基于學生角度對“燃燒條件”探究實驗的再創新

摘 要：通過對實驗室中的常見器材進行重新思考、分析，并從學生角度出發，本文設計了有利于學生操作的“燃燒條件”探究的創新實驗，旨在通過親身的體驗，給予學生參與知識的形成過程的機會，激發學習的內驅力，進而獲得深刻的理解，并促進學生實驗素養的發展。

關鍵詞：“燃燒條件”的探究；實驗素養；創新實驗

文章編號：1008-0546（2024）11-0095-02

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

一、實驗設計理念

《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》提出，實驗教學是國家課程方案和課程標準規定的重要教學內容，是培養創新人才的重要途徑。《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《新課標》）提出，認識實驗是科學探究的重要形式和學習化學的重要途徑。［1］義務教育階段的化學屬于啟蒙階段，學生只需要知道化學實驗是進行科學探究的重要方式，具備基本的化學實驗技能即可。因此，筆者認為好的改進且可用于學生分組的實驗應具有以下幾個特點：①裝置簡單，學生能操作。②操作簡便，學生易操作。③安全綠色，學生可操作。④富有啟發，學生樂操作。

二、實驗改進背景

1. 基于傳統實驗弊端滬教版化學九年級上冊第四章“認識化學變化”第1節“常見的化學反應——燃燒”一課并未提供完整的實驗設計，而是通過“交流與討論”欄目內的四個小問題歸納總結有關燃燒的條件。“燃燒條件”的傳統實驗裝置如圖1所示，這也是大多數課堂教學過程中會使用的裝置圖。

該裝置在實際操作過程中主要存在以下兩個問題：①此裝置為非密閉體系，銅片上的白磷在空氣中燃燒生成的產物五氧化二磷不僅會污染環境而且對人體的呼吸道有很大的傷害，不夠環保且危害人體健康。

②白磷在銅片上直接燃燒以及燒杯內使用的80℃的熱水在實驗過程中都存在燒、燙傷等安全隱患。

2. 基于課程標準要求

《新課標》明確提出，燃燒條件的探究是初中化學學生必做實驗與跨學科實踐活動。通過實驗探究認識燃燒的條件，可以激發學生的學習興趣，鍛煉學生的實驗技能，培養學生的合作能力，使學生感悟化學學科的價值。但是在日常的教學過程中，鑒于白磷有毒、產物有污染、實驗裝置和實驗條件不完善等多方面的原因，大多數教師在課堂上往往采取紙上談兵的方式進行教學，學生難以獲得親身的體驗，無法增進對知識的理解。筆者查閱文獻也發現，雖然有很多的一線教師對燃燒條件的探究實驗進行了創新改進，解決了上述傳統實驗存在的問題，但是大多數改進實驗的立足點偏重教師的演示，有的改進后的藥品繁多，裝置繁雜，操作繁瑣，難以用于學生實驗。

三、實驗裝置改進

為了解決上述問題，筆者設計了如下的改進實驗，具體改進的創新實驗裝置如圖2所示。

實驗儀器：燒杯、彈簧夾、大試管、氣球、帶導管的雙孔塞、注射器、自制鐵絲網、鑷子。

實驗藥品：白磷、冷水、熱水、富氧空氣。

實驗步驟具體如下。

（1）組裝裝置并檢查裝置的氣密性，確定裝置氣密性良好后充入富氧空氣。

［設計意圖］傳統裝置存在的弊端是白磷在空氣中燃燒有污染，因此在一個密閉的體系內完成實驗可以有效地解決污染的問題。改進后的實驗裝置需確保裝置氣密性良好，防止五氧化二磷外逸。后續的實驗過程中，試管內產生五氧化二磷等有害物質，可以通過加入硫酸銅溶液等方式進行處理，保證實驗綠色化，滲透人與自然和諧發展觀。

（2）將白磷裝進試管底部并將白磷浸沒于冷水中。

［設計意圖］選用白磷作為可燃物的一個重要原因是白磷的著火點低，使用少量的熱水便可引燃。但是在使用的過程中也有一個很棘手的問題需要解決，即白磷在常溫放置時就會有冒白煙的現象產生，會被空氣中的氧氣氧化，因此本實驗初始時將白磷浸沒于冷水中封存，降低體系內的溫度，可有效解決白磷常溫冒白煙、被氧化而導致實驗失敗的問題。

（3）倒置試管使白磷接觸空氣，觀察實驗現象。

［設計意圖］該步驟設計過程中有以下兩點思考：①由于試管內起始僅注入了少量的冷水，其余為富氧空氣，所以當我們倒置試管，便可以為白磷創造一個與氧氣接觸但是溫度尚未達到著火點的環境。②在試管口處有一個由廢棄陶土網剪切而來的自制鐵絲網，該鐵絲網存在的目的是避免倒置試管時，白磷隨水一起落入下方水中，從而導致該步實驗失敗。鐵絲網的位置要保證注入熱水后，倒置試管時白磷不被熱水所浸沒。該鐵絲網是由廢棄石棉網剪切而來，實現了廢棄物品的再利用，進一步幫助學生形成節約資源、愛護環境的習慣。

（4）倒置試管，注入約30mL熱水，觀察實驗現象。

［設計意圖］注入熱水的體積需考慮初始冷水的體積、熱水的溫度等因素。該實驗使用的雙孔塞上有兩根導管。設計短導管時有以下幾點考量：①伸入試管內部的導管長度僅需高于冷水液面，這樣在加入冷水后，冷水不會順著導管回流，避免了在該步需要進行夾緊彈簧夾的操作，簡化了實驗步驟，更有利于學生的操作。②外部導管末端連接了一段橡膠管，有利于該步中連接注射器注入熱水，避免導管與注射器直接相連不密閉，導致熱水有外溢的可能性，同時橡膠管也可用彈簧夾夾緊來創造密閉體系。設計長導管時，要注意伸入試管內部的導管長度不宜太長，若長度太長，倒置試管后試管內的熱水可能會因裝置內壓強變大而被擠入氣球中。同時在長導管的末端連接的氣球，可以在注入熱水及白磷燃燒兩個過程中起到緩沖氣壓的作用，避免裝置沖塞，減少安全隱患。

（5）再次倒置試管，觀察實驗現象。

［設計意圖］再次倒置試管，此時白磷不僅溫度達到了著火點而且與空氣接觸，滿足了燃燒所需的條件，便會發生燃燒，實驗現象明顯。整個實驗中學生需完成的操作是倒置試管和注入熱水。然而三次倒置試管所創設的實驗條件是不一樣的。第一次倒置試管創設了與氧氣接觸但溫度未達到著火點的環境；第二次倒置試管創設了溫度達到著火點但是未與氧氣接觸的環境；第三次倒置試管創設了溫度達到著火點同時與氧氣接觸的環境。同樣的操作不同的結果，利用這樣“新奇”的操作不僅可以引發學生的好奇心和探究欲，還可以啟發學生思考，加深學生對燃燒條件的理解。

四、改進實驗創新之處

1. 突出學生主體，注重實驗啟發

該實驗改進的出發點立足于學生，以學生為本，讓學生易做、能做、樂做。以初中階段學生的實際情況為考量，雖學生具備一定的操作能力，但處于較弱的水平；學生樂于做實驗，但畏懼困難。因此改進的實驗裝置簡單、操作簡便、現象明顯，成功概率高，適合推廣用于學生實驗。該實驗不僅重視學生實驗操作、實驗觀察等實驗素養的提升，更重視實驗是學習化學的方法、是增強實踐能力的途徑。通過對生活中常見的現象燃燒發生條件的探究，首先建立化學與生活的聯接，感受化學來源于生活，服務于生活。其次通過對實驗的分析強化學生的對比意識，進一步提升證據推理能力。最后通過對裝置、步驟、現象的分析，激發學生的探究欲，引發學生對燃燒條件的思考和理解，并靈活運用于生活中，繼而體現出學習化學的學科價值。

2. 突出環保理念，注重素養滲透

綠色化是本實驗的另一個明顯優勢。本實驗在密閉體系內進行，污染小且后續污染物的處理簡單；對比其他的改進實驗，本實驗的主要藥品是一小塊白磷，節約藥品；實驗裝置主體部分可以反復利用，實驗使用的部分儀器為廢棄物品改造利用。這些改進均向學生滲透了節約資源、可持續發展的理念。

3. 突出異類組合，注重創新思維

創新實驗本身不僅可以引導學生創新思維的方向，同時將實驗室常見的儀器和廢棄陶土網、氣球、注射器等組合創新實驗，可加強學生對生活中常見物品的再審視和深思考，發展創新思維能力，激發學生的創新意識。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022．