初中化学基础实验“物质燃烧的条件”的探究与设计

汪英

摘要：《义务教育化学课程标准（2011年版）》规定了初中学生必做的8项基础实验，据此编写的沪教版新教材（2012年版）的第3个学生基础实验是“物质燃烧的条件”。基于课标与教材研究，本文重新研究并设计了初中化学基础实验3，增加了2个实验目的，调整了实验用品和实验方案，加设了实验“安全提醒”，突出了实验的基本观察要点、知识要点与操作要点，确定了实验探究要点。设计后的基础实验3通过了苏州市区100多位初中化学老师的操作验证和研讨，获得了肯定与好评。

关键词：课程标准；初中基础实验；物质燃烧的条件；设计与改进

文章编号：1005–6629（2013）8–0051–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 引言

2011年版《义务教育化学课程标准》[1]延续了实验稿课标对“科学探究”精神的倡导，但更清晰地突出化学实验对学生科学探究能力的影响，指出化学实验是学生进行科学探究的重要方式。为此，明确规定了学生必做的8项基础实验，并强调化学实验应高度关注安全问题，避免污染环境[2]。在2012年沪教版新教材[3]中的8个基础实验见表1所示。

仔细研读教材上的8个基础实验[4]后发现：这8个基础实验大多以知识验证性或技能操作性为主， 而基础实验3——“物质燃烧的条件”属于仅有的探究性实验。

反复研读基础实验3的设计[5]后发现：实验中重要的“控制变量”的对比思想没有很好地提炼出来，有些实验用品不易获得或对比性不强，有些实验现象不易把握，实验内容分割上有欠妥之处，并且缺乏必要的安全提示。

针对这些问题，本文重新研究并设计了基础实验3——“物质燃烧的条件”（见附录）。设计后的实验通过了苏州市区100多位初中化学老师的操作验证和研讨，获得了肯定与好评。

2 实验设计思路

基于以上认识，本文重新设计的基础实验3在原有基础上增加了2个实验目的（见附录）：①目的2：通过对实验的操作和思考，体验科学探究的过程，初步把握对比实验的要领——尽量在其他条件相同时进行对比实验；②目的3：通过实验和讨论，总结促进燃烧的方法。这样本文设计的基础实验3就形成5个实验目的。

为了保证整个实验思路清晰，突出实验的基础性和探究性，本文将实验分成侧重基础性的“实验过程”和侧重探究性的“问题讨论”部分（见附录）。在“实验过程”的对应栏目中明确指出“基本操作要点”、“基本观察要点”和“基本知识要点”，引导学生把握操作要领、明确观察对象、挖掘现象本质，从而达成实验目的1——通过实验探究物质燃烧所需要的条件。再通过“问题讨论”确定“实验探究点”，达成实验目的2、3、4、5（目的4：通过实验和讨论，总结灭火的方法；目的5：逐步建立安全用火的意识，了解日常生活中常用的灭火方法）。

为了确保实验的直观性、对比性、连续性，对“实验内容”和“实验用品”作了相应的调整；基于安全角度考虑，在“实验过程”前增加了“安全提醒”。

3 实验过程设计

实验过程是该实验的基础部分，其作用是达成实验目的1，并为实验探究部分做好铺垫。

3.1 实验内容的调整

紧密围绕实验目的1——探究物质燃烧所需要的3个条件，且缺一不可。将原实验过程的4个实验内容调整为3个，一个实验内容分别对应一个物质燃烧所需要的条件。

（1）原实验内容1、2都是在探究物质燃烧的条件之一——物质具有可燃性。但将其与另2个探究物质燃烧的条件的实验内容并列，层次不分明，设计思路不清晰，不利于学生提炼燃烧的条件。而去掉其中一个实验内容，虽不影响此燃烧条件的得出，但不利于增强现象的可重复性、排除偶然性。故此将原实验内容1、2合并为附录中实验内容1的两个小点。

（2）为了步骤紧凑、设计严谨，紧接着比较实验内容1所确定的两种固态可燃物燃烧所需要的时间，让学生直观感受到虽然都是可燃物，但不同的可燃物具有不同的着火点（也为后面的问题探究——可燃物点燃方式差异的原因分析埋下了伏笔），从而得出物质燃烧的条件之二——可燃物的温度达到其自身的着火点。故此将相关的原实验内容4调整上来成为实验内容2。

（3）最后，探究物质燃烧的条件之三——可燃物与充足的氧气接触，基本延续了原实验内容3。只是为了防止蜡烛油粘在桌面上，增加后期的清洁整理工作，改“把蜡烛竖直放在平整的桌面上”为“粘在平整的玻璃片上”。并且为了加强实验的可靠性和可重复性，增加了一个步骤——待蜡烛熄灭后，再用此玻璃杯（必须甩掉杯中的二氧化碳，并擦干，保证玻璃杯中环境还原为初始状态）罩到处在空气中仍在燃烧的蜡烛上，观察现象。

3.2 实验用品的更改

原实验内容2所用的固体物质为棉花团和玻璃棒（或石棉绒），但棉花团、玻璃棒外形不相似，且玻璃棒在酒精灯上灼烧容易裂开；而石棉绒成本高，又不易买到。原实验内容4的可燃物为小木条和小煤块，但小木条和小煤块外形很不相似，且小煤块受热后没有明显的火焰出现，不易准确判断何时着火燃烧。

鉴于以上原因和调整后实验内容的需要，并使学生体会对比实验的设计思路及控制变量的思想。本文在大量实验的基础上，重新设计了实验装置、重新确定了探究物质具有可燃性的对照物。

（1）实验装置

考虑到比较可燃物分别燃烧所需时间，不可控因素多，对比性不强。笔者决定用铜片作为载体，把可燃物放在上面，下用酒精灯加热两可燃物中部的铜片，通过观察可燃物着火燃烧的先后，直观地得出结论。

（2）固态可燃物的确定

实验初，考虑了棉花团、保鲜膜、乒乓球碎片、滤纸碎片、面粉、葡萄糖粉、蔗糖、碳粉等一系列固体可燃物。但发现棉花团、保鲜膜、滤纸碎片、碳粉在铜片上都不易着火燃烧，蔗糖、乒乓球碎片虽易着火燃烧，但蔗糖受热融化后更易流动且与面粉外形不相似，而乒乓球碎片燃烧后异味太大，令人不舒服。最终决定用既能保证实验效果，燃烧后气味又好闻的面粉和葡萄糖粉。从外形相似考虑，不可燃物采用了碳酸钙粉末。

（3）注意点

实验中发现：①铜片过厚、过宽会过多分散酒精灯火焰所产生的热量，从而使得可燃物的温度难以达到着火点、不易被点燃；铜片过窄，酒精灯火焰又可能会冒出铜片，直接烧及可燃物。②面粉、葡萄糖粉距离中部火焰太远，则所达温度太低，两者都不会着火燃烧，而是缓慢碳化；若靠得太近，由于葡萄糖粉受热后是先融化后燃烧，葡萄糖融化后会流动到与面粉混在一起，导致两者同时燃烧。

反复实验后确定用0.2 mm厚，3.5 cm宽的铜片，并在中部折叠出隔板（见附录）。为防实验中葡萄糖受热融化后流出铜片形成污染，葡萄糖粉用量一定要少或铜片应有向上的卷边。

面粉、葡萄糖粉应等距平铺在薄铜片隔板两侧且尽量靠近，并将酒精灯外焰对准铜片的中部隔板。若酒精灯火焰偏离中部而靠近面粉，会使得面粉先于葡萄糖被点燃，从而导致学生得出“面粉的着火点低于葡萄糖的着火点”这一错误结论。

4 实验探究点的确定

为了实验目的2、3、4、5的达成，本文精心设计了7个实验探究点（见附录）。

（1）探究点1的设计是为了使学生从感性到理性，进一步系统地掌握对比实验的设计要领。

（2）探究点2的设计是在素材的基础上，通过学生的思考得出：促进燃烧就是在燃烧的3个条件都满足的前提下加强其中某一条件，从而加深对燃烧的3个条件缺一不可的认识，

（3）探究点3的设计是为了让学生明白灭火的根本就是破坏燃烧的条件，缺一即可。

（4）探究点4 讨论熄灭蜡烛的方法，学生很容易想出“吹灭”和“罩灭”这两种，但第三种方法的得出：剪去一段蜡烛，有点超出常规。设置这么一个难点，一是为了加深学生对三种灭火方法的理解，二是为了拓展学生的思维。

（5）探究点5的设计是对促进燃烧的原理和灭火的原理的进一步甄别，以加强学生分析问题、解决问题的能力。

（6）探究点6的设计让学生真切地感受到着火点是物质的固有属性，不同的物质有不同的着火点，也决定了它们的点燃方式。

（7）为了不把知识教死，但又考虑到学生的知识水平有限，所以把教材中出现的文字[6]作为提示列在探究点7之后，降低难度。通过该题的讨论，让学生体会到这次实验探究的是通常的燃烧条件，而广义的燃烧中的助燃物未必是氧气。

5 实验验证与研讨

2013年3月19日，在苏州市平江中学，苏州市区100多位初中化学教师对本文重新设计的基础实验3进行了实验验证和教学研讨。

教师肯定了整个对比实验过程中控制变量的做法，高度赞许了实验的设计严谨、准备充分。对笔者自制的铜片教具表现出很大的兴趣，觉得用简单的折叠法形成的中间隔板的构思很巧妙。

有的老师反复把面粉和葡萄糖粉分别放在中部隔板不同距离处多次实验，看现象达到预期的距离该控制在多少之内。还有老师对玻璃杯二次罩蜡烛的实验做了多次对比：甩动1、2次后罩；拿起后直接罩，观察第2支蜡烛熄灭情况，进而明白了实验设计中处理玻璃杯的用意。

还有老师提出为防酒精灯火焰飘忽影响实验效果，应在酒精灯上加防风罩。笔者认为这一点提得很好，必要时操作起来也不是很难。

但也有老师提出：用一支蜡烛、一盒火柴、一盏酒精灯、一根玻璃棒就能解决燃烧的条件的探究。笔者认为这样不够直观、不够简单明了，现象的重复验证不够，需要学生有高度的抽象思维，会极大地增加学生从实验中得出正确结论的难度，且无法比较出不同物质的着火点高低。

附录：

基础学生实验3 物质燃烧的条件

实验目的

1.通过实验探究物质燃烧所需要的条件；

2.通过对实验的操作和思考，体验科学探究的过程，初步把握对比实验的要领——尽量在其他条件相同时进行对比实验；

3.通过实验和讨论，总结促进燃烧的方法；

4.通过实验和讨论，总结灭火的方法 ；

5.逐步建立安全用火的意识，了解日常生活中常用的灭火方法。

实验用品

95%酒精、蒸馏水、面粉、葡萄糖粉、碳酸钙粉、小蜡烛（2支）；

玻璃棒（1根）、试管（1支，用于插玻璃棒）、酒精灯（1盏）、药匙（1把）、燃烧匙（3把）、三脚架（1个）、火柴、铜片（1片）、玻璃杯（1个）、玻璃片（2片，用于固定小蜡烛）、滤纸（若干）等。

安全提醒

面粉、葡萄糖粉切勿取太多，以免加热时溢出燃烧匙或流出铜片，也避免可能产生的火焰太大；手拿燃烧匙时尽可能离燃烧匙中的物品远些，防止被火焰灼伤；要从侧面观察，防止燃烧的火焰烧到身体部位；加热后的铜片很烫，不要立即用手去接触，待冷却后再用滤纸把铜片擦试干净。

实验过程

按要求完成以下实验，观察实验现象，并完成实验记录。

总结：结合你在上述实验中所观察到的现象和得到的结论，试着总结燃烧所需要的条件。

问题讨论（实验探究点）

1.回顾对“物质燃烧的条件”探究的过程，请思考：当我们对某一燃烧条件进行探究时，要注意什么问题才能保证实验的可靠性、结论的科学性？

2.细铁丝一般不能在空气中燃烧，但能在氧气中燃烧；纳米级铁粉还能在空气中自燃。请思考这些现象说明了什么？

试着总结：促进燃烧的方法

3.请列举日常生活中常用的灭火方法，这些方法分别破坏了燃烧的什么条件？

试着总结：灭火的方法

4.你能想出多少种熄灭蜡烛的方法？能否把上述灭火的方法都用上？

5.在日常生活中若想使煤炉中的火更为旺盛，常用扇子去扇；但用扇子去扇蜡烛，却一扇就灭。请分析：同样的动作，为什么造成两种不同的后果？

6.火柴、蜡烛、木条 、煤，哪个比较容易被点燃？点燃它们的方式有什么差异，为什么？“点燃”在引发燃烧中起什么作用？

7. 为了更好地研究燃烧的条件，你觉得还可以进行什么实验？（提示：①燃烧的定义：燃烧是一种发光、发热的剧烈的化学反应；②二氧化碳是常用的灭火剂，但金属镁着火却不能用二氧化碳扑救，因为镁可以在二氧化碳中继续燃烧。）

参考文献：

[1][2]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2011：1～8.

[3][4][5][6]中学化学国家课程标准研制组.义务教育教科书·化学（上册）[M].上海：上海教育出版社，2012：92～99，109，111.