的原理无需提示，能够根据方程式能够准确说出两点灭火原理。在教师的提示下，根据方程式准确说出两点灭火原理。在教师的提示下，根据方程式仅能说出一点灭火原理。不能说出泡沫灭火器的任何一点灭火原理。产品经理计算灭火器的原料比 能计算出碳酸氢钠的用量。不能计算出碳酸氢钠的质量。产品计算师设计灭火器根据给出的仪器和药品，独立设计出可行的泡沫灭火器根据给出的仪器和药品，在教师的提示下，设计出可行的泡沫灭火器教师给出了具体设计，能理解设计原理。教师给出了具体设计，但不能理解设计原理。产品设计师制作灭火器并灭火操作规范，在规定时间内顺利完成制作灭火器并灭火实验。操作规范，在规定时间内仅完成制作灭火器的实验，并未灭火。操作有不规范之处，但在规定时间内完成了制作灭火器的实验。不能在规定时间内完成制作灭火器的实验。产品操作师对灭火器进行展示说明无需提示，清晰阐述产品适用范围、原理、现象和注意事项。在教师的提示下，清晰阐述产品适用范围、原理、现象和注意事项。在教师的提示下，只能清晰阐述产品适用范围、原理、现象和注意事项中的3点。在教师的提示下，仅能清晰阐述产品适用范围、原理、现象和注意事项中的1点或2点。产品经理
学生自我评价时，同样采用上表的量规。学生在课堂学习中的每一个活动，在量规中有对应的学，量规激励学生在学习开始时就明确评价标准，在STEM教育活动中向优秀级努力。 课后评价分为练习题、科学写作、访谈、问卷四种形式，考察知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度。 练习题主要考察学生核心知识的掌握、实验思想的理解情况。通过选择题的考察形式，帮助学生理解“燃烧的条件”“灭火的原理”等核心知识。通过实验探究题的考察形式，创设相似情境，考察学生对实验探究中控制变量法的理解程度。 科学写作主要考察学生在情感态度价值观维度上的表现情况。考察“自制灭火器”的STEM课程学习，是否激发学生对灭火方式的选择、灭火器的种类和适用条件等方面的求知欲望。这项作业为学生选做作业。根据学生选做的人数和完成质量综合评价。 访谈主要考察STEM课程对学生能力发展的影响。访谈问题如下：1、通过本节课的学习，与传统的化学实验相比，你觉得动手制作一个产品来学习知识的过程给你带来最大的影响是什么？（预期学生会认为该课程实施能够提高学生的创新意识、工程设计能力。）2、你认为工程设计能力或者是创新意识对你来说是否重要？为什么？（预期学生认为很重要，认为科学发展、中考取得高分都需要创新） 问卷主要考察STEM课程对学生在“过程与方法”“情感态度价值观”方面的影响。考察学生是否理解控制变量法的实验思想。调查学生在整节课学习中哪些能力得到锻炼，从而分析STEM教育对学生发展方向的能力和态度影响。问卷内容如下： （填空）本节课在探究燃烧的条件时，体现的实验思想是________ （多选）你认为你的哪些能力在本节课得到了锻炼？ 工程设计能力 B、小组合作能力 C、实验探究能力 D、数据计算能力 表达能力 F、创新能力 G、其他，请你具体描述________ （单选）在上述能力当中，你认为哪一点最重要？ A、工程设计能力 B、小组合作能力 C、实验探究能力 D、数据计算能力 E、表达能力 F、创新能力 G、其他，请你具体描述________ 4、（单选）你是否喜欢STEM的课堂 （制作一个产品）？ A、十分喜欢 B 、很喜欢 C、一般 D、很不喜欢 E、非常不喜欢 5、（填空）对上述选择写出你的理由。______________
6.学习活动设计 环节一：创设情景，说明学习意义（3min）教师活动1 创设情景：给出2018年8月火灾数据 图片展示：泡沫灭火器及原理 呈现任务：探究灭火器的明火原理并自制灭火器。 呈现目标：1、自制泡沫灭火器2、模拟灭火的过程3、理解灭火原理 学生活动1 阅读数据，体会灭火必要性。 聆听，思考。 记录，明确学习任务、学习目标。活动意图说明： 创设情景，拉近知识与生活之间的距离，使学生感受到灭火的重要性。图片展示，帮助学生初步理解泡沫灭火器的原理，同时将生活问题转化为化学问题。探究泡沫灭火器的灭火原理并自制泡沫灭火器。明确给出学习目标，是师生共同明确本节课的学习方向。环节二：突破任务1，理解燃烧条件（7 min）教师活动2 图片展示：燃烧的三要素 表格展示：不同物质的着火点 演示实验1：乒乓球和玻璃片的燃烧 播放视频1：白磷在水下燃烧 演示实验2：烧不坏的试卷学生活动2 聆听，理解燃烧三要素 理解关于着火点的科学概念 观察，分析实验现象，思考控制的变量，得出实验结论：演示实验1、播放的实验视频1和演示实验2分别控制的实验变量是可燃物、氧气、温度。最终验证了燃烧的三个条件，缺一不可。 活动意图说明 燃烧的三要素图片在生活中很常见，属于常识类知识。给出图片。拉近学习与生活的距离。同时，给出不同物质的着火点，引导学生通过对比的视角理解科学概念。另外，学生通过观察教师演示实验、播放的实验视频，逐步理解燃烧的三个要素。在分析实验现象、得出实验结论的过程中，逐步理解控制变量的科学思想。环节三：学习任务2，迁移灭火原理（5min）教师活动3 提出问题：根据燃烧的条件，思考灭火的途径？ 文字解析：“灭”与“火”之间的关系。 迁移评价：水灭火、二氧化碳灭火的原理是什么？泡沫灭火器灭火的原理是什么？学生活动3 思考，回答问题：隔绝燃烧的任何一个条件即可。 思考，回答问题：水灭火使温度降低到着火点之下。二氧化碳灭火使可燃物隔绝氧气。泡沫灭火器灭火原理是既隔绝氧气，又降温至着火点之下。活动意图说明 从燃烧的条件出发，引导学生思考灭火的原理，再次加深理解“燃烧时三个条件缺一不可”的科学事实。在理解灭火原理之后，通过“灭”与“火”在文字书写上的解释，再次理解灭火的原理。提出问题：水、二氧化碳、泡沫灭火器灭火原理是什么？观察学生的课堂表现，做出学习理解的评价。环节四：攻克任务3，设计并自制灭火器（25min）教师活动4 明确分工：布置任务，给出明确的角色分工 呈现操作步骤 解读评价量规 引导学生完成计算任务 演示泡沫灭火器，引导学生设计微型泡沫灭火器，完成设计任务 引导学生完成操作任务 引导学生进行产品介绍学生活动4 阅读分工说明，5-6人一组。明确分工，责任到人 明确接下来的产品制作的具体步骤 阅读量规，理解产品制作中每一步的详细要求。 计算，汇报 创新思考，根据教师给出的装置进行迁移，设计灭火器 制作灭火器并灭火 展示灭火器的原理、适用范围、使用方法活动意图说明 明确小组分工，角色扮演，赋予角色功能，让学习与社会、职业接轨。使学习更高效、有价值。将自制灭火器的步骤拆解，降低难度。为学生的创新思维培养搭建台阶。活动过程体现学生的自主性，给予学生充分表达的时间和机会，培养学生的工程设计能力和创新意识。环节五：反思总结，明确灭火范围（5min）教师活动5 提供实验反思的问题 1、泡沫灭火器可以熄灭所有的火灾吗？结合你的化学知识和生活经验进行反思。2、图书、精密仪器着火，可以使用泡沫灭火器吗？为什么？ 学生活动5 认真思考，回答问题，形成对灭火器适用条件的新的认识。活动意图说明 引导学生从自制灭火器的实验中总结泡沫灭火器的适用范围。面对不同火灾，学生能科学选择灭火器，能够用化学知识指导生活，体现学习化学的功能价值。
板书设计 图4 “自制灭火器”板书
作业与拓展学习设计 作业有2项，分为必做和选做。必做部分为练习题，中考难度，落实学生对核心知识的理解，考察控制变量法的实验探究思想在具体题目中的运用。选做题目为科学写作。就不同灭火器的灭火范围为主题，查阅相关资料，为消防站的大哥哥们写下一封安全灭火告知信。选做题目考察学生在本节课后是否产生了持续探究的兴趣。若产生兴趣，则关注STEM课程对多少学生能够产生这样的兴趣。同时，关注书写该项作业学生完成的质量情况。由此判断课堂教学是否帮助学生对灭火产生了深刻理解。
特色学习资源分析、技术手段应用说明（结合教学特色和实际撰写） 特色学习资源为量规和自制灭火器的实验盒。量规，有效指导学生小组合作的过程，对学习过程进行精准指导。帮助更多的学生朝着最高等级努力。同时，标注了所有可能的学习结果和学习过程，能够提高学生自主学习、小组合作学习的效率。此外，量规成为了学生各组之间互评的重要依据，评价不再仅根据感觉和经验，而是有了相对科学的依据。自制灭火器的实验盒的设计，给予学生计算、设计、制作、表达的空间和时间。让学生在课堂上充分的思考，能够激发学生的创新思维。该实验盒成使本课成为STEM教育的重要教具。 技术手段：移动终端在实验教学中的应用。学生用手机将实验现象及时拍照或者录制微视频，上传班级群。高效快捷便于师生讨论实验结果，也辅助产品经理，是他能清晰准确的介绍实验现象和过程。这样的学习过程便于学生理解实验原理，对实验内容更为深刻。
教学反思与改进 优点：关注了STEM教育和化学教学的应用；注重学习进阶，注重创新思维的培养；重视评价对教学的指导和反馈作用； 缺点：课时有限，课上没有让学生表达出设计实验的具体思路。今后可在环节1改进，针对实验提出的问题更加具体，聚焦燃烧条件，考察控制变量法的思想运用。这样在环节1节约的时间充分用于环节3中学生设计实验并言语表达的过程，将学生的“工程设计能力”外显化，激发学生创新意识。