初中化學基礎實驗“物質燃燒的條件”的探究與設計

汪英

摘要：《義務教育化學課程標準（2011年版）》規定了初中學生必做的8項基礎實驗，據此編寫的滬教版新教材（2012年版）的第3個學生基礎實驗是“物質燃燒的條件”。基于課標與教材研究，本文重新研究并設計了初中化學基礎實驗3，增加了2個實驗目的，調整了實驗用品和實驗方案，加設了實驗“安全提醒”，突出了實驗的基本觀察要點、知識要點與操作要點，確定了實驗探究要點。設計后的基礎實驗3通過了蘇州市區100多位初中化學老師的操作驗證和研討，獲得了肯定與好評。

關鍵詞：課程標準；初中基礎實驗；物質燃燒的條件；設計與改進

文章編號：1005–6629（2013）8–0051–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 引言

2011年版《義務教育化學課程標準》[1]延續了實驗稿課標對“科學探究”精神的倡導，但更清晰地突出化學實驗對學生科學探究能力的影響，指出化學實驗是學生進行科學探究的重要方式。為此，明確規定了學生必做的8項基礎實驗，并強調化學實驗應高度關注安全問題，避免污染環境[2]。在2012年滬教版新教材[3]中的8個基礎實驗見表1所示。

仔細研讀教材上的8個基礎實驗[4]后發現：這8個基礎實驗大多以知識驗證性或技能操作性為主， 而基礎實驗3——“物質燃燒的條件”屬于僅有的探究性實驗。

反復研讀基礎實驗3的設計[5]后發現：實驗中重要的“控制變量”的對比思想沒有很好地提煉出來，有些實驗用品不易獲得或對比性不強，有些實驗現象不易把握，實驗內容分割上有欠妥之處，并且缺乏必要的安全提示。

針對這些問題，本文重新研究并設計了基礎實驗3——“物質燃燒的條件”（見附錄）。設計后的實驗通過了蘇州市區100多位初中化學老師的操作驗證和研討，獲得了肯定與好評。

2 實驗設計思路

基于以上認識，本文重新設計的基礎實驗3在原有基礎上增加了2個實驗目的（見附錄）：①目的2：通過對實驗的操作和思考，體驗科學探究的過程，初步把握對比實驗的要領——盡量在其他條件相同時進行對比實驗；②目的3：通過實驗和討論，總結促進燃燒的方法。這樣本文設計的基礎實驗3就形成5個實驗目的。

為了保證整個實驗思路清晰，突出實驗的基礎性和探究性，本文將實驗分成側重基礎性的“實驗過程”和側重探究性的“問題討論”部分（見附錄）。在“實驗過程”的對應欄目中明確指出“基本操作要點”、“基本觀察要點”和“基本知識要點”，引導學生把握操作要領、明確觀察對象、挖掘現象本質，從而達成實驗目的1——通過實驗探究物質燃燒所需要的條件。再通過“問題討論”確定“實驗探究點”，達成實驗目的2、3、4、5（目的4：通過實驗和討論，總結滅火的方法；目的5：逐步建立安全用火的意識，了解日常生活中常用的滅火方法）。

為了確保實驗的直觀性、對比性、連續性，對“實驗內容”和“實驗用品”作了相應的調整；基于安全角度考慮，在“實驗過程”前增加了“安全提醒”。

3 實驗過程設計

實驗過程是該實驗的基礎部分，其作用是達成實驗目的1，并為實驗探究部分做好鋪墊。

3.1 實驗內容的調整

緊密圍繞實驗目的1——探究物質燃燒所需要的3個條件，且缺一不可。將原實驗過程的4個實驗內容調整為3個，一個實驗內容分別對應一個物質燃燒所需要的條件。

（1）原實驗內容1、2都是在探究物質燃燒的條件之一——物質具有可燃性。但將其與另2個探究物質燃燒的條件的實驗內容并列，層次不分明，設計思路不清晰，不利于學生提煉燃燒的條件。而去掉其中一個實驗內容，雖不影響此燃燒條件的得出，但不利于增強現象的可重復性、排除偶然性。故此將原實驗內容1、2合并為附錄中實驗內容1的兩個小點。

（2）為了步驟緊湊、設計嚴謹，緊接著比較實驗內容1所確定的兩種固態可燃物燃燒所需要的時間，讓學生直觀感受到雖然都是可燃物，但不同的可燃物具有不同的著火點（也為后面的問題探究——可燃物點燃方式差異的原因分析埋下了伏筆），從而得出物質燃燒的條件之二——可燃物的溫度達到其自身的著火點。故此將相關的原實驗內容4調整上來成為實驗內容2。

（3）最后，探究物質燃燒的條件之三——可燃物與充足的氧氣接觸，基本延續了原實驗內容3。只是為了防止蠟燭油粘在桌面上，增加后期的清潔整理工作，改“把蠟燭豎直放在平整的桌面上”為“粘在平整的玻璃片上”。并且為了加強實驗的可靠性和可重復性，增加了一個步驟——待蠟燭熄滅后，再用此玻璃杯（必須甩掉杯中的二氧化碳，并擦干，保證玻璃杯中環境還原為初始狀態）罩到處在空氣中仍在燃燒的蠟燭上，觀察現象。

3.2 實驗用品的更改

原實驗內容2所用的固體物質為棉花團和玻璃棒（或石棉絨），但棉花團、玻璃棒外形不相似，且玻璃棒在酒精燈上灼燒容易裂開；而石棉絨成本高，又不易買到。原實驗內容4的可燃物為小木條和小煤塊，但小木條和小煤塊外形很不相似，且小煤塊受熱后沒有明顯的火焰出現，不易準確判斷何時著火燃燒。

鑒于以上原因和調整后實驗內容的需要，并使學生體會對比實驗的設計思路及控制變量的思想。本文在大量實驗的基礎上，重新設計了實驗裝置、重新確定了探究物質具有可燃性的對照物。

（1）實驗裝置

考慮到比較可燃物分別燃燒所需時間，不可控因素多，對比性不強。筆者決定用銅片作為載體，把可燃物放在上面，下用酒精燈加熱兩可燃物中部的銅片，通過觀察可燃物著火燃燒的先后，直觀地得出結論。

（2）固態可燃物的確定

實驗初，考慮了棉花團、保鮮膜、乒乓球碎片、濾紙碎片、面粉、葡萄糖粉、蔗糖、碳粉等一系列固體可燃物。但發現棉花團、保鮮膜、濾紙碎片、碳粉在銅片上都不易著火燃燒，蔗糖、乒乓球碎片雖易著火燃燒，但蔗糖受熱融化后更易流動且與面粉外形不相似，而乒乓球碎片燃燒后異味太大，令人不舒服。最終決定用既能保證實驗效果，燃燒后氣味又好聞的面粉和葡萄糖粉。從外形相似考慮，不可燃物采用了碳酸鈣粉末。

（3）注意點

實驗中發現：①銅片過厚、過寬會過多分散酒精燈火焰所產生的熱量，從而使得可燃物的溫度難以達到著火點、不易被點燃；銅片過窄，酒精燈火焰又可能會冒出銅片，直接燒及可燃物。②面粉、葡萄糖粉距離中部火焰太遠，則所達溫度太低，兩者都不會著火燃燒，而是緩慢碳化；若靠得太近，由于葡萄糖粉受熱后是先融化后燃燒，葡萄糖融化后會流動到與面粉混在一起，導致兩者同時燃燒。

反復實驗后確定用0.2 mm厚，3.5 cm寬的銅片，并在中部折疊出隔板（見附錄）。為防實驗中葡萄糖受熱融化后流出銅片形成污染，葡萄糖粉用量一定要少或銅片應有向上的卷邊。

面粉、葡萄糖粉應等距平鋪在薄銅片隔板兩側且盡量靠近，并將酒精燈外焰對準銅片的中部隔板。若酒精燈火焰偏離中部而靠近面粉，會使得面粉先于葡萄糖被點燃，從而導致學生得出“面粉的著火點低于葡萄糖的著火點”這一錯誤結論。

4 實驗探究點的確定

為了實驗目的2、3、4、5的達成，本文精心設計了7個實驗探究點（見附錄）。

（1）探究點1的設計是為了使學生從感性到理性，進一步系統地掌握對比實驗的設計要領。

（2）探究點2的設計是在素材的基礎上，通過學生的思考得出：促進燃燒就是在燃燒的3個條件都滿足的前提下加強其中某一條件，從而加深對燃燒的3個條件缺一不可的認識，

（3）探究點3的設計是為了讓學生明白滅火的根本就是破壞燃燒的條件，缺一即可。

（4）探究點4 討論熄滅蠟燭的方法，學生很容易想出“吹滅”和“罩滅”這兩種，但第三種方法的得出：剪去一段蠟燭，有點超出常規。設置這么一個難點，一是為了加深學生對三種滅火方法的理解，二是為了拓展學生的思維。

（5）探究點5的設計是對促進燃燒的原理和滅火的原理的進一步甄別，以加強學生分析問題、解決問題的能力。

（6）探究點6的設計讓學生真切地感受到著火點是物質的固有屬性，不同的物質有不同的著火點，也決定了它們的點燃方式。

（7）為了不把知識教死，但又考慮到學生的知識水平有限，所以把教材中出現的文字[6]作為提示列在探究點7之后，降低難度。通過該題的討論，讓學生體會到這次實驗探究的是通常的燃燒條件，而廣義的燃燒中的助燃物未必是氧氣。

5 實驗驗證與研討

2013年3月19日，在蘇州市平江中學，蘇州市區100多位初中化學教師對本文重新設計的基礎實驗3進行了實驗驗證和教學研討。

教師肯定了整個對比實驗過程中控制變量的做法，高度贊許了實驗的設計嚴謹、準備充分。對筆者自制的銅片教具表現出很大的興趣，覺得用簡單的折疊法形成的中間隔板的構思很巧妙。

有的老師反復把面粉和葡萄糖粉分別放在中部隔板不同距離處多次實驗，看現象達到預期的距離該控制在多少之內。還有老師對玻璃杯二次罩蠟燭的實驗做了多次對比：甩動1、2次后罩；拿起后直接罩，觀察第2支蠟燭熄滅情況，進而明白了實驗設計中處理玻璃杯的用意。

還有老師提出為防酒精燈火焰飄忽影響實驗效果，應在酒精燈上加防風罩。筆者認為這一點提得很好，必要時操作起來也不是很難。

但也有老師提出：用一支蠟燭、一盒火柴、一盞酒精燈、一根玻璃棒就能解決燃燒的條件的探究。筆者認為這樣不夠直觀、不夠簡單明了，現象的重復驗證不夠，需要學生有高度的抽象思維，會極大地增加學生從實驗中得出正確結論的難度，且無法比較出不同物質的著火點高低。

附錄：

基礎學生實驗3 物質燃燒的條件

實驗目的

1.通過實驗探究物質燃燒所需要的條件；

2.通過對實驗的操作和思考，體驗科學探究的過程，初步把握對比實驗的要領——盡量在其他條件相同時進行對比實驗；

3.通過實驗和討論，總結促進燃燒的方法；

4.通過實驗和討論，總結滅火的方法 ；

5.逐步建立安全用火的意識，了解日常生活中常用的滅火方法。

實驗用品

95%酒精、蒸餾水、面粉、葡萄糖粉、碳酸鈣粉、小蠟燭（2支）；

玻璃棒（1根）、試管（1支，用于插玻璃棒）、酒精燈（1盞）、藥匙（1把）、燃燒匙（3把）、三腳架（1個）、火柴、銅片（1片）、玻璃杯（1個）、玻璃片（2片，用于固定小蠟燭）、濾紙（若干）等。

安全提醒

面粉、葡萄糖粉切勿取太多，以免加熱時溢出燃燒匙或流出銅片，也避免可能產生的火焰太大；手拿燃燒匙時盡可能離燃燒匙中的物品遠些，防止被火焰灼傷；要從側面觀察，防止燃燒的火焰燒到身體部位；加熱后的銅片很燙，不要立即用手去接觸，待冷卻后再用濾紙把銅片擦試干凈。

實驗過程

按要求完成以下實驗，觀察實驗現象，并完成實驗記錄。

總結：結合你在上述實驗中所觀察到的現象和得到的結論，試著總結燃燒所需要的條件。

問題討論（實驗探究點）

1.回顧對“物質燃燒的條件”探究的過程，請思考：當我們對某一燃燒條件進行探究時，要注意什么問題才能保證實驗的可靠性、結論的科學性？

2.細鐵絲一般不能在空氣中燃燒，但能在氧氣中燃燒；納米級鐵粉還能在空氣中自燃。請思考這些現象說明了什么？

試著總結：促進燃燒的方法

3.請列舉日常生活中常用的滅火方法，這些方法分別破壞了燃燒的什么條件？

試著總結：滅火的方法

4.你能想出多少種熄滅蠟燭的方法？能否把上述滅火的方法都用上？

5.在日常生活中若想使煤爐中的火更為旺盛，常用扇子去扇；但用扇子去扇蠟燭，卻一扇就滅。請分析：同樣的動作，為什么造成兩種不同的后果？

6.火柴、蠟燭、木條 、煤，哪個比較容易被點燃？點燃它們的方式有什么差異，為什么？“點燃”在引發燃燒中起什么作用？

7. 為了更好地研究燃燒的條件，你覺得還可以進行什么實驗？（提示：①燃燒的定義：燃燒是一種發光、發熱的劇烈的化學反應；②二氧化碳是常用的滅火劑，但金屬鎂著火卻不能用二氧化碳撲救，因為鎂可以在二氧化碳中繼續燃燒。）

參考文獻：

[1][2]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2011：1～8.

[3][4][5][6]中學化學國家課程標準研制組.義務教育教科書·化學（上冊）[M].上海：上海教育出版社，2012：92～99，109，111.