初中化学实验教学的“利器善事”——从蜡烛燃烧实验例说实验教具改进

程 樑

(江苏省苏州市第二十四中学校 215000)

实验在中学化学课程教学的地位极其重要，它既是教学手段、也是教学内容.以化学实验为载体的化学核心素养生成过程值得化学教师深度思考.化学教师若能灵活运用实验教学手段，从细节优化实验教学过程，则能够有效解决化学教学中的难点问题，有效培养、提升学生的化学学科核心素养.而目前教材中引入的部分演示实验，在实验现象演示效果的可见度、实验行为操作的可行性等方面有所不足，如其中的“蜡烛燃烧实验”，在“鲁教版、沪教版、人教版”等现行教材中都存在上述问题.古先贤总结得很好：“工欲善其事，必先利其器”.在多年教学实践反思之后，发现：针对蜡烛燃烧的两典型实验，首先需要“利器”——改进教具，后续配以相应的正确实验操作行为优化，此二实验成功率大幅提升.下面介绍思考过程与具体做法.

一、“铜圈灭火”教具改进——“灭火神钩”

1.演示实验教学的问题发现

鲁教版初中化学教材“利用铜线圈熄灭蜡烛火焰”实验的创意及过程设计为：如图1示，燃烧的蜡烛火焰上罩上导热性能较好的金属线圈，蜡烛迅速熄灭；若在罩上金属线圈之前，给金属线圈预先加热，则蜡烛的火焰不能熄灭，为何会出现此现象？

化学课堂教学实践过程中，不少化学教师尝试实验操作进行课堂教学的随堂实验验证与演示，结果发现该实验成功率较低.笔者也曾经分别运用“铜线圈、铝线圈、铜片圈、铁丝圈、钢丝球”等器材罩在蜡烛火焰上，结果均难以熄灭火焰，实验效果不理想.如此一来，多数初中化学教师往往从实验原理角度引导学生思考与分析，主要以原理阐释为主、间接理论知识灌输为主，教学方式较枯燥，学生思维难以充分调动，教学过程实施显得较为刻板，学生新知识形成过程缺乏有效学习需要的实践性与创新性.

2.转换教学思维——创新演示实验教具

取来一段内径约为1mm的铜导线，用铁钳子将前端构造出一个“弯钩”状，如图2所示，让弯钩直接空套于燃着的蜡烛芯底部，然后直接慢慢抬起弯钩，蜡烛火焰在弯钩上移过程中立即熄灭.笔者将此弯钩取名为“灭火神钩”.

3.实验教具创新的原理分析与思考

在蜡烛火焰上方罩上导体，使火焰熄灭原理是借助于导体的导热功能将蜡烛火焰的温度降至石蜡的着火点以下.蜡烛燃烧过程中火焰中心散发的热量持续熔化蜡烛体形成液态蜡烛油，蜡烛芯将蜡烛油输送至顶部形成蜡蒸气，使蜡烛得以持续燃烧；蜡烛燃烧过程中，火焰中心的温度最低，铜钩套住蜡烛芯散热效果明显，有效限制蜡蒸气的产生，达到灭火的效果；弯钩采用粗铜丝能够提升散热效果，弯钩的形状便于直接空套于蜡烛芯上，空套在蜡烛芯上而不采取钩住蜡烛芯，其目的是防止引起“隔绝氧气”而熄灭的误解；若用铜丝制作成铜线圈罩住火焰，火焰能够熄灭，但是蜡烛芯的长短和分叉情况都给实验带来影响，总体看来铜线“钩”比铜线“圈”方便、简洁、实用.

4.实验教具创新的教学价值分析

在此灭火实验中用“钩”代替“圈”的教具改进，凸显实验操作简单方便、实验现象明显、实验器材易得等特征，比较方便于演示实验或者学生分组实验；有助于学生进一步理解灭火的原理和蜡烛燃烧的条件，进而有效突破学生的思维难点.

二、“点燃蜡烛白烟”教具改进——“神窥蜡管”

点燃蜡烛白烟实验是初中化学实验教学的重点实验，现行沪教版、人教版和鲁教版初中化学课本教材都有所体现，三种版本教材关于此实验的演示教学存在一定差异，但在实际实验演示操作中成功率都比较低，存在不易成功的隐患，教学价值大打折扣.据此，有必要根据实验原理，改进演示实验教具.

1.鲁教版“点燃蜡烛白烟实验”的教学思考

(1)问题发现

如图3所示坩埚钳夹着尖嘴玻璃管直接插入点燃的蜡烛芯附近，一段时间后，再点燃一根火柴靠近玻璃管的尖嘴旁边点燃；此实验的实践操作并不是想象的那么顺利，学生分组合作进行实验时，多数因为操作技巧掌握不够，导致实验成功率较低，难以到达预期的实验效果；部分教师进行演示实验，若没有丰富的经验实验也难以成功，即使成功演示，也由于点燃的火焰太微弱，学生观察困难，针对于全体学生的演示实验，其直观性难以充分体现.

(2)转换教学思维——创新演示实验教具

从化学实验室找来一根废旧的7mm玻璃管，利用锉刀截取其中完好的2～3cm，利用砂纸打磨截断的玻璃管面，再用“微型气体喷枪”(如图4所示，燃料：丁烷，购置：网络购买，火焰温度：1300℃，特点：操作简单、方便、高效)对截断面进行高温灼烧，使其玻璃管的截断面钝化圆滑，笔者将此玻璃管命名为：“神窥蜡管”(寓意窥视蜡烛燃烧的本质)；用坩埚钳夹着“神窥蜡管”至于蜡烛的外火焰进行加热30s，再靠近蜡烛芯引出“白烟”，用另外一个点燃的蜡烛引燃“白烟”，如图5所示，可见实验现象十分明显，能够较好地达到实验教学的效果.

(3)分析思考

鲁教版教材在“点燃蜡烛白烟实验”中，利用尖嘴玻璃管引导白烟时，细小的尖嘴口限制蜡蒸气的导出，课本教材呈现的玻璃管长度相对较长，冷凝效果比较明显，蜡蒸气容易被冷凝，能够成功点燃的几率大大降低；截取2～3cm的玻璃管，同时先给玻璃管预先加热，这样改变教具进行操作，有效克服上述缺点，实验成功率较高.

2.沪教版“点燃蜡烛白烟”的实验思考与改进

在沪教版初中化学教材中，关于点燃蜡烛白烟实验的装置如图6所示，从实验现象可知，粗玻璃管从蜡烛火焰中引出一股“白烟”——石蜡蒸气，教材实验中没有对“白烟”的本质(石蜡蒸气)进行深入证明，对于“白烟”的点燃实验操作环节也进行了省略处理；教材呈现的实验器材——粗玻璃管，从大小和形状角度来看，与笔者命名的“神窥蜡管”基本保持一致，前面所述的改进教具“神窥蜡管”的制作和实验操作方法，对于点燃蜡烛白烟实验存在一定的参考与借鉴价值；例如，在沪教版教材的教学中，部分化学教师想尝试对教材中引出“白烟”后进行点燃实验，往往实验效果都不太理想，笔者认为可能是实验中缺乏一个“先对玻璃管预热一段时间”的重要技巧.沪教版教材中呈现的粗玻璃管的边缘没有打磨，实践操作中容易划伤学生手指，而“神窥蜡管”是巧妙运用微型气体喷枪制作圆滑不伤手的玻璃管，这种方法对于今后化学教师快速、方便制作玻璃教具意义重大.

3.人教版“点燃蜡烛白烟”的实验思考与改进

在人教版初中化学教材中，对于点燃蜡烛白烟实验的叙述是“蜡烛的火焰刚刚熄灭时产生大量白烟，如图7所示，用点燃的火柴棒去点燃白烟，能否使其复燃？”，笔者根据自身经验和教学观察发现，多数教师采取嘴吹蜡烛火焰的方式使蜡烛熄灭，稍不注意容易吹散白烟，从而导致实验失败，点燃几率不高；若采取笔者改进的教具——“灭火神钩”进行实验操作，巧妙地避免白烟的溃散，同时再将火柴换成另一支蜡烛来点燃白烟，这样大大提高实验的成功率.

实验教具和实验教学的方法改进是化学教学过程探讨的永恒话题.而实践表明，化学课本实验教材的二次开发，是实现高效课堂教学的重要方法.教师在化学课堂教学的现实场景中，可根据实际需要，适当改进实验教具与操作方法，借以有效突破教学难点，促进学生掌握化学基本知识与技能，洞悉实验揭示的本质规律，提升学生科学探究与创新能力，最终达成学生的化学学科核心素养的生成预期.