初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“利器善事”
——從蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)例說(shuō)實(shí)驗(yàn)教具改進(jìn)

程 樑

(江蘇省蘇州市第二十四中學(xué)校 215000)

實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)課程教學(xué)的地位極其重要，它既是教學(xué)手段、也是教學(xué)內(nèi)容.以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為載體的化學(xué)核心素養(yǎng)生成過(guò)程值得化學(xué)教師深度思考.化學(xué)教師若能靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，從細(xì)節(jié)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，則能夠有效解決化學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)問(wèn)題，有效培養(yǎng)、提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).而目前教材中引入的部分演示實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示效果的可見(jiàn)度、實(shí)驗(yàn)行為操作的可行性等方面有所不足，如其中的“蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)”，在“魯教版、滬教版、人教版”等現(xiàn)行教材中都存在上述問(wèn)題.古先賢總結(jié)得很好：“工欲善其事，必先利其器”.在多年教學(xué)實(shí)踐反思之后，發(fā)現(xiàn)：針對(duì)蠟燭燃燒的兩典型實(shí)驗(yàn)，首先需要“利器”——改進(jìn)教具，后續(xù)配以相應(yīng)的正確實(shí)驗(yàn)操作行為優(yōu)化，此二實(shí)驗(yàn)成功率大幅提升.下面介紹思考過(guò)程與具體做法.

一、“銅圈滅火”教具改進(jìn)——“滅火神鉤”

1.演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題發(fā)現(xiàn)

魯教版初中化學(xué)教材“利用銅線圈熄滅蠟燭火焰”實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)意及過(guò)程設(shè)計(jì)為：如圖1示，燃燒的蠟燭火焰上罩上導(dǎo)熱性能較好的金屬線圈，蠟燭迅速熄滅；若在罩上金屬線圈之前，給金屬線圈預(yù)先加熱，則蠟燭的火焰不能熄滅，為何會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象？

化學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，不少化學(xué)教師嘗試實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行課堂教學(xué)的隨堂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與演示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)成功率較低.筆者也曾經(jīng)分別運(yùn)用“銅線圈、鋁線圈、銅片圈、鐵絲圈、鋼絲球”等器材罩在蠟燭火焰上，結(jié)果均難以熄滅火焰，實(shí)驗(yàn)效果不理想.如此一來(lái)，多數(shù)初中化學(xué)教師往往從實(shí)驗(yàn)原理角度引導(dǎo)學(xué)生思考與分析，主要以原理闡釋為主、間接理論知識(shí)灌輸為主，教學(xué)方式較枯燥，學(xué)生思維難以充分調(diào)動(dòng)，教學(xué)過(guò)程實(shí)施顯得較為刻板，學(xué)生新知識(shí)形成過(guò)程缺乏有效學(xué)習(xí)需要的實(shí)踐性與創(chuàng)新性.

2.轉(zhuǎn)換教學(xué)思維——?jiǎng)?chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)教具

取來(lái)一段內(nèi)徑約為1mm的銅導(dǎo)線，用鐵鉗子將前端構(gòu)造出一個(gè)“彎鉤”狀，如圖2所示，讓彎鉤直接空套于燃著的蠟燭芯底部，然后直接慢慢抬起彎鉤，蠟燭火焰在彎鉤上移過(guò)程中立即熄滅.筆者將此彎鉤取名為“滅火神鉤”.

3.實(shí)驗(yàn)教具創(chuàng)新的原理分析與思考

在蠟燭火焰上方罩上導(dǎo)體，使火焰熄滅原理是借助于導(dǎo)體的導(dǎo)熱功能將蠟燭火焰的溫度降至石蠟的著火點(diǎn)以下.蠟燭燃燒過(guò)程中火焰中心散發(fā)的熱量持續(xù)熔化蠟燭體形成液態(tài)蠟燭油，蠟燭芯將蠟燭油輸送至頂部形成蠟蒸氣，使蠟燭得以持續(xù)燃燒；蠟燭燃燒過(guò)程中，火焰中心的溫度最低，銅鉤套住蠟燭芯散熱效果明顯，有效限制蠟蒸氣的產(chǎn)生，達(dá)到滅火的效果；彎鉤采用粗銅絲能夠提升散熱效果，彎鉤的形狀便于直接空套于蠟燭芯上，空套在蠟燭芯上而不采取鉤住蠟燭芯，其目的是防止引起“隔絕氧氣”而熄滅的誤解；若用銅絲制作成銅線圈罩住火焰，火焰能夠熄滅，但是蠟燭芯的長(zhǎng)短和分叉情況都給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)影響，總體看來(lái)銅線“鉤”比銅線“圈”方便、簡(jiǎn)潔、實(shí)用.

4.實(shí)驗(yàn)教具創(chuàng)新的教學(xué)價(jià)值分析

在此滅火實(shí)驗(yàn)中用“鉤”代替“圈”的教具改進(jìn)，凸顯實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單方便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)器材易得等特征，比較方便于演示實(shí)驗(yàn)或者學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)；有助于學(xué)生進(jìn)一步理解滅火的原理和蠟燭燃燒的條件，進(jìn)而有效突破學(xué)生的思維難點(diǎn).

二、“點(diǎn)燃蠟燭白煙”教具改進(jìn)——“神窺蠟管”

點(diǎn)燃蠟燭白煙實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)行滬教版、人教版和魯教版初中化學(xué)課本教材都有所體現(xiàn)，三種版本教材關(guān)于此實(shí)驗(yàn)的演示教學(xué)存在一定差異，但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)演示操作中成功率都比較低，存在不易成功的隱患，教學(xué)價(jià)值大打折扣.據(jù)此，有必要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)教具.

1.魯教版“點(diǎn)燃蠟燭白煙實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)思考

(1)問(wèn)題發(fā)現(xiàn)

如圖3所示坩堝鉗夾著尖嘴玻璃管直接插入點(diǎn)燃的蠟燭芯附近，一段時(shí)間后，再點(diǎn)燃一根火柴靠近玻璃管的尖嘴旁邊點(diǎn)燃；此實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐操作并不是想象的那么順利，學(xué)生分組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，多數(shù)因?yàn)椴僮骷记烧莆詹粔?，?dǎo)致實(shí)驗(yàn)成功率較低，難以到達(dá)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果；部分教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，若沒(méi)有豐富的經(jīng)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)也難以成功，即使成功演示，也由于點(diǎn)燃的火焰太微弱，學(xué)生觀察困難，針對(duì)于全體學(xué)生的演示實(shí)驗(yàn)，其直觀性難以充分體現(xiàn).

(2)轉(zhuǎn)換教學(xué)思維——?jiǎng)?chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)教具

從化學(xué)實(shí)驗(yàn)室找來(lái)一根廢舊的7mm玻璃管，利用銼刀截取其中完好的2～3cm，利用砂紙打磨截?cái)嗟牟ＡЧ苊妫儆谩拔⑿蜌怏w噴槍”(如圖4所示，燃料：丁烷，購(gòu)置：網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買(mǎi)，火焰溫度：1300℃，特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、方便、高效)對(duì)截?cái)嗝孢M(jìn)行高溫灼燒，使其玻璃管的截?cái)嗝驸g化圓滑，筆者將此玻璃管命名為：“神窺蠟管”(寓意窺視蠟燭燃燒的本質(zhì))；用坩堝鉗夾著“神窺蠟管”至于蠟燭的外火焰進(jìn)行加熱30s，再靠近蠟燭芯引出“白煙”，用另外一個(gè)點(diǎn)燃的蠟燭引燃“白煙”，如圖5所示，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分明顯，能夠較好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果.

(3)分析思考

魯教版教材在“點(diǎn)燃蠟燭白煙實(shí)驗(yàn)”中，利用尖嘴玻璃管引導(dǎo)白煙時(shí)，細(xì)小的尖嘴口限制蠟蒸氣的導(dǎo)出，課本教材呈現(xiàn)的玻璃管長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，冷凝效果比較明顯，蠟蒸氣容易被冷凝，能夠成功點(diǎn)燃的幾率大大降低；截取2～3cm的玻璃管，同時(shí)先給玻璃管預(yù)先加熱，這樣改變教具進(jìn)行操作，有效克服上述缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)成功率較高.

2.滬教版“點(diǎn)燃蠟燭白煙”的實(shí)驗(yàn)思考與改進(jìn)

在滬教版初中化學(xué)教材中，關(guān)于點(diǎn)燃蠟燭白煙實(shí)驗(yàn)的裝置如圖6所示，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，粗玻璃管從蠟燭火焰中引出一股“白煙”——石蠟蒸氣，教材實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有對(duì)“白煙”的本質(zhì)(石蠟蒸氣)進(jìn)行深入證明，對(duì)于“白煙”的點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)也進(jìn)行了省略處理；教材呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)器材——粗玻璃管，從大小和形狀角度來(lái)看，與筆者命名的“神窺蠟管”基本保持一致，前面所述的改進(jìn)教具“神窺蠟管”的制作和實(shí)驗(yàn)操作方法，對(duì)于點(diǎn)燃蠟燭白煙實(shí)驗(yàn)存在一定的參考與借鑒價(jià)值；例如，在滬教版教材的教學(xué)中，部分化學(xué)教師想嘗試對(duì)教材中引出“白煙”后進(jìn)行點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)，往往實(shí)驗(yàn)效果都不太理想，筆者認(rèn)為可能是實(shí)驗(yàn)中缺乏一個(gè)“先對(duì)玻璃管預(yù)熱一段時(shí)間”的重要技巧.滬教版教材中呈現(xiàn)的粗玻璃管的邊緣沒(méi)有打磨，實(shí)踐操作中容易劃傷學(xué)生手指，而“神窺蠟管”是巧妙運(yùn)用微型氣體噴槍制作圓滑不傷手的玻璃管，這種方法對(duì)于今后化學(xué)教師快速、方便制作玻璃教具意義重大.

3.人教版“點(diǎn)燃蠟燭白煙”的實(shí)驗(yàn)思考與改進(jìn)

在人教版初中化學(xué)教材中，對(duì)于點(diǎn)燃蠟燭白煙實(shí)驗(yàn)的敘述是“蠟燭的火焰剛剛熄滅時(shí)產(chǎn)生大量白煙，如圖7所示，用點(diǎn)燃的火柴棒去點(diǎn)燃白煙，能否使其復(fù)燃？”，筆者根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，多數(shù)教師采取嘴吹蠟燭火焰的方式使蠟燭熄滅，稍不注意容易吹散白煙，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，點(diǎn)燃幾率不高；若采取筆者改進(jìn)的教具——“滅火神鉤”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，巧妙地避免白煙的潰散，同時(shí)再將火柴換成另一支蠟燭來(lái)點(diǎn)燃白煙，這樣大大提高實(shí)驗(yàn)的成功率.

實(shí)驗(yàn)教具和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法改進(jìn)是化學(xué)教學(xué)過(guò)程探討的永恒話題.而實(shí)踐表明，化學(xué)課本實(shí)驗(yàn)教材的二次開(kāi)發(fā)，是實(shí)現(xiàn)高效課堂教學(xué)的重要方法.教師在化學(xué)課堂教學(xué)的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，可根據(jù)實(shí)際需要，適當(dāng)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教具與操作方法，借以有效突破教學(xué)難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生掌握化學(xué)基本知識(shí)與技能，洞悉實(shí)驗(yàn)揭示的本質(zhì)規(guī)律，提升學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新能力，最終達(dá)成學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的生成預(yù)期.