【市一等奖】初中化学教育教学论文|培养工程思维的初中化学跨学科实践活动项目式教学—探秘燃气热水器

摘要:以“燃气热水器”为主题,作为“调查家用燃料的变迁与合理使用”的拓展课,融合化学、物理、工程等跨学科内容,设计了“探究原理”“迭代设计”“场景应用”“制作模型”等4项核心任务。借助热水器“直排式→烟道式→强排式→平衡式”的清晰迭代逻辑,拓展学生对家用燃料的认知,培养学生跨学科解决问题的能力与工程思维。

关键词:初中化学 工程思维 跨学科项目式教学 燃气热水器 家用燃料

1 项目主题内容与教学现状分析

本节课是初中化学“跨学科实践活动6:调查家用燃料的变迁与合理使用”的拓展课(2课时),涵盖人教版教材(2024年版)“课题1燃料的燃烧”中的核心内容。该部分内容既是“物质的变化与性质”“氧气”“化学方程式”等理论知识的综合应用,也为后续“化学与可持续发展”以及高中“化学反应与能量”打下逻辑基础。帮助学生从燃料的燃烧、能量变化的视角认识化学反应,进一步发展能量观、变化观、守恒观等化学观念;也成为学生从“实验室科学”走向“社会应用”的关键转折点,是连接化学基本原理与复杂工程实践的桥梁;进而可以将燃烧及调控,置于一个真实、复杂、有约束的系统中,在多重标准与约束之间进行权衡与抉择,这也正是工程思维的集中体现。

以“燃料”“家用燃料”为关键词在中国知网进行文献检索,发现在中等化学教育领域,研究多聚焦于传统家用场景或汽车、火箭等特殊场景,尚无围绕家用燃气热水器展开的教学实践。全球对工程类人才需求巨大,但我国工程教育集中于高等教育阶段,基础工程教育长期缺失,影响学生专业追求与职业取向形成;2020年,我国制造业中科学家和工程师占比为3.55%,低于德国(23.2%)、欧盟(14.2%)的水平。教学实践发现,在进行家用燃料的变迁与合理使用这一跨学科实践后,学生对家用燃气的使用场景存在局限认知,仅关注到燃气灶场景下对天然气的使用,未注意热水器这一使用场景。目前一些学生无法将燃烧的相关原理迁移到真实情境,难以解决燃烧相关的工程问题,跨学科能力有待提升。具体来看主要体现了2个方面的问题:(1)从“化学原理”到“工程调控”的断层,缺少将抽象条件(如温度达到着火点)转化为具体技术参数(如进风口大小)的能力,原因在于学生习惯了“按步骤操作”的验证性实验,缺乏设计性项目任务的训练。(2)“系统思维”与“多因素权衡”的缺失,学生往往只考虑单一变量(如只追求燃烧充分),而忽略成本、安全性、环境影响等约束条件,原因在于缺乏真实世界中“没有唯一解”的工程情境训练。

2 教学思想和创新点

本课例以“家用燃气热水器”为载体,紧密围绕化学学科中“燃烧及调控”等核心知识,旨在系统培养学生的工程思维能力,运用工程思维解决真实情境中的问题。具体从2个层面展开:一方面,学生将亲身体验“建模—修模—验证”的完整迭代过程。模拟重现燃气热水器“直排式→烟道式→强排式→平衡式”的技术发展路径,在实践中理解工程技术不断优化、升级的内在原因,从而发展其

“迭代思维”。另一方面,引导学生在“发现问题—提出猜想与设计—实验验证—方案优化”的循环探究中,理解技术发展的逻辑与需求,培养其解决问题过程中多因素权衡的“系统思维”,实现从“知识学习”到“素养达成”的转变。教学的创新点如下:

(1)采用“科学探究+工程迭代”学习范式。科学探究线通过“燃烧方程式书写、水流路径讨论、气路设计实验”,引导学生理解原理;工程迭代线则通过呈现热水器的发展史,将化学原理转化为工程技术解决方案。

(3) 培育生活安全素养,通过教学让学生系统掌握家用燃气安全使用规范,清晰认知各类热水器的安全隐患,有效提升学生在日常生活中的风险防范意识与自我保护能力。

3项目教学目标

(1) 通过探究燃气热水器的基本原理,  了解家用燃料的利用场景及原理,认识物质性质与应用之间的关系,形成合理利用物质的意识。

👇🏻更多内容可关注公众号👇🏻