初中化學實驗教學的“利器善事”
——從蠟燭燃燒實驗例說實驗教具改進

程 樑

(江蘇省蘇州市第二十四中學校 215000)

實驗在中學化學課程教學的地位極其重要，它既是教學手段、也是教學內(nèi)容.以化學實驗為載體的化學核心素養(yǎng)生成過程值得化學教師深度思考.化學教師若能靈活運用實驗教學手段，從細節(jié)優(yōu)化實驗教學過程，則能夠有效解決化學教學中的難點問題，有效培養(yǎng)、提升學生的化學學科核心素養(yǎng).而目前教材中引入的部分演示實驗，在實驗現(xiàn)象演示效果的可見度、實驗行為操作的可行性等方面有所不足，如其中的“蠟燭燃燒實驗”，在“魯教版、滬教版、人教版”等現(xiàn)行教材中都存在上述問題.古先賢總結(jié)得很好：“工欲善其事，必先利其器”.在多年教學實踐反思之后，發(fā)現(xiàn)：針對蠟燭燃燒的兩典型實驗，首先需要“利器”——改進教具，后續(xù)配以相應的正確實驗操作行為優(yōu)化，此二實驗成功率大幅提升.下面介紹思考過程與具體做法.

一、“銅圈滅火”教具改進——“滅火神鉤”

1.演示實驗教學的問題發(fā)現(xiàn)

魯教版初中化學教材“利用銅線圈熄滅蠟燭火焰”實驗的創(chuàng)意及過程設計為：如圖1示，燃燒的蠟燭火焰上罩上導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，給金屬線圈預先加熱，則蠟燭的火焰不能熄滅，為何會出現(xiàn)此現(xiàn)象？

化學課堂教學實踐過程中，不少化學教師嘗試實驗操作進行課堂教學的隨堂實驗驗證與演示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該實驗成功率較低.筆者也曾經(jīng)分別運用“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，實驗效果不理想.如此一來，多數(shù)初中化學教師往往從實驗原理角度引導學生思考與分析，主要以原理闡釋為主、間接理論知識灌輸為主，教學方式較枯燥，學生思維難以充分調(diào)動，教學過程實施顯得較為刻板，學生新知識形成過程缺乏有效學習需要的實踐性與創(chuàng)新性.

2.轉(zhuǎn)換教學思維——創(chuàng)新演示實驗教具

取來一段內(nèi)徑約為1mm的銅導線，用鐵鉗子將前端構(gòu)造出一個“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程中立即熄滅.筆者將此彎鉤取名為“滅火神鉤”.

3.實驗教具創(chuàng)新的原理分析與思考

在蠟燭火焰上方罩上導體，使火焰熄滅原理是借助于導體的導熱功能將蠟燭火焰的溫度降至石蠟的著火點以下.蠟燭燃燒過程中火焰中心散發(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，但是蠟燭芯的長短和分叉情況都給實驗帶來影響，總體看來銅線“鉤”比銅線“圈”方便、簡潔、實用.

4.實驗教具創(chuàng)新的教學價值分析

在此滅火實驗中用“鉤”代替“圈”的教具改進，凸顯實驗操作簡單方便、實驗現(xiàn)象明顯、實驗器材易得等特征，比較方便于演示實驗或者學生分組實驗；有助于學生進一步理解滅火的原理和蠟燭燃燒的條件，進而有效突破學生的思維難點.

二、“點燃蠟燭白煙”教具改進——“神窺蠟管”

點燃蠟燭白煙實驗是初中化學實驗教學的重點實驗，現(xiàn)行滬教版、人教版和魯教版初中化學課本教材都有所體現(xiàn)，三種版本教材關(guān)于此實驗的演示教學存在一定差異，但在實際實驗演示操作中成功率都比較低，存在不易成功的隱患，教學價值大打折扣.據(jù)此，有必要根據(jù)實驗原理，改進演示實驗教具.

1.魯教版“點燃蠟燭白煙實驗”的教學思考

(1)問題發(fā)現(xiàn)

如圖3所示坩堝鉗夾著尖嘴玻璃管直接插入點燃的蠟燭芯附近，一段時間后，再點燃一根火柴靠近玻璃管的尖嘴旁邊點燃；此實驗的實踐操作并不是想象的那么順利，學生分組合作進行實驗時，多數(shù)因為操作技巧掌握不夠，導致實驗成功率較低，難以到達預期的實驗效果；部分教師進行演示實驗，若沒有豐富的經(jīng)驗實驗也難以成功，即使成功演示，也由于點燃的火焰太微弱，學生觀察困難，針對于全體學生的演示實驗，其直觀性難以充分體現(xiàn).

(2)轉(zhuǎn)換教學思維——創(chuàng)新演示實驗教具

從化學實驗室找來一根廢舊的7mm玻璃管，利用銼刀截取其中完好的2～3cm，利用砂紙打磨截斷的玻璃管面，再用“微型氣體噴槍”(如圖4所示，燃料：丁烷，購置：網(wǎng)絡購買，火焰溫度：1300℃，特點：操作簡單、方便、高效)對截斷面進行高溫灼燒，使其玻璃管的截斷面鈍化圓滑，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行加熱30s，再靠近蠟燭芯引出“白煙”，用另外一個點燃的蠟燭引燃“白煙”，如圖5所示，可見實驗現(xiàn)象十分明顯，能夠較好地達到實驗教學的效果.

(3)分析思考

魯教版教材在“點燃蠟燭白煙實驗”中，利用尖嘴玻璃管引導白煙時，細小的尖嘴口限制蠟蒸氣的導出，課本教材呈現(xiàn)的玻璃管長度相對較長，冷凝效果比較明顯，蠟蒸氣容易被冷凝，能夠成功點燃的幾率大大降低；截取2～3cm的玻璃管，同時先給玻璃管預先加熱，這樣改變教具進行操作，有效克服上述缺點，實驗成功率較高.

2.滬教版“點燃蠟燭白煙”的實驗思考與改進

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

3.人教版“點燃蠟燭白煙”的實驗思考與改進

在人教版初中化學教材中，對于點燃蠟燭白煙實驗的敘述是“蠟燭的火焰剛剛熄滅時產(chǎn)生大量白煙，如圖7所示，用點燃的火柴棒去點燃白煙，能否使其復燃？”，筆者根據(jù)自身經(jīng)驗和教學觀察發(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，從而導致實驗失敗，點燃幾率不高；若采取筆者改進的教具——“滅火神鉤”進行實驗操作，巧妙地避免白煙的潰散，同時再將火柴換成另一支蠟燭來點燃白煙，這樣大大提高實驗的成功率.

實驗教具和實驗教學的方法改進是化學教學過程探討的永恒話題.而實踐表明，化學課本實驗教材的二次開發(fā)，是實現(xiàn)高效課堂教學的重要方法.教師在化學課堂教學的現(xiàn)實場景中，可根據(jù)實際需要，適當改進實驗教具與操作方法，借以有效突破教學難點，促進學生掌握化學基本知識與技能，洞悉實驗揭示的本質(zhì)規(guī)律，提升學生科學探究與創(chuàng)新能力，最終達成學生的化學學科核心素養(yǎng)的生成預期.